Metody obliczeniowe chemii kwantowej oparte na funkcji falowej. Dla uk ladu N elektronów i K j ader atomowych hamiltonian przyjmuje postać:

Podobne dokumenty
Metody obliczeniowe chemii teoretycznej

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZA STECZEK: METODA ORBITALI MOLEKULARNYCH (MO) Monika Musia l

TEORIA FUNKCJONA LÓW. (Density Functional Theory - DFT) Monika Musia l

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZA STECZEK: METODA ORBITALI MOLEKULARNYCH (MO) Ćwiczenia. Monika Musia l

Podstawy chemii obliczeniowej

Metoda Hartree-Focka (Hartree ego-focka)

JEDNOSTKI ATOMOWE =1, m e =1, e=1, ; 1 E 2 h = 4, J. Energia atomu wodoru lub jonu wodoropodobnego w jednostkach atomowych:

PRZYBLIŻENIE JEDNOELEKTRONOWE ATOM WIELOELEKTRONOWY. Monika Musiał. c.us.edu.pl/ mm

Teoria funkcjonału gęstości

Notatki do wyk ladu IV (z )

Notatki do wyk ladu IV (z ) Metoda Hartree-Focka (Hartree ego-focka)

Notatki do wyk ladu V (z ) Metoda Hartree-Focka (Hartree ego-focka)

Oddzia lywania miedzycz. jony molekularne lub atomy. edzy A i B:

Monika Musia l. METODA MIESZANIA KONFIGURACJI Configuration Interaction (CI) (ujȩcie wyznacznikowe)

po lożenie cz astki i od czasu (t). Dla cz astki, która może poruszać siȩ tylko w jednym wymiarze (tu x)

Teoria funkcjona lu g

Rozdział 23 KWANTOWA DYNAMIKA MOLEKULARNA Wstęp. Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1

po lożenie cz astki i od czasu (t). Dla cz astki, która może poruszać siȩ tylko w jednym wymiarze (tu x)

Wykład 16: Atomy wieloelektronowe

i elektronów w czasteczkach (laboratoryjnym) operator Hamiltona dla czasteczki dwuatomowej (jadra 2M b a i b; m -masa elektronu e 2 r ij

CHEMIA KWANTOWA MONIKA MUSIA L METODA HÜCKLA. Ćwiczenia. mm

Układy wieloelektronowe

Struktura elektronowa czasteczek. przybliżenie Borna-Oppenheimera. równania Schrödingera dla elektronów przy ustalonym po lożeniu jader

Wykład Budowa atomu 3

Podstawy chemii obliczeniowej

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Teorie wiązania chemicznego i podstawowe zasady mechaniki kwantowej Zjawiska, które zapowiadały nadejście nowej ery w fizyce i przybliżały

Postulaty mechaniki kwantowej

Wykład 3: Atomy wieloelektronowe

1. Przesłanki doświadczalne mechaniki kwantowej.

13.1 Układy helopodobne (trójcząstkowe układy dwuelektronowe)

Symbol termu: edu (sumy ca lkowitego orbitalnego momentu edu i ca lkowitego spinu) Przyk lad: 2 P 3. kwantowa

ORBITALE ATOMOWE ATOM W POLU MAGNETYCZNYM SPIN. Monika Musiał. c.us.edu.pl/ mm

w jednowymiarowym pudle potencja lu

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Chemia kwantowa makroczasteczek dla III roku biofizyki; kurs WBt-ZZ28

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

METODA MIESZANIA KONFIGURACJI Configuration Interaction (CI)

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Uklady modelowe III - rotator, atom wodoru

Chemia kwantowa. Pytania egzaminacyjne. 2010/2011: 1. Przesłanki doświadczalne mechaniki kwantowej.

Teoria funkcjona lu g

Modelowanie, wybór i budowa modelu procesu. Modelowanie matematyczne. Maszyny matematyczne. Modelowanie fizyczne. Energia w reakcjach.

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

że w wyniku pomiaru zmiennej dynamicznej A, której odpowiada operator αˆ otrzymana zostanie wartość 2.41?

Uwzględnienie energii korelacji w metodach ab initio - przykłady

Metoda oddzia lywania konfiguracji (CI)

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Stany atomu wieloelektronowego o określonej energii. być przypisywane elektrony w tym stanie atomu.

Metody obliczeniowe ab initio w fizyce struktur atomowych. Wykład 1: Wstęp

CHEMIA KWANTOWA MONIKA MUSIA L. Ćwiczenia. mm

Elektronowa struktura atomu

gdzie λ - długość fali, h - stała Plancka, p - pęd cząstki.

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład X

Atom wodoru. Model klasyczny: nieruchome jądro +p i poruszający się wokół niego elektron e w odległości r; energia potencjalna elektronu:

Podstawowe metody i przybliżenia: metoda wariacyjna, rachunek zaburzeń

Atomy wieloelektronowe

{E n ( k 0 ) + h2 2m (k2 k 2 0 )}δ nn + h m ( k k 0 ) p nn. c nn = E n ( k)c nn (1) gdzie ( r)d 3 r

TEORETYCZNE BADANIE STRUKTURY ELEKTRONOWO-OSCYLACYJNEJ I PROCESU FOTODYSOCJACJI CZĄSTECZKI LITU. Patryk Jasik

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

obrotów. Funkcje falowe cząstki ze spinem - spinory. Wykład II.3 29 Pierwsza konwencja Condona-Shortley a

Rotacje i drgania czasteczek

METODY POSTHARTREE-FOCKOWSKIE MONIKA MUSIA L

Hierarchia baz gaussowskich (5)

Mnożniki funkcyjne Lagrange a i funkcje kary w sterowaniu optymalnym

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

Zadania z mechaniki kwantowej

Wyznaczanie krzywych energii potencjalnej dla wybranych cząsteczek dwuatomowych

Chemia Ogólna wykład 1

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii

Rozdział 22 METODA FUNKCJONAŁÓW GĘSTOŚCI Wstęp. Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1

Fizyka atomowa r. akad. 2012/2013

Elementy fizyki kwantowej. Obraz interferencyjny. Motto. Funkcja falowa Ψ. Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

Elementy chemii obliczeniowej i bioinformatyki Zagadnienia na egzamin

u nk = n c nn u n 0 wyznacza siȩ empirycznie (elementy przejść) lub próbuje oszacować w obliczeniach typu ab initio Rachunek zaburzeń Löwdina

Liczby kwantowe n, l, m l = 0 l =1 l = 2 l = 3

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład X

Budowa atomu. Izotopy

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

CHEMIA 1. INSTYTUT MEDICUS Kurs przygotowawczy na studia medyczne kierunek lekarski, stomatologia, farmacja, analityka medyczna ATOM.

Modele kp wprowadzenie

Elementy fizyki kwantowej. Obraz interferencyjny. Funkcja falowa Ψ. Funkcja falowa Ψ... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

METODA SPRZȨŻONYCH KLASTERÓW METODA MIESZANIA KONFIGURACJI. Monika Musia l

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Cząsteczki. 1.Dlaczego atomy łącz. 2.Jak atomy łącz. 3.Co to jest wiązanie chemiczne? Jakie sąs. typy wiąza

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych.

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU. Janusz Adamowski

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

FALE MATERII. De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 1924 wysunął hipotezę, że

Temat 1: Budowa atomu zadania

Graficzna reprezentacja orbitali atomowych s, p i d. Graficzny obraz schematu EA w obliczeniach energii termów atomowych dla atomu sodu.

Transkrypt:

Metody obliczeniowe chemii kwantowej oparte na funkcji falowej Równanie Schrödingera: ĤΨ = EΨ Dla uk ladu N elektronów i K j ader atomowych hamiltonian przyjmuje postać: Ĥ = h 2 K α=1 1 2M α 2 α h2 2m N i=1 2 i N K i=1α=1 kz α e 2 r iα + N i>j=1 ke 2 r ij + K α>β=1 kz α Z β e 2 czyli mamy: operator energii kinetycznej j ader, operator energii kinetycznej elektronów, operator kulombowskiego przyci agania elektronów przez j adra, operator kulombowkiego odpychania siȩ elektronów oraz operator kulombowskiego odpychania siȩ jȩder. r αβ

h - sta la Plancka kreślona k - sta la Coulomba e - ladunek elektronu m - masa elektronu Z α - ladunek j adra α M α - masa j adra α r kl = (x k x l ) 2 +(y k y l ) 2 +(z k z l ) 2 2 = 2 x 2 + 2 y 2 + 2 z 2

W jednostkach atomowych hamiltonian przyjmuje prostsz a formȩ Ĥ = K α=1 1 2M α 2 α 1 2 N K i=1 2 i N i=1α=1 Z α r iα + N i>j=1 1 r ij + K α>β=1 Z α Z β r αβ Ĥ = ˆT j + ˆT e + ˆV ej + ˆV ee + ˆV jj

Przybliżenie Borna-Oppenheimera (BO) zak lada, że j adra atomowe jako kilka tysiȩcy razy ciȩższe od elektronów poruszaj a siȩ tak wolno, że ich ruch można zaniedbać, tzn.: ˆT j = 0 Jeżeli j adra atomowe s a nieruchome, to ostatni wyraz w hamiltonianie jest sta ly: K Z α Z β = const α>β=1 r αβ Ĥ = 1 2 N i=1 2 i N K i=1α=1 Z α r iα + N i>j=1 1 r ij +const Ĥ = ˆT e + ˆV ej + ˆV ee +const

Hamiltonain dla atomu N elektronowego (w ramach przybliżenia BO w jednostkach atomowych): Ĥ = 1 2 N i=1 2 i N i=1 Z r i + N i>j=1 1 r ij

PRZYBLIŻENIE JEDNOELEKTRONOWE Uk lady wieloelektronowe - atomy i cz asteczki zawieraj ace dwa i wiȩcej elektronów; uk ladu krystaliczne. W przybliżeniu jednoelektronowym, zwanym także modelem cz astek niezależnych, każdemu elektronowi w atomie, cz asteczce lub krysztale przyporz adkowujemy jednoelektronow a funkcjȩ falow a zwan a spinorbitalem. W samej idei przybliżenia jednoelektronowego leży b l ad. Przypisanie poszczególnych elektronów odrȩbnym funkcjom jednoelektronowym uniezależnia ruch dowolnie wybranego elektronu od aktualnego po lożenia pozosta lych elektronów. Mówimy, że ruch elektronów nie jest skorelowany.

Konstrukcja wieloelektronowej funkcji falowej w ramach przybliżenia jednoelektronowego. Funkcja opisuj aca elektrony(nieodróżnialne fermiony) musi spe lniać zakaz Pauliego. W laściw a propozycj a jest wyznacznik Slatera: lub w skrócie: Ψ = 1 N! ψ 1 (1) ψ 1 (2) ψ 1 (N) ψ 2 (1) ψ 2 (2) ψ 2 (N).... ψ N (1) ψ N (2) ψ N (N) albo Ψ = det ψ 1 ψ 2 ψ N Ψ = ψ 1 ψ 2 ψ N

Spin w ramach jednowyznacznikowej funkcji falowej Uwzglȩdniaj ac fakt, że każda funkcja jednoelektronowa jest iloczynem czȩści przestrzennej i spinowej: lub ψ i = φ i α ψ i = φ i β możemy, ogólnie bior ac, rozważyć trzy sytuacje:

najbardziej ogóln a bez ograniczeń spinowych (zwan a też DODS: Different Orbitals for Different Spins), w której Ψ możemy przedstawić jako: lub Ψ = 1 N! φ 1 (1)α(1) φ 1 (2)α(2) φ 1 (N)α(N) φ 1(1)β(1) φ 1(2)β(2) φ 1(N)β(N).... φ p (1)α(1) φ p (2)α(2) φ p (N)α(N) φ p(1)β(1) φ p(2)β(2) φ p(n)β(n).... φ p+q (1)α(1) φ p+q (2)α(2) φ p+q (N)α(N) Ψ = + φ 1 φ 1 + φ p φ p + φ p+q W wyznaczniku mamy (p+q) funkcji ze spinem α i p funkcji ze spinem β, przy czym 2p+q = N, gdzie N jest liczb a elektronów.

uk lad otwartopow lokowy z ograniczeniami spinowymi: Ψ = + φ 1 φ1 + φ p φp + φ p+q uk lad zamkniȩtopow lokowy z ograniczeniami spinowymi(2p=n elektronów): Ψ = + φ 1 φ1 + φ2 φ2 + φ p φp W tym ostatnim przypadku mówimy że elektrony s a sparowane. Czȩść przestrzenn a spinorbilu ψ i oznaczon a powyżej jako φ i lub φ i nazywamy orbitalem. Zakaz Pauliego: spinorbital opisuje ruch jednego elektronu lub orbital opisuje ruch dwóch elektronów