URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Долгоносов А.М. Модель электронного газа и теория обобщенных зарядов для описания межатомных сил и адсорбции
Id: 88889
 
359 руб.

Модель электронного газа и теория обобщенных зарядов для описания межатомных сил и адсорбции

URSS. 2009. 176 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-397-00414-5.

 Аннотация

В предлагаемой книге рассмотрены четыре ключевые темы атомной и молекулярной физики, квантовой и физической химии: описание атомного электронного газа и следующий из этого вывод основных свойств химических элементов; развитие теории межатомных взаимодействий для описания ковалентной связи и вандерваальсовских сил; неэмпирическое описание адсорбции сложных молекул на однородных поверхностях. В результате теоретического анализа экспериментальных данных обнаружены и описаны новые эффекты адсорбции, связанные с нарушением жесткости адсорбированной молекулы или с ограничением свободы движения кольцевых молекул выступами шероховатых адсорбентов. Точность априорных расчетов обеспечивает возможность демонстрации различий в адсорбции изотопозамещенных молекул.

Несмотря на лаконичный стиль изложения материала, его объема достаточно для вывода всех представленных соотношений и закономерностей из исходных положений. При решении математических задач рассматривались только те приближения, которые приводили к аналитическому виду выражений.

Для специалистов в области атомной и молекулярной физики, квантовой химии, физической химии, адсорбции и хроматографии, а также для специализирующихся в указанных областях аспирантов и студентов старших курсов университетов.


 Оглавление

Предисловие
Глава 1. Введение
 1.1.Недостатки существующей теории адсорбции
 1.2.Критика современных теорий межмолекулярных взаимодействий
 1.3.Метод Томаса-Ферми
 1.4.Задачи и структура книги
Глава 2. Теория многокомпонентного электронного газа для основного состояния атома
 2.1.Структура неоднородного электронного газа
  2.1.1.Парные корреляции в вырожденном электронном газе и этапы их описания
  2.1.2.Компоненты электронного газа (этап 1)
  2.1.3.Симметрия макросостояния плотного газа электронов
 2.2.Включение электростатики (этап 2)
  2.2.1.Свойства плотности многокомпонентного газа
  2.2.2.Связь плотности электронного газа и электрического потенциала
  2.2.3.Метод самосогласованного поля
 2.3.Основное состояние нейтрального атома
  2.3.1.Асимптотическое решение уравнения (2.24) для внутриатомной области
  2.3.2.Свойства атомного электронного газа
  2.3.3.Энергия атома
 2.4.Применение теории для описания атома
  2.4.1.Число состояний атомных электронов
  2.4.2.Главное квантовое число -- функция атомного номера
  2.4.3.Орбитальное квантовое число -- функция атомного номера
  2.4.4.Релятивистские поправки при расчете квантовых чисел
  2.4.5.Размер атома и потенциал ионизации
 2.5.Заключение к главе 2
Глава 3. Теория обобщенных зарядов для межатомных взаимодействий
 3.1.Теория поля обобщенных зарядов
  3.1.1.Исходные положения
  3.1.2.Самосогласованное поле обобщенных зарядов для компоненты электронного газа
  3.1.3.Расслоение межатомного поля
 3.2.Свойства обобщенных зарядов
  3.2.1.Обобщенные заряды компонент электронного газа
  3.2.2.Закон сложения обобщенных зарядов
  3.2.3.Элементарный электронный объем
 3.3.Свойства жестких фрагментов
  3.3.1.Радиальное экранирование электронов
  3.3.2.Зеркальная граница фрагмента
  3.3.3.Группа делокализованных pi-электронов
  3.3.4.Взаимодействие жестких фрагментов
 3.4.Природа электронного объема
  3.4.1.Энергия ковалентной связи и электронный объем
  3.4.2.Электронный объем как вероятность
 3.5.Новые закономерности для ковалентной связи, следующие из теории обобщенных зарядов
  3.5.1.Универсальное соотношение для ковалентной связи
  3.5.2.Энергия диссоциации ковалентного соединения
  3.5.3.Соотношение для радиуса экранирования
  3.5.4.Определение электронного объема по длине связи
 3.6.Заключение к главе 3
Глава 4. Описание вандерваальсовой связи
 4.1.Взаимодействие между малыми молекулами
  4.1.1.Энергия вандерваальсовой связи
  4.1.2.Примеры расчета вандерваальсовых взаимодействий
  4.1.3.Связь поляризуемости с обобщенным зарядом
  4.1.4.Метод расчета обобщенных зарядов молекул
 4.2.Особенности описания взаимодействия больших молекул и макромолекул
  4.2.1.Взаимодействие больших молекул
  4.2.2.Вандерваальсов потенциал макромолекулы или макроскопического тела
 4.3.Заключение к главе 4
Глава 5. Нелинейная теория мономолекулярной физической адсорбции
 5.1.Энергетические характеристики адсорбции
  5.1.1.Взаимодействие жесткого фрагмента и плоскости
  5.1.2.Взаимодействие жесткого фрагмента с квазиоднородной плоской поверхностью макроскопического тела
  5.1.3.Сорбционный потенциал макромолекулы углеводорода
  5.1.4.Энергия адсорбции
 5.2.Поведение молекулы вблизи поверхности адсорбента
  5.2.1.Константа Генри -- статистический интеграл адсорбции
  5.2.2.Понятие обобщенного заряда в адсорбции
  5.2.3.Нарушение жесткости адсорбата
  5.2.4.Константа Генри в области нарушения жесткости адсорбированной молекулы
 5.3.Геометрические характеристики адсорбции
  5.3.1.Площадь, занимаемая молекулой на однородном адсорбенте
  5.3.2.Принцип формы
  5.3.3.Вывод выражения для стерического фактора жесткой неполярной молекулы
  5.3.4.Стерический фактор нежесткой молекулы
  5.3.5.Модель короткой молекулы
  5.3.6.Модель жесткой ломаной
 5.4.Метод расчета стерического фактора жесткой молекулы с применением топологического молекулярного дескриптора -- вектора маршрутов
  5.4.1.Вектор маршрутов
  5.4.2.Связь вектора маршрутов однородной молекулы с ее адсорбцией
  5.4.3.Добавочный вектор для описания неоднородных молекул
 5.5.Особенности адсорбции на шероховатых поверхностях
  5.5.1.Характеристика шероховатости поверхности с помощью вектора маршрутов
  5.5.2.Эффект тонкой шероховатости: надевание циклической молекулы на выступ поверхности адсорбента
 5.6.Прямая задача моделирования адсорбции
  5.6.1.Техника расчета
  5.6.2.Примеры, иллюстрации и сопоставление расчетов с экспериментальными данными
 5.7.Пример обратной задачи моделирования -- хроматоскопии
  5.7.1.Проблема хроматоскопии
  5.7.2.Определение барьеров внутримолекулярного вращения по температурной зависимости константы Генри в области нарушения жесткости адсорбированной молекулы
 5.8.Заключение к главе 5
Заключение
Литература
Основные обозначения, используемые в книге

 Предисловие

Принцип атом-атомных потенциалов постулирует аддитивность вкладов атомов в энергию молекулы. Это простое правило позволяет оценивать энергию межмолекулярного взаимодействия путем определения энергии независимых пар атомов взаимодействующих молекул и сложения получающихся величин с учетом расстояний, диктуемых взаимным расположением молекул.

Однако такое приближение нельзя считать удовлетворительным при описании распределения молекул по состояниям (например, в адсорбции), зависящего от энергии экспоненциально и чувствительного в этой связи к малейшим неточностям в ее величине. Для повышения точности подходов, основанных на принципе атом-атомных потенциалов, в описание физической адсорбции вводятся различные эмпирические поправочные параметры, в результате чего снижается предсказательная сила теории, загромождаются расчеты, затрудняется обнаружение и применение достаточно тонких эффектов взаимодействия молекул и поверхности твердого тела.

В отличие от традиционной молекулярно-статистической теории, страдающей всеми перечисленными недостатками, основная идея подхода, развиваемого в данной книге, заключается в понятии обобщенного заряда молекулярного фрагмента, не подчиняющегося правилу аддитивности. Однако вывод новых правил учета атомных вкладов возможен только из рассмотрения фундаментальных свойств электронного газа. По этой причине название книги содержит термины "электронный газ" и "обобщенные заряды".

Еще 80 лет назад Томас и Ферми показали, что состояние электронного газа с минимальной энергией (т. е. основное состояние) может быть представлено набором ячеек фазового пространства, содержащих по два электрона с противоположными спинами. В модели Томаса--Ферми электроны в разных ячейках ведут себя независимо. На самом деле это не так: из различных вариантов взаимного расположения четырех электронов двух соседних ячеек в пространстве какие-то в большей, а какие-то в меньшей мере характерны для основного состояния электронного газа. Эти соображения легли в основу нашей модели многокомпонентного электронного газа, позволившей развить и уточнить метод Томаса--Ферми для описания внутриатомного поля.

При рассмотрении дальней асимптотики из новой теории неоднородного электронного газа следует теория поля обобщенных зарядов, в которой, в частности, выводится нелинейное правило сумм для учета вклада атомов в энергию молекулы. Для приложения теории обобщенных зарядов характерна область действия межатомных (в том числе межмолекулярных) сил.

Применение теории обобщенных зарядов для описания межмолекулярного взаимодействия позволяет сильно сократить число параметров, которые для широкого класса молекул могут быть рассчитаны из первых принципов.

Описание межатомных полей с помощью теории обобщенных зарядов имеет ряд достоинств по сравнению с существующими методами: во-первых, осуществляется вывод новых важных закономерностей, во-вторых, вывод практически важных выражений осуществляется в аналитическом виде, в-третьих, простота и прозрачность исходных положений дает возможность их корректировать, добиваясь большей точности описания.

Выведенные выражения для межатомных взаимодействий не требуют эмпирических параметров, что позволяет количественно описать сложные физико-химические явления, вычислить важнейшие характеристики ковалентных и вандерваальсовых сил, в том числе константы для описания адсорбции.

Сочетание теории обобщенных зарядов и молекулярной статистики с учетом некоторых новых наблюдений о поведении адсорбированных молекул привело к появлению неэмпирического метода расчета термодинамических характеристик адсорбции, эффективность которого проиллюстрирована рядом примеров априорного расчета довольно сложных систем и обнаружением достаточно тонких эффектов топологического и конформационного характера.

Стиль изложения теоретического материала достаточно прост, что делает его доступным широкому читателю. В книге прослеживается весь путь выводимых соотношений, начиная с известных представлений квантовой механики. По мере принятия модельных упрощений или асимптотических приближений и при полном отрицании явного эмпиризма, вырабатывалась структура математического аппарата, наполняющего теорию количественными соотношениями, имеющими аналитический вид.

Развитый подход имеет большие возможности, продемонстрированные при выводе закономерностей для элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, для ковалентных и вандерваальсовых связей, для характеристик поляризуемости и адсорбции молекул. Возможности подхода существенно возрастут при отказе от упрощений, введенных здесь с целью наглядной и лаконичной демонстрации его достоинств.

Основная часть представленного материала была получена в результате исследований, неоднократно поддержанных грантами РФФИ (номера проектов: 96--03--33338, 99--03--32771, 02--03--33093, 05--03--32476).

Автор глубоко признателен Л. А. Грибову за поддержку работы, ценные советы и замечания, коллегам и соавторам ряда публикаций А. Г. Прудковскому, Б. А. Руденко и В. В. Ягову за плодотворное обсуждение результатов и личный вклад в работу.

А. М. Долгоносов

 Об авторе

Анатолий Михайлович ДОЛГОНОСОВ (род. в 1956 г.)

Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории сорбционных методов Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук.

В 1988 г. защитил кандидатскую диссертацию ("Ионохроматографическое разделение смесей ионов с использованием центрально-привитых ионитов"), в 1999 г. -- докторскую диссертацию ("Анализ смесей электролитов с учетом кинетики и динамики многокомпонентного ионного обмена"). Возглавляет научную группу, проводящую исследования в области анализа ионного состава растворов и моделирования методов высокоэффективной хроматографии. Профессор кафедры химии Университета "Дубна". Опубликовал более 80 научных работ, в том числе: 1 монография, 5 авторских свидетельств и патентов, статьи в отечественных (ДАН, ЖАХ, ЖФХ, ЖНХ и др.) и зарубежных (J.Chromatogr., J.Phys. Chem., React. Funct. Polym.) журналах.

Область научных интересов: ионная и молекулярная хроматография, адсорбция, ионный обмен, кинетика гетерофазных процессов, физика межатомных взаимодействий.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце