Квантовая химия в примерах

Если исследуемая структура окажется менее компактной, чем прочие химические соединения, обладающие похожим составом атомов, тогда рассматриваемое вещество нельзя будет синтезировать в природе.

В случае, когда моделируемый кристалл или молекула будут удовлетворять требованиям, рассмотренным выше (см. пункты а – г), тогда полная энергия полученной на практике квантовой системы примет минимальное значение. Таким образом, атом водорода H, например, будет стремиться приблизиться к центру грани другого химического элемента, с которым происходит соединение.

Пример 4.1. Na

He

Рассмотрим слоистую структуру Na

He, существующую под высоким давлением. В дальнейшем наименования видимых ядер, входящих в состав исследуемых химических соединений, будем обозначать большим шрифтом, а невидимых – маленьким. Вычислим сумму треугольников, заключённых внутри каждого из атомов гелия и натрия, тогда:

He=0;

Na=48—11+10-30=17

где 48 – расчётное количество потенциальных ям, расположенных на оболочке куба (атома) уровня h=3 (см.

11 – порядковый номер натрия Na, определяемый согласно таблице Менделеева;

10 – номер последнего химического элемента, расположенного на предыдущем уровне h=2. Подходящим элементом является неон Ne;

30 – трёхкратное количество электронов, зафиксированных на предыдущих оболочках куба (атома) уровней h=1 и h=2.

Определим количество крестиков, следовательно:

He=2; Na=48—17=31.

Структура Na

He продемонстрирована на изображениях 4.

Рисунок 4.1 Вид «спереди» для кристалла Na

He.

Символом «*» обозначаются потенциальные ямы, где треугольники совмещаются с крестиками.

Рисунок 4.2 Вид «сверху» для структуры Na

He.

Необходимо отметить, что в процессе формирования кристаллической решётки Na

He 3d

подуровень, входящий в состав орбитальной диаграммы атома натрия Na, останется полностью свободным. Таким образом, общее число треугольников, определяемое для рассматриваемого химического элемента, составит 17—10+2=9, где 17 – сумма незанятых потенциальных ям, заключённый внутри иона натрия Na, а 10 – количество потенциальных ям, расположенных на незаполненном 3d

подуровне.

подуровень, входящий в состав орбитальной диаграммы атома Na, останется полностью свободным, то в этом случае общее число треугольников примет следующее значение: Na=9-6-2=1.