22-ma’ruza. Vodorod molekulasining kvant nazariyasi

22-ma’ruza.
Vodorod molekulasining kvant nazariyasi.

1. Molekula masalasi. Kimyoviy bog‘lanishlar.

2. Vodorod molekulasi nazariyasi
3. Turg‘un molekula va spinlar orientatsiyasi.
4.Molekula spektri.


1.Molekula masalasi.
Endi biz kvant mexanikasining yana bir muhim masalasi-molekula masalasini qarab chiqamiz. Molekula bir qancha elektron va yadrolardan tashkil topgan ko‘p markazli sistemadir. Molekulaning kvant nazariyasi ko‘p elektronli atom kvant nazariyasiga o‘xshasada, ular bir-birlaridan farq qiladi. Agar atom ko‘p elektronli, bir markazli sistema bo‘lsa, molekula ko‘p elektronli va ko‘p markazli sistemadir.Ana shu farqning o‘zi molekula masalasini echishda matematik nuqtai nazaridan masalaning qo‘yilishini tubdan o‘zgartirib yuboradi va yangidan-yangi usullardan foydalanishni taqozo etadi. Biz ko‘p elektronli sistemalarning eng sodda vakili bo‘lgan geliy atomi masalasini echishda qanchalik qiyinchiliklarning paydo bo‘lganligini ko‘rgan edik, vaholanki bu atomda ikkitagina elektron va bitta yadro mavjud edi. Agar molekulalar ichida eng soddasi bo‘lgan vodorod molekulasini qaramoqchi bo‘lsak, u geliy atomidan elektronlar soni, yadrosining zaryadi bilan emas, yadro sonining ikkita bo‘lishi bilangina farq qiladi, xolos. SHunga qaramasdan vodorod molekulasi masalasi shunchalik murakkabki, u hozirgi kungacha aniq echimga ega emas. O‘ylaymizki, bu masalaning etarli darajada matematik jihatdan murakkabligi masala echimini aniq topish imkoniyatini bermaydi. SHu sababdan bu masalani echishda turli taqribiy usullardan foydalanib kelishga to‘g‘ri keladi.
Molekulada atomlardagidek ularning holatini birgina orbital kvant soni bilan ifodalab bo‘lmaydi. Molekula nazariyasi kvant mexanikasida atroflicha ishlab chiqilgan. Bu nazariyada asosan ikkita usul mavjud: 1.Molekulyar orbitalar usuli; 2.Invariant (valent) bog‘lanishlar usuli.
Molekulalar masalasini qarab chiqishda, avvalo, neytral atomlarni molekulaga birlashtirib turuvchi kuchlarning tabiati qandayligi qiziqtiradi. Atomlarni molekulaga birlashtiruvchi bog‘lanish kimyoviy bog‘lanish deb aytiladi va ular ikki turda bo‘ladi: ionli bog‘lanish va kovalent (atomli) bog‘lanish.
Ionli bog‘lanish shu bilan xarakterlanadiki, qutbli erituvchilarda bu molekulalar eriganida ular ionlar hosil qilishadi. Eng oddiy misol qilib NaCl molekulasini keltirish mumkin. Bu molekula hosil bo‘lishining sxemasi quyidagichadir: Na atomi tashqi elektron orbitada bitta zaif bog‘langan valent elektronga ega bo‘lsa, Cl atomida argonning turg‘un elektron orbitasini hosil bo‘lishi uchun bitta elektron etishmaydi. Bu ikki atomlar bir-birlariga yaqinlashganda Na ning elektroni Cl atomi tomonidan tutib olinadi, natijada paydo bo‘ladigan ionlari bir-birlarini kulon elektrostatik kuchlari ta’sirida tutib turadi.
Lekin ionli bog‘lanish mexanizmi yordamida bir xil atomlardan tashkil topgan va h.z. molekulalarni aslo tushuntirib bo‘lmaydi. Bu muammoning echimi elektron orbitalari butunlay to‘lgan atomlar bir-biriga «singib borishga», qo‘pal qilib aytganda «tutashib ketishga» tish-tirnog‘i bilan qarshilik ko‘rsatish xossasida topildi. Agar molekulaga birlashuvchi ikki atom tashqi qatlamlari elektronlar bilan to‘lmagan bo‘lsa, bu elektronlar shunday yagona sistemani hosil qilishadiki, ularning energiyasi faqatgina yadrolar orasidagi masofagagina bog‘liq bo‘lib qoladi. SHunga ko‘ra, birlashgan elektron sistemasi minimal qiymat qabul qiladigan statsionar holatni aniqlab, atomlar o‘rtasida yuzaga keladigan bog‘lanishning turg‘unligini o‘rganish mumkin bo‘lar ekan.
SHunday qilib, orbitalari elektronlar bilan to‘liq to‘lmagan atomlar valentlikka ega bo‘lardi. Molekulaning to‘liq elektron sistemasi elektronlar bilan to‘lgan qobiq xarakteristikasiga ega bo‘lganda valentlik to‘yinadi. To‘yingan valentlikka ega bo‘lgan molekulalar elektronlar bilan to‘lgan atomlar kabi xossaga ega bo‘ladi. Bunday elektronli sistemalarning magnit momenti nolga teng bo‘ladi. Demak, kimyoviy jihatdan stabil bo‘lgan moddalar (molekulalar) paramagnit xossaga ega bo‘lmaydi. Haqiqatda kovalent bog‘lanishli molekulalar paramagnit bo‘lmagan moddalardir. Kovalent bog‘lanishli eng sodda molekula vodorod molekulasidir. Biz ana shu molekulaning kvant nazariyasini qarab chiqamiz.