1 Краткая история развития теории химической связи и квантовой химии в лицах. - презентация

1 1 Краткая история развития теории химической связи и квантовой химии в лицах

2 2 Niels Bohr (1885–1962) В 1913 году в «трилогии» On the Constitution of Atoms and Molecules предложил теорию строения атома («старая квантовая теория») Нобелевская премия по физике 1922 года «За заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения» On the Constitution of Atoms and Molecules

3 3 Werner Heisenberg (1901–1976) В 1925 году предложил матричную (квантовую) механику Нобелевская премия по физике 1932 года «За создание квантовой механики»

4 4 Erwin Schrödinger (1887–1961) В 1926 году предложил уравнение, впоследствии названное «уравнением Шрёдингера», которое легло в основу волновой механики. Нобелевская премия по физике 1933 года «За открытие новых продуктивных форм атомной теории» (вместе с П. Дираком)

5 5 Стационарное УШ Стационарное УШ основное нерелятивистское уравнение квантовой механики, описывающее, в частности, движение ядер и электронов в молекулах. СУШ представляет собой дифференциальное уравнение для оператора полной энергии (оператора Гамильтона): Решение уравнения, т. е. нахождение собственных (волновых) функций, позволяет определить также собственные значения энергии E. Функции зависят от пространственных и спиновых координат частиц.

6 6 Wolfgang Pauli (1900–1958) В 1924 году предложил принцип запрета, в соответствии с которым функция должна обладать определённой симметрией относительно перестановки частиц (быть антисимметричной для фермионов и симметричной для бозонов) Нобелевская премия по физике 1945 года «За открытие принципа запрета Паули»

7 7 Paul Dirac (1902–1984) В 1928 году предложил релятивистское обобщение уравнения Шрёдингера (уравнение Дирака) Нобелевская премия по физике 1933 года «За открытие новых продуктивных форм атомной теории» (вместе с Э. Шрёдингером)

8 8 Уравнение Шрёдингера легко решается для атома водорода и, как выяснилось, получаемые при этом результаты идентичны более ранним результатам Бора. Учёт релятивистских поправок при использовании уравнения Дирака (для атома водорода) приводит к практически полному согласию с экспериментальными спектроскопическими данными. Однако для любой другой системы найти точное решение не удавалось, что и вызвало широко известное замечание Дирака 1929 года: «Таким образом, фундаментальные законы, необходимые для математического описания значительной части физики и всей химии, полностью известны, и проблема заключается только в том, что применение этих законов приводит к уравнениям, слишком сложным, чтобы их можно было решить».

9 9 Слова Дирака означали, что фундаментальные открытия в химии закончились, но осталась грандиозная математическая задача их реализации. Ретроспективно это утверждение, принимая во внимание его окончательный характер, выглядит чрезвычайно смелым. Тогда, в 1929 году, был всего один (!) – предварительный и приближённый – квантово-механический расчёт молекулы водорода H 2, причём полученное в нём значение энергии связи составляло только около 70% от экспериментальной величины. Тем не менее, физики оказались крайне самонадеянными, и в 30-е годы большинство из них перешло к исследованиям внутренней структура ядра. Фактически их самонадеянность была, по-видимому, оправданной, поскольку никаких серьёзных недостатков в полной теории Шрёдингера–Паули– Дирака до сих пор не обнаружено.

10 10 Walter Heitler (1904–1981) Fritz London (1900–1954) В 1927 году на примере молекулы водорода дали квантово- механическую интерпретацию ковалентной связи (первый квантово-химический расчёт)

11 11 Max Born (1882–1970) Нобелевская премия по физике 1954 года «За фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за его статистическую интерпретацию волновой функции»

12 12 J. Robert Oppenheimer (1904–1967) В 1927 году М. Борн и Р. Оппенгеймер в статье On the Quantum Theory of Molecules предложили «приближение Борна– Оппенгеймера», или простое адиабатическое приближение, определяющее критерии разделения движений ядер и электронов в молекуле On the Quantum Theory of Molecules

13 13 Carl Eckart (1902–1973) Отделение колебаний молекулы от её вращения в пространстве было осуществлено в 1935 году в работе К. Эккарта Some Studies Concerning Rotating Axes and Polyatomic MoleculesSome Studies Concerning Rotating Axes and Polyatomic Molecules

14 14 Linus Pauling (1901–1994) Развил идеи В. Гайтлера и Ф. Лондона и в 1928–1931 годах вместе с Дж. Слейтером разработал метод валентных связей Нобелевская премия по химии 1954 года «За исследование природы химической связи и её применение для определения структуры соединений» Нобелевская премия мира 1962 года «Как автор проекта договора о запрещении ядерных испытаний»

15 15 John C. Slater (1900–1976) В 1929 году Дж. Слейтер предложил записывать волновую функцию многоэлектронной системы в виде определителя (определитель Слейтера). В 1930 году ввёл понятие STO (слейтеровский тип орбиталей), а также разработал математические основы метода конфигурационного взаимодействия (CI) для учёта электронной корреляции

16 16 Sir John Lennard-Jones (1894–1954) Friedrich Hund (1896–1997) В 1928–1930 годах Ф. Хунд, Р. Малликен и Дж. Леннард-Джонс заложили основы метода молекулярных орбиталей (МО)

17 17 Robert S. Mulliken (1896–1986) Нобелевская премия по химии 1966 года «За фундаментальную работу по химическим связям и электронной структуре молекул, проведенную с помощью метода молекулярных орбиталей»

18 18 Douglas Hartree (1897–1958) В 1928 году Д. Хартри в работе The Wave Mechanics of an Atom with a Non-Coulomb Central Field предложил метод самосогласованного поля (Self-Consistent Field, SCF) для расчёта электронной структуры многоэлектронных атомов (метод ССП Хартри)The Wave Mechanics of an Atom with a Non-Coulomb Central Field

19 19 Владимир Фок (1898–1974) В 1930 году в работе Приближённый способ решения квантовой задачи многих тел В. Фок усовершенствовал метод Хартри (метод ССП Хартри– Фока) Приближённый способ решения квантовой задачи многих тел

20 20 Christian Møller (1904–1980)

21 21 Milton Spinoza Plesset (1908–1991) В 1934 году К. Мёллер и М. Плессе в работе Note on an Approximation Treatment for Many-Electron Systems предложили метод учёта электронной корреляции, основанный на теории возмущений (метод MPn)Note on an Approximation Treatment for Many-Electron Systems

22 22 Clemens C. J. Roothaan (р. 1918) В 1951 году К. Рутан в работе New Developments in Molecular Orbital Theory обобщил метод Хартри–Фока применительно к молекулярным системамNew Developments in Molecular Orbital Theory

23 23 S. Francis Boys (1911–1972) В 1950 году Ф. Бойз в первой части серии статей Electronic Wave Functions предложил использовать функции Гаусса (GTO – гауссов тип орбиталей) для записи атомных орбиталей Хартри–Фока В 1970 разработал метод учёта BSSE (basis set superposition error) Electronic Wave Functions

24 24 Walter Kohn (р. 1923) В 1964–1965 годах П. Хоэнберг, В. Кон и Л. Шэм в работах Inhomogeneous Electron Gas и Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects разработали основы теории функционала плотности (Density Functional Theory, DFT) Нобелевская премия по химии 1998 года «За развитие теории функционала плотности» Inhomogeneous Electron Gas Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects

25 25 Pierre C. Hohenberg Lu J. Sham

26 26 Sir John A. Pople (1925–2004) В конце 1960-х годов под руководством Дж. Попла разработан прикладной квантово-химический пакет GAUSSIAN Нобелевская премия по химии 1998 года «За разработку вычислительных методов квантовой химии»

27 27 Axel Dieter Becke (р. 1953) В 1986–1993 годах А. Бекке разработал несколько вариантов обменного функционала. Статьи А. Бекке Density-Functional Thermochemistry III: the Role of Exact Exchange и Density- Functional Exchange Energy Approximation with Correct Asymptotic Behavior являются соответственно 1-й и 3-й наиболее цитируемыми работами в химической литературе ( и цитирований к настоящему времени)Density- Functional Exchange Energy Approximation with Correct Asymptotic Behavior