ĤY = EY
Все эти три ветви учения о строении молекул необходимы для описания строения и свойств множества молекул, находящихся в поле зрения современной химии и техники.
Первой нашей задачей является задача сформировать четко основные модели, понятия и постулаты из этих трех ветвей учения строений молекул и установить связи между описанием молекул даваемыми, с одной стороны классической теорией (в ее физических и химических аспектах), а с другой – квантовой механикой.
До установления ядерно-электронного строения атомов в классических физической и химической теории, молекула рассматривалась как совокупность атомов, устойчиво существующая как единое целое, однако внутренним строением, как свободных атомов, так и связанных в молекулу не делалось ни каких предположений. После установления ядерно-электронного строения атомов, как свободный, так и входящий в молекулу атом в рамках классической (физической и химической) теории мог быть как состоящий из ядра и отрицательного электрического заряда, распределенного вокруг ядра с некоторой плотностью je(x,y,z).
Таким образом, в классической (физической и химической) теории современная модель молекулы такова: молекула устойчиво существует как единое целое, совокупность атомов, каждый из которых содержит положительно заряженное ядро, в котором сосредоточено практически вся масса атома, и отрицательный электрический заряд, распределенный вокруг ядра с некоторой плотностью je(x,y,z) в объеме, приписываемом атому в молекуле.
В классической теории не делается специальных предложений о природе взаимодействий, удерживающих атомы в молекуле. Предполагается только, что такие взаимодействия существуют, и что каждая молекула имеет равновесную геометрическую конфигурацию, соответствующую минимуму ее внутренней энергии, и что при деформации молекулы – эта энергия возрастает и, следовательно, появляются силы, стремящиеся вернуть атомы (ядра) в положения равновесия. Таким образом, молекула в классической теории рассматривается как связанная система из атомов, представляющая собой малое, деформируемое тело.
В отличие от этого в квантовой механике непосредственно молекула описывается как система, состоящая из атомов, а как система, состоящая из ядра и электродов, устойчиво существующая как единое целое. В уравнениях квантовой механики, описывающих молекулу и ее свойства, фигурируют только характеристики ядер и электронов, входящих в состав молекулы.
Согласно квантовой механике, все электроны свободного атома эквивалентны, и все электроны молекулы также эквивалентны. Таким образом, в атоме нет «внутренних» электронов. Все электроны в равной степени участвуют в создании плотности отрицательного заряда je(x,y,z) как в точках, близких к ядру, так и в точках, далеких от ядра, т.е. все электроны в равной мере «размазаны» в пространстве вокруг ядра.
Аналогична картина строения молекулы согласно квантовой механике. Молекула представляет собой образование из нескольких ядер и «облака» отрицательного заряда с плотностью je(x,y,z), охватывающего ядра. Все электроны в равной степени участвуют в создании отрицательного электрического заряда в любой точке пространства вокруг ядер, все электроны в равной мере обеспечивают существование молекулы как целого, т.е. все электроны в равной мере участвуют в образовании каждой химической связи, если описывать строение молекулы в понятиях классической теории химического строения.
Молекула – физически устойчивая система из двух (или более) ядер и определенного числа электронов, состояния которой описывается потенциальной поверхностью с min.
Электронное строение молекул – это главный предмет квантовой химии. Согласно адиабатическому приближению, движение электронов в атомных системах рассматривается при фиксированном положении ядер и описывается электронной волновой функцией, зависящей от координат электронов и ядер. Из неполных сведений о виде этой функции, можно вывести качественную интерпретацию физических свойств молекул и их спектров, а более точные вычисления позволяют получить количественные результаты.
Говоря о веществе, подразумевают вид материи обладающей массой покоя. В классической физике вещество и физическое поле противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго непрерывна.
Структура вещества – включает установление размеров и форм его элементарной ячейки; определение принадлежности структуры к одной из 230 Федоровских групп симметрии; получение координат базисных атомов структуры.
3. Конденсированные фазы
В термодинамике фаза – это термодинамическое равновесное состояние вещества, отличающиеся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества.
Метастабильная фаза – это неравновесное метастабильное состояние вещества. Переход вещества из одной фазы в другую – фазовый переход – связан с качественным изменением свойств вещества. Различные кристаллические фазы могут отличаться друг от друга типом кристаллической структуры электропроводностью, электрическими и магнитными свойствами. Жидкие фазы отличаются друг от друга концентрацией компонентов наличием или отсутствием сверхтекучести, анизотропией упругих и электрических свойств. В твердых фазах кристаллические структуры могут отличаться платностью, модулями упругости, температурой плавления.
Конденсированное состояние вещества - твердое и жидкое состояние вещества. В отличие от газообразного состояния вещества в конденсированном состоянии, существует упорядоченность в расположении частиц (полов, атомов, молекул).
Кристаллические твердые тела обладают высокой степенью упорядоченности – дальним порядком в расположении частиц.
Частицы жидкости и аморфных твердых тел располагаются более хаотично, для них характерен ближний порядок. Свойства вещества в конденсированном состоянии определяются его структурой и взаимодействием частиц.
Список литературы
1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. «Строение вещества». М.: Химия, 1978. – стр.302.
2. Татевский В.М. «Строение и физико-химические свойства молекул и веществ». М. 1993. – стр.486.
3. Прохорова А.М. «Большая Российская Энциклопедия». Физика; М. 1998. стр.
4. Краснова К.С. «Строение вещества. Термодинамика» кн.1; М.: Высшая школа, 1995. – стр.