Page 34 - No23

A KÉMIA ELMÉLETE

pályák betöltődése is… Ezt követően ilyen segéd-pálya (bázispálya), egy szén- analízisével lehetővé tették egyfajta
azonban kicsit felbomlik a látszólag egy- vagy oxigénatomon pedig 30 pálya sze- „effektív” atompályák bevezetését, és a
szerű sorrend, mert a 3d és a 4s elektro- repel, akkor – úgy tűnhet – teljesen molekulán belül is kitüntetett szerepet
nok energiája összemérhetővé válik s ez elvész bármilyen kapcsolat azzal a kép- játszó atompályák képének bizonyos
határozza meg az ún. átmeneti fémek pel, hogy a hidrogén szerkezetét egyet- módosítással való helyreállítását. A
tulajdonságait. len 1s pályája határozza meg, az oxigén- módosítás szó itt azt jelenti, hogy nem a
6
Molekuláknál is alkalmazható a atomnak pedig 5 pályája van betöltve szabad atomok eredeti pályáihoz jutunk
Hartree-Fock módszer. Ilyenkor az (1s, 2s, 2p , 2p , 2p ). Ugyanakkor a vissza, hanem kimutatjuk, hogy az ere-
7
y
z
x
elektronok atompályák helyett „moleku- kémikusok kvalitatív érvelése nagyon deti atompályák a molekula képződése
lapályákra” kerülnek; ezek általában gyakran épp az eredeti atompályák tulaj- során kisebb-nagyobb torzulást szenved-
több atom környezetére – esetleg az donságain alapul, és a különböző mole- nek, s esetleg „összekeverednek” – ún.
egész molekulára – kiterjednek. kuláknak nagyon sok tulajdonságát lehet „hibrideket” alkotnak. (Az ilyen „össze-
a
felve
Természetes annak a kérdésnek a felve-- megjósolni – de legalábbis értelmezni – keveredés” legegyszerűbb esete, ha két
tése, hogy vajon milyen kapcsolat is van épp az atompályák által meghatározott atompálya helyett összegük és különbsé-
egy molekula molekulapályái és a mole- fogalomrendszer segítségével. Végső gük jelenik meg, de felléphetnek három
kulát alkotó atomok atompályái között. soron a periódusos rendszer kémiai vagy négy pálya bonyolultabb kombiná-
A legelső – még a számítógép megjele- értelmezése is azon alapul, hogy hasonló ciói is.)
nése előtt kézzel végzett – számítások – és hasonló módon betöltött -- atompá- Ahhoz, hogy megértsük, milyen utóla-
idején az egyes szabad atomok pályáiból lyákkal rendelkező atomok kémiai tulaj- gos analízisről van is szó, ki kell térni a
indultak ki, és ezeket kombinálták össze, donságai is hasonlóak. Kérdés az, hogy vizsgált hullámfüggvényeknek még egy
hogy a Hartree-Fock egyenletek megol- hogyan lehet az atompályákra vonatkozó érdekes – sőt meglepőnek tűnő – tulaj-
dásait közelítsék. Ha pl. a H molekulá- klasszikus elképzeléseket fogalmilag donságára. Amikor elvégzünk egy
2
ban a molekulapályát egyszerűen a két összekötni a modern számítások ered- Hartree-Fock (vagy hasonló) számítást,
köze
atom atompályáinak összegével köze-- ményeivel? Különösen élesen vetődik akkor kapunk ennyi és ennyi molekula-
lítjük , s arra tesszük a két elektront fel ez a kérdés az olyan számítások pályát, és mondhatjuk, hogy a molekula
8
ellentétes spinnel, akkor már rögtön vonatkozásában, amelyekben egyáltalán tulajdonságait az határozza meg, hogy
számot tudunk adni a kémiai kötés nem vesznek fel az egyes atomokhoz tar- ezek mindegyikét két ellentétes spinű
jelenségéről: a kétatomos rendszer ener- tozó függvényeket. Ezeket az ún. „sík- elektron tölti be. Például, minden mole-
giája alacsonyabbnak adódik, mint két hullám-számításokat”, ha a bonyolult kulapályához tartozik egy elektronsűrű-
szabad hidrogénatom energiájának matematikai formalizmust lehántjuk, ség, amit – a korábbiakban mondottak-
összege. És egy matematikai tétel garan- lényegében úgy tekinthetjük, hogy a
tálja, hogy az atomok szétválasztásához molekula környezetében minden irány-
befektetendő energia (az ún. disszociáci- ban felveszünk sok-sok, egymástól egy-
ós energia) nem lehet kisebb, mint a forma távolságra lévő pontot, és a mole-
közelítő számításban kapott érték. kulapályákat az ezekben a pontokban
9
Később már nem a szabad atomok felvett számértékükkel közelítjük.
pályáit használták, de a legtöbb számítás Általában van egy bizonyos személeti
során máig megmaradtak amellett, hogy ellentét a molekulák kémiai leírása („a
a molekulapályákat az „atompályák line- molekula egymással kötéseket alkotó
áris kombinációjaként” írják le, abban az atomokból áll”) és fizikai leírása („a
értelemben, hogy a számításokban az molekula egymással kölcsönható atom- Elforgatott tengelypár
egyes atomokhoz rendelt – és az atomok magokból és elektronokból áll”) között.
elrendezésének kisebb nagyobb változá- Ennek egyik megnyilvánulása volt az, kal összhangban – úgy kapunk meg, hogy
sainál az atommagokkal együtt mozgó – hogy lényegében elveszett az atompályák minden pontban vesszük a molekulapá-
„bázisfüggvényeket” használnak. és molekulapályák közötti szoros kap- lya függvényértékének a négyzetét, és
Különböző technikai okok miatt egyre csolat, ahogy a számítások egyre jobbá, megszorozzuk kettővel – mivel a moleku-
több és több függvényt használnak min- de eredményeik szemléletesen egyre lapályán két (ellentétes spinű) elektron
den atomon, így egyre jobban tudják nehezebben áttekinthetővé váltak. Ezért van. A molekula teljes elektronsűrűsége
közelíteni a Hartree-Fock egyenletek érdemes röviden beszámolni a szerzőnek valóban ezeknek az egyes pályákhoz tar-
pontos megoldásait. De ha egy jó köze- azokról a kutatási eredményeiről, ame- tozó elektronsűrűségeknek az összege-
pes minőségűnek nevezhető rutinszámo- lyek a különböző molekulákra végzett ként adódik. A molekula tulajdonságai-
lásban egy hidrogénatomon mondjuk 14 számítások eredményeinek utólagos nak ez az egyértelmű meghatározottsága
KÉMIAI PANORÁMA 23. SZÁM, 2020. ÉVFOLYAM 34