Т.к. электроны в молекуле водорода антипараллельны, то суммарный спин S = 0. Это подтверждает эксперимент: молекула Н2 диамагнитна и не имеет магнитного момента.
Следует отметить, что во всех случаях ковалентная связь основывается на квантово-механическом эффекте обмена. Эффект обмена с отрицательной энергией связи труден для понимания с обыденных (классических) позиций.
Интересно провести аналогию эффекта обмена с взаимодействием двух осцилляторов. В соответствии с постулатом Бора каждому атому водорода с энергией Е можно приписать частоту n = Е/h (n » 3×1015 с-1). Если два атома взаимодействуют между собой, то это соответствует некоторой связи между осцилляторами, которые совершают совместные колебания с частотой n ± Dn. Здесь Dn- комбинационная частота, зависящая от силы связи и дающая энергию взаимодействия hDn, которую следует отождествлять с интегралом А. Эта аналогия ведёт к тому, чтобы рассматривать отношение A/h как комбинационную частоту (7×1014 с-1). Колебаниям чего с такой частотой следует приписывать в молекуле водорода? Естественно нельзя отнести данную частоту к обмену местами электронов атомов водорода, т.к. они неразличимы и это является основополагающим в эффекте обмена. Величину A/h можно толковать как частоту изменения направления спинов электронов. Комбинационная частота т.о. представляет собой частоту обмена ориентации спинов.
Природа эффекта обмена целиком квантово-механическая и следует принимать это как один из фундаментальных фактов, лежащих в основе квантовой механики.
6.2. Уточнение волновой функции для молекулы водорода.
Как видно из табл. 6.1 рассчитанные значения параметров молекулы водорода значительно отличаются от экспериментальных. Такое расхождение связано с тем, что при написании собственной функции для молекулы Н2 не были учтены факторы воздействия атомов водорода друг на друга. Рассмотрим некоторые из этих факторов.
6.2.1. Эффект экранирования. Когда один атом приближается к другому, то они начинают взаимодействовать друг с другом. Электрон одного атома (1) начинает притягиваться соседним ядром (b) и отталкиваться от другого электрона (2). Наличие электрона (2) около ядра (b) приводит к экранированию взаимодействия электрона (1) с ядром (b). Это вызывает искажение (а именно, сжатие) орбиталей электронов. Такой эффект можно отразить, например, в виде изменения показателя экспоненты атомной орбитали (правило Слейтера):
;
(6.23)
здесь с - параметр, зависящий от межъядерного расстояния и выбран из условия минимума энергии. На рис. 6.3 представлена зависимость константы экранирования от межъядерного расстояния.
 |
с Рис.6.3.
Зависимость константы
экранирования с от межъяде-
рного расстояния R.
|
1.0
 |
1 2 3 R, 1/a
При равновесном межъядерном расстоянии с = 1.166, а энергия связи 3.75 эВ. При R = 0 с = 1.625, что говорит об экранировании одного электрона наличием другого.
6.2.2. Поляризация. Другим эффектом взаимодействия двух атомов водорода может быть их поляризация. Зарядовое облако в этом случае не будет симметричным относительно ядра. Поэтому сферически симметричную атомную орбиталь можно заменить на поляризованную:
,
(6.24)
где ось Х направлена от ядра (а) к ядру (b). Параметры l и с следует определять из условия минимизации энергии. Такое приближение даёт значение энергии равной 4.0 эВ.
7.2.3.
Ионное состояние. При близком расстоянии между атомами водорода
имеется определённая вероятность того, что оба электрона окажутся около одного
ядра (известно, ион Н- существует и достаточно устойчив). Тогда волновая
функция примет вид Y = yа(1)× yа(2), где yа = 
и будет соответствовать ионной
составляющей связи. Учитывая неразличимость электронов и ядер можно записать:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.