Форум Химиков - Энтузиастов. Химия и Химики
http://www.chemistry-chemists.com/forum/

Ваше отношение к квантовой химии
http://www.chemistry-chemists.com/forum/viewtopic.php?f=43&t=49		 Page 7 of 9
Author:  invar [ 05 Oct 2012 20:35 ]
Post subject:  Re: Ваше отношение к квантовой химии
Простейший эксперимент по определению размеров молекулы He2 заключается в том, чтобы пропускать холодную струю гелия через мелкое сито с известными размерами ячеек.

Второй способ, который использует квантовые свойства вещества, заключается в изучении дифракции этих молекул на наноразмерной дифракционной решетке. Молекулы вещества, так же как и свет, обладают волновыми свойствами и поэтому способны испытывать дифракцию. Дифракция на решетке приводит к тому, что движение света (или частиц) отклоняется от прямолинейного на некоторые определенные углы — получаются дифракционные пики. Закон, по которому интенсивность этих пиков спадает с ростом угла, определяется эффективной шириной щели, которая для молекул димера гелия меньше реальной ширины. Эту зависимость тоже можно промерить и извлечь отсюда размер молекулы.
Author:  invar [ 05 Oct 2012 20:40 ]
Post subject:  Re: Ваше отношение к квантовой химии
Размер молекулы димера гелия был впервые определен в 1995 году. Эксперименты были выполнены по первой методике, причем в них использовался целый набор наноситечек с отверстиями от 98 до 410 нм. Измерения показали, что среднее расстояние между атомами гелия в димере составляет 62 ± 10 ангстрема. Это совершенно гигантская величина для атомной физики; напомним, что диаметр одного атома гелия — меньше 1 ангстрема!

Вторая методика была экспериментально реализована в 2000 году и дала чуть меньшее и более точное значение 52 ± 4 ангстрема. Отметим, что этот способ является в каком-то смысле неразрушающим: даже столь хрупкие молекулы отклоняются от первоначального направления движения, не разваливаясь, за счет своих волновых свойств.
Тот факт, что среднее расстояние между атомами гелия в димере составляет примерно 52 ангстрема, вовсе не означает, что атомы крутятся друг относительно друга именно на таком расстоянии. На самом деле, два атома размазаны в очень широком диапазоне расстояний: от нескольких до нескольких сотен (!) ангстрем. На рисунке показана теоретически рассчитанная волновая функция димера в зависимости от межатомного расстояния. Интересно отметить, что такое аномально широкое и несимметричное распределение приводит к тому, что среднее (то есть средне-взвешенное) межатомное расстояние совсем не совпадает с наиболее вероятным расстоянием (при котором волновая функция имеет максимум).
Author:  invar [ 05 Oct 2012 20:46 ]
Post subject:  Re: Ваше отношение к квантовой химии
Attachment:
he2_fig5_wf_600.gif
he2_fig5_wf_600.gif [ 38.37 KiB | Viewed 16778 times ]

Настолько размазанная молекула — явление совершенно необычное для атомной физики, и потому экспериментаторы долго искали способ не только измерить среднее межатомное расстояние, но и прощупать сам профиль волновой функции. Это удалось сделать совсем недавно, в прошлом году, с помощью так называемого кулоновского взрыва молекулы. Когда молекула поглощает фотон, из нее быстро вылетает один или несколько электронов. В данном случае удавалось с помощью одного фотона выбить по одному электрону из каждого атома гелия. В результате от химической связи не оставалось и следа: два иона гелия начинали сильно отталкиваться друг от друга и разлетались в разные стороны. По углам и скоростям вылета электронов и ядер можно восстановить то, в каком состоянии находились ядра в момент ионизации.
Author:  invar [ 05 Oct 2012 20:49 ]
Post subject:  Re: Ваше отношение к квантовой химии
Последняя любопытная вещь, которую тут стоит упомянуть, относится к изотопам гелия. Все описанные эксперименты проводились с гелием-4. Более легкий изотоп гелия, гелий-3, вообще не образует димеров. Химическая связь He–He в нём такая же, но квантовое дрожание атомов гелия-3 сильнее, и поэтому они не способны удержаться вместе. Для того чтобы удержать атомы гелия-3 в компактном кластере, требуется не два, не три, не четыре, а примерно 30 атомов. Только тогда их взаимное притяжение оказывается достаточно сильным, чтобы удерживать атомы вместе.
Author:  Upsidesium [ 06 Oct 2012 02:24 ]
Post subject:  Re: Ваше отношение к квантовой химии
Quote:
Реагирует? Или образует образует "соединения включения" (как-то так) без образования химических связей (как пример включение метана в кристаллическую решетку льда)

По моему "соединение-включение". Но суть в том, что классический ввод оссуществляется путем ионизации атома гелия лазером или электронным ударом и за счет малого размера проталкиванием оного внутрь "бакибола". Но в данном случае, насколько я помню, физики перепроверявшие наблюдения провели еще дополнительный опыт используя жидкий гелий-4. На интерференционной картине наблюдали следующее. Сначала атом гелия подходил к поверхности фуллерена, а потом существовал как бы внутри и снаружи. Точнее получалась своего рода "перетекание" атома внутрь молекулы без каких либо химических связей и т.п..
квантовое запутывание
Еще пример с атомом гелия. Если у атома гелия оторвать 1 электрон, то второму оставшемуся электрону останется вращаться либо по либо против часовой стрелке. Если снять интерференционную картину в этот момент, то можно наблюдать, что атом как бы разделился и у одного электрон "бегает" по часовой стрелке, а у другого против. Хотя вещество, то остается одно.
Подобный феномен зафиксирован и у молекул (даже у ДНК).

По поводу фуллеренов еще добавлю. Это соединение все же было предсказано квантовой химией заранее. По расчетам должна была существовать стабильная форма соединения С60. Однако впоследствии оказалось, что стабильными являются и формы с количеством атомов углерода от 70 до 200 (на сегодняшний день) просто 60-ки встречаются наиболее часто.
-------------------
Аргон при температуре ниже 40 К довольно хорошо реагирует с водородом образуя гидрид. Но при более высокой температуре молекула диссоциирует обратно на водород и аргон.
Author:  Ая Эн [ 19 May 2013 22:10 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Простите, не подскажете учебник по квантовой химии, при условии что я восьмиклассница и математику знаю на уровне 8 класса?)
Author:  Volodymyr [ 19 May 2013 22:31 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Ая Эн wrote:
Простите, не подскажете учебник по квантовой химии, при условии что я восьмиклассница и математику знаю на уровне 8 класса?)

Господи, зачем она вам в школе? Подавляющему большинство химиков квантовая химия не нужна до самой пенсии (выучил - сдал - забыл).

Для общего развития достаточно того объема, который изложен в школьных учебниках и в учебниках для поступающих. Если вы попытаетесь выучить квантовую химию глубже - это будет тупая и бессмысленная зубрежка.
Author:  Surikat [ 19 May 2013 23:33 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Простите, но для меня важно: вам ДЕЙСТВИТЕЛЬНО интересна квантовая химия?
Author:  Ая Эн [ 19 May 2013 23:52 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Нет. Но мне бы хотелось сдать экзамен. Т.к учебники написанны самим преподователем и представляют собой отрывки из других книг, читать их невозможно.
Author:  Volodymyr [ 20 May 2013 00:02 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Например, посмотрите:
А.Т. Пилипенко, В.Я. Починок, И.П. Середа, Ф.Д. Шевченко Справочник по элементарной химии viewtopic.php?p=1166#p1166
Глава - Строение атома и Периодический закон Менделеева.

Терминология учебника частично устарела, зато он написан просто и без лишних "наворотов"
Author:  Ая Эн [ 20 May 2013 00:25 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Мне бы теорию Бора и пси-функцию еще...
Author:  Volodymyr [ 20 May 2013 02:27 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Модель атома по Резерфорду и модель атома по Бору есть в упомянутой мной книге (отдельным параграфом).

Насчет пси-функции и уравнения Шредингера - мой боже: это дифференциальное уравнение второго порядка с частными производными. Общий вид уравнения Шредингера для атома водорода химики проходят в университетах, но не его решение: его сможет решить далеко не каждый математик. Неужели их теперь учат в школе?

Например, это частично есть в книге:
Г.И. Новиков Основы общей химии (1988) viewtopic.php?p=43590#p43590

но математический аппарат явно выходит за пределы школьного.

Все, что вам нужно знать про пси-функцию:
Вероятность нахождения электрона в данной точке пространства возле ядра пропорциональна квадрату пси-функции.
Author:  Upsidesium [ 20 May 2013 03:10 ]
Post subject:  Re: Книги по химии
Ая Эн wrote:
Простите, не подскажете учебник по квантовой химии, при условии что я восьмиклассница и математику знаю на уровне 8 класса?)

Сочувствую, но с математической базой 8-го класса квантовую механику атомов и молекул (чем собственно и является квантовая химия) осилить невозможно.
Действовать можно только эмпирически:
Vladimir wrote:
Например, посмотрите:
А.Т. Пилипенко, В.Я. Починок, И.П. Середа, Ф.Д. Шевченко Справочник по элементарной химии viewtopic.php?p=1166#p1166
Глава - Строение атома и Периодический закон Менделеева.

Терминология учебника частично устарела, зато он написан просто и без лишних "наворотов"

Ая Эн wrote:
Нет. Но мне бы хотелось сдать экзамен. Т.к учебники написанны самим преподователем и представляют собой отрывки из других книг, читать их невозможно.

А что же это за школа такая? Это мегакруто даже для физика-олимпиадника. И странно как-то выглядит программа: КвантЫ штурмуем на уровне вуза, а математической базы никакой. Странно неужели это учтено в учебном плане?
Vladimir wrote:
Насчет пси-функции и уравнения Шредингера - мой боже: это дифференциальное уравнение второго порядка с частными производными. Общий вид уравнения Шредингера для атома водорода химики проходят в университетах, но не его решение: его сможет решить далеко не каждый математик.

А смысл его выводить, если оно аналитически решается, только для атома водорода и дело не только в нехватке чернил во всей Вселенной.
Author:  antabu [ 20 May 2013 20:26 ]
Post subject:  Re: Ваше отношение к квантовой химии
В Сети есть книга Введение в квантовую химию(82)Нагакура С.и др.
Author:  MVS [ 10 Oct 2013 09:51 ]
Post subject:  Re: Страсти вокруг Нобелевских премий
Vladimir wrote:
Можно и нужно уважать труд людей разных профессий: от уборщицы до астронавта. Только при чем здесь премия по химии? Квантовая химия - фактически раздел прикладной математики, с химией ее объединяет разве что схожесть названий.

Чтобы написать экспериментальную статью по химии, нужно месяца три стахановской работы (это если все отлажено и все получается - в противном случае можно промучится и три года). У нас был квантовик, который по 11 статей в год строчил. Ценность этих статей нетрудно себе представить.
viewtopic.php?p=88706#p88706

Квантовая химия - своеобразный способ изучения строения и свойств вещества. В том же синтезе польза от нее весьма заметна.
Author:  Volodymyr [ 10 Oct 2013 12:04 ]
Post subject:  Re: Страсти вокруг Нобелевских премий
Едва ли заметна: квантЫ в лучшем случае дают возможность объяснить результаты post factum, но их прогностическая ценность близка к нулю.

Поэтому я бы сказал не "способ изучения", а способ интерпретации полученных результатов.

Кто такой типичный квантовик? Это человек, который что-то считает, используя взломанные программы с закрытым кодом - т.е. алгоритм и допуски расчетов неизвестны по определению. Но даже если бы код был открытым, большинство из них не понимают в программировании - разве что старшее поколение (Фортран, Паскаль и т.п. памятники истории).
_______________________

Какой бы не была квантовая химия, сути вопроса это не меняет: квантовая химия - не химия, а раздел математики.

Математик может построить модель, скажем, зависимости биомассы кроликов от урожая капусты на соседнем поле, но от этого он не станет зоологом.
Author:  Enshtein [ 10 Oct 2013 13:43 ]
Post subject:  Re: Страсти вокруг Нобелевских премий
Харди — Вайнберга закон, закон популяционной генетики, устанавливающий соотношение между частотами генов и генотипов в популяции со свободным скрещиванием. Сформулирован в 1908 независимо английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом.

Они не стали биологами, но закон раздел популяционной генетики, а не математики.
Author:  Этилацетоацетат [ 10 Oct 2013 14:39 ]
Post subject:  Re: Страсти вокруг Нобелевских премий
Vladimir wrote:
Но даже если бы код был открытым, большинство из них не понимают в программировании - разве что старшее поколение (Фортран, Паскаль и т.п. памятники истории).
.


Во-первых с фортраном Вы явно промахнулись - он живее всех живых. У этого языка просто своя ниша - научные вычисления. Он до сих пор поддерживается, у него разрабатываются новые спецификации и постоянно выходят новые версии компиляторов. Тот же интел делает два компилятора, заточенные под свои процессоры - сишный и фортрановский, он также входит в комплект GNU-тых компиляторов. Так что сравнивать его с паскалем не стоит.
Насчёт открытого кода. Тот же gamess вполне себе открытый. Правда я очень сильно сомневаюсь что хотя бы 1 процент тех, кто занимается квантовохимическими расчётами по этой программе, в этот исходный код заглядывает.
Author:  Volodymyr [ 10 Oct 2013 15:04 ]
Post subject:  Re: Страсти вокруг Нобелевских премий
Enshtein wrote:
Харди — Вайнберга закон, закон популяционной генетики, устанавливающий соотношение между частотами генов и генотипов в популяции со свободным скрещиванием. Сформулирован в 1908 независимо английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом.

Они не стали биологами, но закон раздел популяционной генетики, а не математики.

Вы не забыли о теме обсуждения: корректно ли присуждать нобелевскую премию в области химии за работы в области квантовой химии?

Если математик сформулировал биологический закон - он сделал достижение в области биологии (не став, правда, при этом биологом).

Если математик выполнил работы в области одного из разделов прикладной математики (квантовой химии) - речь может идти о наградах в области математики, но не в области химии. Вот если квантовик наденет халат, пойдет в лабу и сделает там что-то существенное - тогда другое дело.
Author:  MVS [ 10 Oct 2013 15:36 ]
Post subject:  Re: Страсти вокруг Нобелевских премий
Используя взломанные программы вы не сможете опубликовать результаты. Кроме того, квантово-химические методы очень неплохо считают спектры (ЭСП, ИК, ЯМР) и уже в этом смысле весьма полезны в работе. Отнесение квантовиков к химикам или математикам не имеет значения, но нужно признать ценность квантово-химических методов.
Page 7 of 9 All times are UTC [ DST ]
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
http://www.phpbb.com/