velikol.ru
1


СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ
ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ:

Изложение современных представлений о строении и свойствах молекул.
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН:
Познакомиться с системой понятий, используемых в современной молекулярной физике и квантовой химии молекул.
Познакомиться с современными теоретическими и экспериментальными методами исследования строения молекул.
Получить представление об особенностях строения важнейших классов органических и неорганических молекул.
Научиться решать некоторые простейшие задачи квантовой механики молекул.
Научиться грамотно применять полученные знания о строении и свойствах молекул в других разделах химии (в том числе в неорганической, органичес­кой и физической химии).
^ СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА
Строение молекул и свойства макротел. Роль учения о строении молекул в современной химии, в том числе в химической термодинамике, в химической кинетике и катализе.

Различные аспекты термина "Строение молекулы". Понятия "Валентность", "Валентная связь". Классическая модель молекулы (А.М. Бутлеров, ле Бель, Вант-Гофф, А. Вернер и др.). Квантово-механическое определение понятия "строение молекулы". Понятия "геометрическое строение" и "электронное строение" молекулы; их ограниченность рамками адиабатического приближения.

Взаимосвязь классической и квантовой моделей молекул. Понятие "атом в молекуле" (или "вириальный фрагмент") по Бэйдеру.

Теоретические и экспериментальные подходы к исследованию строения молекул, их взаимосвязь.

Классификация экспериментальных ("физических") методов исследования строения молекул: спектроскопические, дифракционные, резонансные, другие физические методы. Прямая и обратная задачи экспериментальных методов; корректно и некорректно поставленные задачи.

Классификация теоретических методов исследования строения молекул: неэмпирические и полуэмпирические квантово-химические расчеты; модельные расчеты (метод молекулярной механики и т.п.); простые модели (модель отталкивания электронных пар валентной оболочки (ОЭПВО) Гиллеспи-Найхольма, метод Бэйдера-Пирсона и др.); сравнительные методы.

Решение квантово-механической задачи о движении ядер молекулы в рамках адиабатического приближения. Разделение поступательного, вращательного и колебательного движений ядер

Поверхность потенциальной энергии (ППЭ) молекулы. Важнейшие характеристики ППЭ молекул. Равновесные геометрические параметры молекул. Закономерности в геометрической конфигурации двухатомных и многоатомных молекул.

Изомерия молекул. Виды изомерии.

Свойства симметрии молекул. Точечные группы симметрии.

Нежесткие молекулы. Ограниченная инверсионно-перестановочная («молекулярная») группа симметрии нежесткой молекулы.

Электрические свойства молекул. Электрический дипольный момент и симметрия молекул. Поляризуемость молекул. Тензор поляризуемости и средняя поляризуемость молекулы. Эллипсоид поляризуемости молекулы. Методы экспериментального и теоретического определения дипольных моментов и поляризуемости молекул.

Колебательные состояния молекул. Основы теории колебаний молекул.

Электронные состояния молекул.

Классификация электронных состояний и электронных волновых функций молекулы. Свойства симметрии электронных волновых функций линейных и нелинейных молекул. Обозначения последовательности электронных состояний нелинейных молекул.

Испускание, поглощение и рассеяние излучения молекулами. Матричные элементы операторов перехода.

Электронно-колебательное (вибронное) взаимодействие в молекуле. Электронные состояния, вырожденные при высокосимметричных конфигурациях ядер. Эффект Яна-Теллера. Эффект Реннера-Теллера.
Содержание расчетного практикума:
1. Геометрическое строение молекул. Изомерия молекул. Свойства симметрии молекул. Нежесткие молекулы.

2. Электрические свойства молекул.

3. Колебания молекул.

4. Электронные состояния молекул.

^ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 1997. – 560 с. (1-е издание: М.: «Высшая школа», 1979. – 407 с.)

2.Симкин Б.Я., Клецкий М.Е., Глуховцев М.Н. Задачи по теории строения молекул. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 1997. – 272 с.

3.Татевский В.М. Строение молекул. - М.: Химия, 1977. – 512 с.

4.Татевский В.М., Матвеев В.К. Задачник к курсу “Строение молекул”. - М.: МГУ, 1984. – 136 с.

5.Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. - М.: Высшая школа, 1984. – 295 с.

6. Соломоник В.Г. Теоретические исследования молекулярных спектров с помощью ЭВМ. I. Исследование колебательно-вращательного спектра двухатомной молекулы методом Данхэма. - Иваново, ИХТИ, 1984.

7.Соломоник В.Г. Теоретические исследования молекулярных спектров с помощью ЭВМ. II. Применение метода МО ЛКАО для расчета потенциальной кривой молекулярного иона (H2)+ . - Иваново, ИХТИ,1986.

8.Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. - М.: Высшая школа, 1987. – 367 с.

9.Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. - М.: Высшая школа, 1989.– 288 с.

10.Гиллеспи Р., Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул. – М.: Мир, 1992. – 296 с.

11.Банкер Ф. Симметрия молекул и молекулярная спектроскопия. – М.: Мир, 1981. – 456 с.

12.Грибов Л.А. Введение в молекулярную спектроскопию. – М.: Наука, 1976. – 400 с.

13.Волькенштейн М.В., Грибов Л.А., Ельяшевич М.А., Степанов Б.И. Колебания молекул. – М.: Наука, 1972. – 700 с.

14.Берсукер И.Б., Полингер В.З. Вибронные взаимодействия в молекулах и кристаллах. – М.: Наука, 1983. – 336 с.

15.Флайгер У. Строение и динамика молекул (в двух томах). – М.: Мир, 1982. – 872 с.
В ходе лабораторных занятий студенты применяют персональные ЭВМ. Решают следующие задачи:

 Проведение неэмпирического расчета равновесных геометрических параметров, барьеров внутримолекулярных перегруппировок, относительных энергий изомеров многоатомной молекулы. Анализ симметрии молекулы.
 Проведение неэмпирического расчета дипольного момента и поляризуемости многоатомной молекулы.
 Проведение неэмпирического расчета колебательного спектра (частот колебаний, интенсивностей колебательных переходов в ИК и КР спектрах) многоатомной молекулы.
 Неэмпирическое вычисление колебательно-вращательного спектра двухатомной молекулы методом Данхэма.

Используются программы MICROMOL и/или GAMESS, а также программы VIBMOL и DUNHAM.