Квант ва и классик механика методлари

_8-мавзу
Квант ва и классик механика методлари
Режа:
Квант ва и классик механика методлари
Гибридланиш.
Молекуляр динамика.
Монте-Карло методи.
Ноэмперик ва полуэмеприк метод.

Биринчи навбатда молекуланинг фазовий ва электрон тузилиши хакида танишайлик.

Богнинг йуналиши ва туйинувчанлиги. ( http://onx.distant.ru/posobie-1/chemistry/part_5.htm)
Ковалент богнинг энг мухим хусусияти унинг туйинувчанлиги ва йуналишидир. Туйинувчанлик – атомларнинг чегараланган сондаги ковалент бог хосил килиш хусусиятидир. Масалан углерод атоми 4 та, кислород атоми 2 та ковалент бог хосил кила олади. Жуфтлашган электронлар хисобига хосил буладиган донор-акцептор богларни хисобга олмаганда максимал ковалент боглар сони жуфтлашмаган электронлар сонига тенг. Ковалент боглар фазовий йуналишга эга булади. Якка боглар ядроларни туташтирувчи чизик буйича йуналган булади. Молекуланинг электрон орбиталларининг фазовий жойлашиши молекуланинг геометриясини белгилайди. Химиявий боглар уртасидаги бурчак – валент бурчак дейилади.
Ковалент богнинг туйинувчанлиги ва йуналувчанлиги уни ион богдан ажратиб туради, чунки ион бог туйинмаган ва йуналишга эга булмайди.
Ковалент богнинг йуналувчанлигини сув ва аммиак молекуласи мисолида куриб чикайлик.
Сув молекуласидаги кислород атомида 2 та жуфтлашмаган р-электронлар бор. Улар бир-бирига 90^о остида жойлашган. Водород атомларида 1 тадан жуфтлашмаган 1s-электронлар бор. Тажриба йули билан бог бурчаги 90 градус эмас, балки 104,5 эканлиги аникланган. Бундай четланишни водород атомлари орасидаги узаро итаришиш кучлари билан тушунтирилади.
Аммиак хосил булишда азотнинг 3 та жуфтлашмаган р-электронлари иштирок этади. Улар бир-бирига нисбатан 90 градус остида жойлашган булади. Яъни 3 та N–H бог 90 град остида жойлашиши керак эди. Аммо тажриба йули билан бу бурчак 107,3^о эканлиги исботланган. Буни хам водород атомларининг бир-бирини итариш кучлари билан тушунтириш мумкин. Бундан ташкари 2s орбиталдаги 2 та электронни химиявий бог хосил килишда иштирок этишда хисобга олинмайди.

ВеС1₂ хосил булишини курайлик:
Бериллий атоми кузголган холатда 2 та жуфтлашмаган 2s и 2p электронга эга. Айтиш мумкинки, s-электрон билан 1 та, p-электрон билан 1 та бог хосил килади. Бу боглар турлича энергияга ва узунликка эга булиши керак эди. Бу холда молекула чизикли булмаслиги керак эди. Аммо бу молекула аслида чизикли булиб, иккала бог хам бир хил. Худди шундай картина BCl₃ ва CCl₄ ларда учрайди(хамма боглар бир хил). BCl₃ текис ва CCl₄ эса тетраэдр шаклида тузилган.
Бундай молекулалар тузилишини тушунтириш учун АКШ олимлари Полинг ва Слейтер атом орбиталларини гибридланиш тушунчасини киритдилар. Улар бир нечта атом орбиталларини энергия жихатдан куп фарк килмайдиган(м: s ва p) гибридланган орбиталларга алмаштиришни таклиф этдилар. Таъкидлаш жоизки, гибридланиш модели бог хосил булишда хар хил типдаги s ва p электронлар иштирок этганда содир булиши мумкин.


Ацетилен молекуласида сигма ва пи – богларни хосил булиши.
sp²- гибридланиш

BCl₃ молекуласининг текис тузилиши.
sp³- гибридланиш

Метан молекуласининг тетраэдрик тузилиши.
Жуфт электронли гибридланиш.
Гибридланиш модели ёрдамида жуфт электронли атомлардан ташкил топган молекула тузилишини хам тушунтирса булади. Буларга мисол кислород ва азотни олиш мумкин, кислородда 2 жуфт, азотда 1 жуфт бундай электронлар булади.
Бундай электрон жуфтлик химиявий бог хосил булаётганда гибрид орбиталларни тулдириши мумкин.аммо улар фазода богловчи электронларга нисбатан анча катта жойни эгаллаши мумкин. Жуфт электронлар ва богловчи электронлар уртасидаги таъсирларга асосан, сув ва аммиак молекуласида бог бурчаги 109,5^o дан кичик булади.

H₂O (А) ва NH₃(Б) молекуласида жуфт электронлар иштирокида sp³ – гибридланиш.
Молекуляр динамика(МД)
Молекуляр динамика бу, шундай компьютерли моделлаш булиб, таъсирлашаётган атомлардан молекула(ансамбль) хосил булиш жараёнида уларнинг харакат тенгламаларини интеграллаш оркали аниклашга айтилади.
Бошкача айтганда, молекуляр динамика – бу шундай жараёнки у ёрдамида мураккаб химиявий системаларни содда шаклда системанинг макроскопик хоссаларини унинг структурасини тула билган холда тушуниш ва олдиндан айтиб бериш максадида амалга оширилади.
Молекуляр динамикани куллаш сохалари:

1. 
   Хар-хил суюкликларнинг структурасини тадкик этишда,
   
2. 
   Кристалларнинг механик хоссаларига дефектларни таъсирини урганишда,
   
3. 
   Каттик жисмларни механик таъсир остида бузилишини урганишда,
   
4. 
   Сиртда содир буладиган реконструкция, эриш, кирра пайдо булиши ва сиртки диффузия ходисаларини урганишда,
   
5. 
   Кластерларни урганишда,
   
6. 
   Электрон хоссалари ва динамикасини урганишда.
   

Масалан: биологик молекулалар динамикасини моделлаш учун куйидаги кенг таркалган компьютер программалари ишлатилади : AMBER, CHARMM, CHARMm, GROMACS, GROMOS, LAMMPS, HOOMD-blue ва NAMD.
Монте-Карло методи.
Бу метод Манхэттен лойихаси доираси нейтронлар турли материаллар оркали утиб, канча масофага бора олишини моделлаш учун кулланилган. (атом бомбаси яратишда). Метод саноатда узгарувчан ишлаб чикариш жараёнларини моделлашда, физика, химия ва биологияда турли ходисаларни моделлашда, сунъий интеллектни моделлашда(роботсозликда), турли молиявий жараёнларни моделлашда ва х. сохаларда ишлатилади.
Монте-Карло методининг афзаллиги у реал дунёнинг мураккаблиги ва тасодифий холатларни хам хисобга олишидир. Бундан ташкари метод турли параметрларни узгаришига, тасодифий кийматларнинг таксимланишига нисбатан баркарордир.

Ноэмперик ва полуэмперик метод
Молекула учун Шредингер тенгламаси Хартли-Фок усулида физик-математик конунлар асосида такрибий ечиш мумкинлигини кургандик. Бу албатта мураккаб усул булганлиги учун амалиётда бошкача килинади: Биринчи навбатда Борн-Оппенгеймер якинлашувига кура молекула структурасига ядролар координатаси берилади. Кейин МО АО нинг чизикли комбинацияси деб каралади ва аналитик функциялар танлаб олинади. Бу функциялар базис(асосий) функциялар дейилади. Сунгра катъий равишда барча интегралларни хисоблаб(имкони булса, молекула симметриясини хам хисобга олиб) узига мос келувчи хисоб-китоб килинади. Бундай усул билан МО ни хисоблаш ноэмперик ёки ab initio метод дейилади.
Аммо куп холларда камрок хисоб китоблар билан хам чегараланиш мумкин. Яъни энергия ва бошка характеристикаларнинг абсолют киймати эмас, балки нисбий кийматлари мухим булса, интегралларни хисоблаб утирмай, тажриба маълумотлари асосида бахоланади. Бунда интегралларнинг салмокли кисмини жуда кичик деб хисоблаб, уларни нулга тенглаштириш мумкин, мос равишда параметрлар киймати самарали узгаради. Бундай методлар полуэмперик метод дейилади. Улар ёрдамида хисоблаш ноэмперик методга нисбатан анча содда ва тез булади хамда яхши натижаларга эришилади.