Электронные облака

[Gruswer]

А мне вот больше интересно как электроны смазываются в одно электронное облако во время ковалентных связей и при этом не мешают друг-другу и не улетают в разные стороны.

[arseniiv]

Т. к. ваш уровень неизвестен, не буду стараться написать длинно и понятно.

«Смазываются» они всегда и сами собой, а вот что значит «не мешают», ещё предстоит выяснить. Можно только сказать, что волновая функция системы из $n$ частиц — это функция $3n$, а не трёх координат. Это без учёта спинов и неразличимости частиц одного вида. В таком случае легко представить себе состояние системы «частица 1 находится в состоянии $\psi_1$, частица 2 находится в состоянии $\psi_2$, …» — это просто произведение одночастичных волновых функций, каждой взятой от своей тройки координат: $\psi(\mathbf r_1,\ldots,\mathbf r_n) = \psi_1(\mathbf r_1)\cdots\psi_n(\mathbf r_n)$. (Хотя бывают и не только такие состояния.)

Почему не улетают — да наверное потому что если улетят далеко, станут притягиваться назад к системе, у которой заряд стал нескомпенсированным. Для этого даже не надо разбираться в молекулярных орбиталях и квантовой механике вообще.

[madschumacher]

(немного о роли того, что электрончики -- Фермиончики)

arseniiv в сообщении #1161616 писал(а):

Это без учёта спинов и неразличимости частиц одного вида.

без учёта неразличимости и говорить о химической связи нечего

arseniiv в сообщении #1161616 писал(а):

$\psi(\mathbf r_1,\ldots,\mathbf r_n) = \psi_1(\mathbf r_1)\cdots\psi_n(\mathbf r_n)$. (Хотя бывают и не только такие состояния.)
.

как раз таких состояний (в случае хим. связи) и не бывает.
Для электронов и образования хим. связи существенно, что они фермионы, т.е. (грубо говоря) они не находятся один в одном состоянии, другой в другом, и т.д., а они все одновременно находятся в одном, втором, третьем и т.д. состояниях. Если записывать волновую функцию из молекулярных орбиталей $\psi$, то получится следующий монстр (т.н. определитель Слейтера):
$\Phi(\mathbf{x}_1, \mathbf{x}_2, \ldots, \mathbf{x}_N) = \frac{1}{\sqrt{N!}} \det \begin{pmatrix} \psi_1(\mathbf{x}_1) & \psi_1(\mathbf{x}_2) & \ldots & \psi_1(\mathbf{x}_N) \\ \psi_2(\mathbf{x}_1) & \psi_2(\mathbf{x}_2) & \ldots & \psi_2(\mathbf{x}_N) \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ \psi_N(\mathbf{x}_1) & \psi_N(\mathbf{x}_2) & \ldots & \psi_N(\mathbf{x}_N) \\ \end{pmatrix} \ ,$
где $\mathbf{x}_i = (\mathbf{r}_i, \sigma_i)$. Этот факт, грубо говоря, приводит нас к Теоремам Хоэнберга -- Кона, которые говорят, что для описания состояния всех электронов достаточно одной (ну или в более сложных случаях чуть побольше ) функции от 3х координат -- электронной плотности $\rho(\mathbf{r})$. Поэтому ответом на вопрос

Gruswer в сообщении #1161592 писал(а):

как электроны смазываются в одно электронное облако во время ковалентных связей и при этом не мешают друг-другу

может быть такой: они всегда смазываются в одно облако, в независимости от образования ковалентных связей. Грубо говоря: они одновременно мешают друг другу обычным Кулоновским отталкиванием, но из-за их перестановочности как Фермионов у них возникает возможность "присутствовать" в одних и тех же областях. Как-то так, наверное...

arseniiv в сообщении #1161616 писал(а):

Для этого даже не надо разбираться в молекулярных орбиталях и квантовой механике вообще.

+1! куда ж они с подводной лодки то сбегут

[arseniiv]

Я знаю, но если мы начнём говорить о реальных электронах, всё только усложнится, а ведь пока ещё до сих пор не ясно, что такое «не мешают».

[madschumacher]

arseniiv в сообщении #1161631 писал(а):

а ведь пока ещё до сих пор не ясно, что такое «не мешают»

это да, может я и поторопился. Уберу ка я предыдущее сообщение в тэг "оффтоп".

[arseniiv]

(Оффтоп)

Может показаться, что в словах об уровне я вредничаю, но это жизненная необходимость. По идее, я даже сказал слишком много, потому что может оказаться, что неясно, что такое вообще волновая функция, и я только запутал карты. Пришлось даже сдерживаться, не произнося слов, содержащих тензор.

[Gruswer]

Я вроде-бы понял ответы про вероятности. Потом почитал, ещё почитал. Помотрел в книге на жуткую математику, и понял, что я ничего не понял слишком много факторов влияет на поведение этих систем. Самое любопытное, почему не встречается конфигурации водорода H6? По идее можно же разместить 3 пары протонов в трехмерном пространстве вокруг вероятного центра по трем осям.

Ещё интересно, если при образовании ковалентной связи между двумя покоящимися атомами выделилась энергия (видимо в виде фотонов), то откуда взялся импульс системы (температура, кинетическое движение, теплота)? А как-же закон сохранения импульса?

[madschumacher]

Gruswer в сообщении #1161690 писал(а):

Самое любопытное, почему не встречается конфигурации водорода H6

Очень просто: она развалится из-за эффекта Яна-Теллера, диссоциировав на водороды $\mathrm{H_2}$

(объяснение почему)

Пусть у нас атомы водорода расположены по октаэдру (симметрия $O_h$). Тогда, когда мы симметризуем орбитали (и посчитаем их энергии), то получим такую качественную картину:
1. низший уровень симметрии $A_{1g}$
2. трижды вырожденный второй уровень симметрии $T_{1u}$
3. дважды вырожденный уровень третий уровень симметрии $E_g$
4. трижды вырожденный уровень симметрии $T_{2g}$

А теперь попробуем разместить 6 электронов на этих уровнях. Получим следующее:
↑↓ ↑ ↑ ($T_{1u}$)
↑↓ ($A_{1g}$)
т.е. вырожденное состояние, что по теореме Яна-Теллера соответствует коническому пересечению, по которому данная конфигурация ядер скатится к одному из стабильных состояний.

Gruswer в сообщении #1161690 писал(а):

Ещё интересно, если при образовании ковалентной связи между двумя покоящимися атомами выделилась энергия (видимо в виде фотонов)

Покоящихся атомов Вы не найдете. А для налетающих друг на друга атомов может быть куча всяких путей: может выделиться в виде фотона, может (если есть ещё частицы) передать энергию другой молекуле (или стенке) при столкновении, может произойти преобразование энергии по колебательно-вращательной степени свободы, и т.д. Куча всяких процессов может быть.

Gruswer в сообщении #1161690 писал(а):

температура, ..., теплота

у одной то молекулы?

Gruswer в сообщении #1161690 писал(а):

кинетическое движение

это ещё что за зверь?!

Gruswer в сообщении #1161690 писал(а):

А как-же закон сохранения импульса?

С ним всё хорошо, не переживайте.