трёхэлектронная связь в бензоле

[Munin]

А "Пургатория" в "Химии" нет? Тогда я за закрытие.

[madschumacher]

Ну может и Физический Пургаторий подойдет, все ж по химфизике много что было бредового сказано.

[chemist777]

Любителям квантовой химии посвящается.


Анализ теории резонанса с позиции квантовой механики.

Если рассматривать теорию резонанса с позиции квантовой механики (рассмотрим квантовую суперпозицию) то строго говоря она ей противоречит. Ведь ква́нтовая суперпози́ция это суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения (например, корпускулярно-волновой дуализм).

Для примера рассмотрим два квантовых состояния (реально существующие) которые описываются волновыми функциями ψ1 и ψ2. Из принципа суперпозиции однозначно следует, что и их линейная комбинация (ψ3 = С1ψ1 + С2ψ2) будет третьим квантовым состоянием (также реально существующим), которое будет описываться волновой функцией ψ3. Что это значит? То, что измерение определенной физической величины d в состоянии |ψ1> даст результат d1, а при измерении величины d в состоянии |ψ2> даст результат d2. Когда же реализуется третье квантовое состояние |ψ 3>, то при измерении физической величины квантовая система будет принимать значения d1 и d2 с частотой соответственно |С1|^2 и |С2|^2. То есть в квантовом состоянии |ψ3> мы при многочисленных измерениях будем иметь иногда величину d1, а иногда d2 (с определенной, известной частотой). Но именно этого в теории резонанса быть не может.

Рассмотрим для простоты резонанс двух Кекулевских структур без учета структур Дьюара. Тогда в теории резонанса принимается, что |ψ1> это квантовое состояние 1, которое описывает резонансную структуру 1, |ψ2> это квантовое состояние 2, которое описывает резонансную структуру 2. Линейная же их комбинация (ψ3 = С1ψ1 + С2ψ2) будет как обычно третьим квантовым состоянием |ψ3>, которое будет описываться волновой функцией ψ3 и будет описывать реальную молекулу бензола (резонансный гибрид). Коэффициенты С1 и С2 будут указывать вклады резонансных структур (Кекулевских структур) в реальную молекулу бензола (резонансный гибрид) (для нашего случая их принимают равными 1/2, С1=С2=0,5), которая не может быть описана отдельными резонансными структурами (Кекулевскими структурами).
Отметим, что реальная молекула бензола она действительно реальная и единственная, и никак не может иметь дискретное описание, то есть при измерениях мы никогда не "увидим" то одну молекулу Кекуле (резонансную структуру 1), то другую (резонансную структуру 2), а это прямо противоречит принципу квантовой суперпозиции. Более того, принимаемые в теории резонанса Кекулевские структуры (резонансные структуры) это идеальные структуры, которые не существуют в реальности, ведь у них все связи равны и это не смотря на чередование одинарных и двойных С-С связей, которые в реальности имеют разную длину. Поэтому принцип квантовой суперпозиции (для теории резонанса) не исполняется даже для квантовых состояний ψ1 и ψ2, ведь поскольку резонансных гибридов нет в реальности, то и никакую физическую величину (реальную) мы измерить не сможем.
Если же в качестве резонансных гибридов ми примем реальные "искривленные" структуры Кекуле со связями, которые имеют разную длину, то тогда теория резонанса не будет иметь смысла, так как при переходе от одной структуры к другой будут изменятся межъядерные расстояния. Но тогда принцип квантовой суперпозиции будет применим ко всем трем квантовым состояниям (для |ψ1> и |ψ2> это очевидно, а для |ψ3> будем иметь то одну "искривленную" структуру Кекуле, то другую, с частотой 50 : 50).
В действительности никакого изменения длин связей нет, поэтому в химии это не применимо.
И поэтому допущение, что реальная молекула бензола это что-то среднее между резонансными структурами это гениальное химическое допущение, пускай не строгое с позиций квантовой механики, но которое дало возможность качественно и количественно описать молекулу бензола, которую не смогли изобразить одной формулой.

Этот пример четко показывает, что в фундаментальных вопросах химия все-таки не сводится к физике, здесь есть своя «химическая» изюминка. И еще, та же теория резонанса Л. Полинга буквально изменила химию, оказала глубочайшее влияние на умы химиков (я уже не говорю о педагогическом влиянии теории резонанса) и уже очень давно нет учебника по органической химии где бы не было теории резонанса. Но все же необходимо отметить, что при усложнении молекулы (пиридин, нафталин, антрацен и т. п.) количественные расчеты становились затруднительными (для корректного расчета нафталина необходимо учитывать приблизительно 40 резонансных структур) и поэтому начали применять метод МО.

P.S. Резонансные структуры (структуры Кекуле с одинаковыми С-С связями) это не электронные таутомеры.
Реальная молекула бензола является единственной и никакой таутомерии не существует. Некорректно представлять реальную молекулу бензола как результат переходов между электронными таутомерами (электроны в бензоле не перемещаются от одной связи к другой). Существует одна молекула бензола, которая имеет постоянное распределение электронов во времени и которая не может быть представлена в виде дискретного описания. Поэтому в теории резонанса принимается, что каждая резонансная структура имеет свой вклад в резонансный гибрид (в реальную молекулу бензола) (обычно химики определяют вклад "наглазными" методами). И третье квантовое состояние |ψ3> описывает реальную молекулу бензола (резонансный гибрид), которая представляет собой нечто среднее между резонансными структурами (вспомним вклад каждой резонансной структуры в реальную молекулу бензола).

[Munin]

chemist777 в сообщении #1195648 писал(а):

Ведь ква́нтовая суперпози́ция это суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения (например, корпускулярно-волновой дуализм).

Для примера рассмотрим два квантовых состояния (реально существующие) которые описываются волновыми функциями ψ1 и ψ2. Из принципа суперпозиции однозначно следует, что и их линейная комбинация (ψ3 = С1ψ1 + С2ψ2) будет третьим квантовым состоянием (также реально существующим), которое будет описываться волновой функцией ψ3. Что это значит? То, что измерение определенной физической величины d в состоянии |ψ1> даст результат d1, а при измерении величины d в состоянии |ψ2> даст результат d2. Когда же реализуется третье квантовое состояние |ψ 3>, то при измерении физической величины квантовая система будет принимать значения d1 и d2 с частотой соответственно |С1|^2 и |С2|^2. То есть в квантовом состоянии |ψ3> мы при многочисленных измерениях будем иметь иногда величину d1, а иногда d2 (с определенной, известной частотой). Но именно этого в теории резонанса быть не может.

Полный бред и двойка за квантовую механику.

[chemist777]

Munin в сообщении #1195672 писал(а):

chemist777 в сообщении #1195648 писал(а):

Ведь ква́нтовая суперпози́ция это суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения (например, корпускулярно-волновой дуализм).

Для примера рассмотрим два квантовых состояния (реально существующие) которые описываются волновыми функциями ψ1 и ψ2. Из принципа суперпозиции однозначно следует, что и их линейная комбинация (ψ3 = С1ψ1 + С2ψ2) будет третьим квантовым состоянием (также реально существующим), которое будет описываться волновой функцией ψ3. Что это значит? То, что измерение определенной физической величины d в состоянии |ψ1> даст результат d1, а при измерении величины d в состоянии |ψ2> даст результат d2. Когда же реализуется третье квантовое состояние |ψ 3>, то при измерении физической величины квантовая система будет принимать значения d1 и d2 с частотой соответственно |С1|^2 и |С2|^2. То есть в квантовом состоянии |ψ3> мы при многочисленных измерениях будем иметь иногда величину d1, а иногда d2 (с определенной, известной частотой). Но именно этого в теории резонанса быть не может.

Полный бред и двойка за квантовую механику.

Не спамите.

P.S. Здесь рассматривается квантовая суперпозиция или иными словами суперпозиция "волновых функций", а суперпозиция волновых явлений (поля) к этому не имеет никакого отношения.

[warlock66613]

Это бред хотя бы потому, что если $\psi_3$ — это суперпозиция $\psi_1$ и $\psi_2$, то $\psi_1$ — это суперпозиция $\psi_2$ и $\psi_3$, а $\psi_2$ — это суперпозиция $\psi_1$ и $\psi_3$.

[chemist777]

warlock66613 в сообщении #1195676 писал(а):

Это бред хотя бы потому, что если $\psi_3$ — это суперпозиция $\psi_1$ и $\psi_2$, то $\psi_1$ — это суперпозиция $\psi_2$ и $\psi_3$, а $\psi_2$ — это суперпозиция $\psi_1$ и $\psi_3$.

Перед тем как писать откройте учебник по органической химии (3 курс, 1 семестр, теория резонанса, начала оргхимии...).

P.S. Квантовая суперпозиция (суперпозиция "волновых функций"). Вы меня реально утомили.

[madschumacher]

chemist777 в сообщении #1195648 писал(а):

ведь у них все связи равны и это не смотря на чередование одинарных и двойных С-С связей, которые в реальности имеют разную длину.

Движения ядер, которое отвечает за изменение длин связей, на несколько порядков медленнее, чем движения электронов, которое и описывает теория резонанса (гуглите "Приближение Борна-Оппенгеймера).

chemist777 в сообщении #1195648 писал(а):

И поэтому допущение, что реальная молекула бензола это что-то среднее между резонансными структурами

К сожалению, Вы не поняли теорию резонанса. Не "молекула бензола", а "электронная подсистема в молекуле бензола". Я рад, что Вы начали изучать вещи, которые Вы обязаны знать после изучения Химии на уровне ВУЗов основы теорий химической связи, правда, очень рад.
Но все теории химической связи (ВС, и следовательно, теория резонанса, и МО) -- это песня о том, как удачно выбрать начальное приближение, и, как-то минимально его уточнить. В пределе (когда включать по соответствующей схеме всё больше электронных конфигураций) при расчете, все теории дают ровно одно и то же.

Для более подробного начального ознакомления рекомендую прочесть эту статью -- она хорошая.

[warlock66613]

chemist777, речь идёт не о химии, а базовых сведениях из квантовой механики, а конкретно об отсутствии в ней чего-то похожего на принцип квантовой суперпозиции, как он изложен вами.

[madschumacher]

chemist777 в сообщении #1195682 писал(а):

Перед тем как писать откройте учебник по органической химии (3 курс, 1 семестр, теория резонанса, начала оргхимии...)

Уточните какой учебник Вы имеете в виду, т.к. warlock66613 абсолютно прав, что можно проверить в любом приличном учебнике по квантовой механике (например, ЛЛ3).

Но это весьма странно аппелировать по поводу квант.меха к непрофильным книгам.

[chemist777]

madschumacher в сообщении #1195685 писал(а):

chemist777 в сообщении #1195648 писал(а):

ведь у них все связи равны и это не смотря на чередование одинарных и двойных С-С связей, которые в реальности имеют разную длину.

Движения ядер, которое отвечает за изменение длин связей, на несколько порядков медленнее, чем движения электронов, которое и описывает теория резонанса (гуглите "Приближение Борна-Оппенгеймера).

chemist777 в сообщении #1195648 писал(а):

И поэтому допущение, что реальная молекула бензола это что-то среднее между резонансными структурами

К сожалению, Вы не поняли теорию резонанса. Не "молекула бензола", а "электронная подсистема в молекуле бензола". Я рад, что Вы начали изучать вещи, которые Вы обязаны знать после изучения химии на уровне ВУЗов основы теорий химической связи, правда, очень рад.
Но все теории химической связи (ВС, и следовательно, теория резонанса, и МО) -- это песня о том, как удачно выбрать начальное приближение, и, как-то минимально его уточнить. В пределе (когда включать по соответствующей схеме всё больше электронных конфигураций) при расчете, все теории дают ровно одно и то же.

Для более подробного начального ознакомления рекомендую прочесть эту статью -- она хорошая.

Вы как всегда ничего не поняли...
При чем здесь движение ядер? Это что за бред?
Вы когда отвечаете это что, просто случайный набор букв?

[Munin]

chemist777 в сообщении #1195689 писал(а):

При чем здесь движение ядер? Это что за бред?

При том, что вы его упомянули. И да, вы бредите.

[madschumacher]

chemist777 в сообщении #1195689 писал(а):

При чем здесь движение ядер? Это что за бред?

Всё очень просто. Спойлер: ответ в рамках этой самой теории резонанса.
Чтобы увидеть различие в длинах связи, ядра должны прийти (отрелаксировать) к равновесному положению, отвечающему "расположению электронов", задаваемым одной из формул Кекуле. Для этого необходимо, чтобы электроны жили в этой конфигурации достаточно большое количество времени для этого процесса релаксации.
Но, электроны двигаются очень быстро, существенно быстрее ядер, в результате 2 конфигурации, отвечающие разным формулам Кекуле, переходят друг в друга оооочень быстро.
Поэтому ядра не видят, что есть 2 разные конфигурации вокруг них, и длины связей "уравновешиваются".

На пальцах это звучит многословно, но с использованием формул всё существенно проще.

chemist777 в сообщении #1195689 писал(а):

Вы когда отвечаете это что, просто случайный набор букв?

Жаль, что для Вас это выглядит так.

[chemist777]

Munin в сообщении #1195690 писал(а):

chemist777 в сообщении #1195689 писал(а):

При чем здесь движение ядер? Это что за бред?

При том, что вы его упомянули. И да, вы бредите.

Да. Я упомянул. Но в каком контексте? Это не имеет отношение к сказанному, оно далеко от него на парсеки.

Меня утомил ваш троллинг. Если и далее будет троллинг я не буду отвечать.

[Toucan]

Тема перемещена из форума «Химия» в форум «Пургаторий (Мд)»
Причина переноса: отсутствие у "Химии" собственного Пургатория.