Расчет простейших химических реакций

[klynxe]

Подскажите понятным языком, чем в квантовой химии определяется условие протекания простейших химических реакций. То есть например, какие нужно учитывать "величины"(условия, явления и т.д.), что бы сказать что два атомарных водорода объединяться в молекулу (то есть, что молекула является более энергетически выгодным состоянием чем, два отдельных атома водорода).
1) связь образуется из-за перекрытия волновых функций электронов
2) как понимаю, расстояние, на котором суперпозиция волновых функций, дает минимум энергии (если дает), является устойчивым (то есть образует связь)
3) прочитал еще про такую вещь как интеграл перекрытия, однако после пары страниц формул вообще перестал что-либо там понимать (помогает рассчитать волновую функцию или что вообще делает?)

Поясните
Волновая функция конкретно взятого атома является однозначной или нет? Если является, то есть ли численные решения (графики?) этих волновых функций.

Надеюсь направление моих вопросов понятны, для начала можно исправить ошибки построения моих вопросов)

[amon]

Давайте с конца.

klynxe в сообщении #1114823 писал(а):

Волновая функция конкретно взятого атома является однозначной или нет? Если является, то есть ли численные решения (графики?) этих волновых функций.

Волновая функция комплексна и определена с точностью до фазового множителя $e^{i\varphi},$ поэтому в общем случае нарисовать ее затруднительно. Кроме того, уж больно от многих переменных она зависит. Численные решения конечно есть.

klynxe в сообщении #1114823 писал(а):

прочитал еще про такую вещь как интеграл перекрытия, однако после пары страниц формул вообще перестал что-либо там понимать

Боюсь, что надо учебник по квантовой механике перечитать или что-то более конкретное спросить. В двух словах две страницы формул объяснить затруднительно.

klynxe в сообщении #1114823 писал(а):

какие нужно учитывать "величины"(условия, явления и т.д.), что бы сказать что два атомарных водорода объединяться в молекулу

Нужно показать, что энергия двух атомов, объединенных в молекулу меньше суммы энергий каждого атома по отдельности. Для этого нужно написать гамильтониан соответствующей квантово-механической системы и оценить его нижнее собственное значение.

klynxe в сообщении #1114823 писал(а):

связь образуется из-за перекрытия волновых функций электронов

Связь образуется, когда из-за обобществления электронов энергия системы понижается.

klynxe в сообщении #1114823 писал(а):

как понимаю, расстояние, на котором суперпозиция волновых функций, дает минимум энергии (если дает), является устойчивым (то есть образует связь)

Загадочная фраза, что она означает - бог весть.

[klynxe]

Есть ли программа, в которую можно задать на вход набор химических веществ и на выходе увидеть пройдёт реакция между ними или нет?

[rockclimber]

Есть, но они денег стоят (неподъемных для простого человека), и на торрентах их скорее всего нет. 10 лет назад, по крайней мере, как-то так было.

[klynxe]

Хм, вот если есть, возникает вопрос на основе чего производятся расчеты? На основе математического моделирования квантовой химии или на чем-то более простом?

[rockclimber]

Да, на квантовой механике основано. Ничего более простого, к сожалению, нет.

[Munin]

Вопрос, образуется ли связь, и как именно она образуется, - более простой.
Вопрос, пройдёт ли реакция, и как именно она пройдёт, при заданных начальном и конечном состоянии, - более сложный.

[klynxe]

Munin в сообщении #1114962 писал(а):

Вопрос, образуется ли связь, и как именно она образуется, - более простой.
Вопрос, пройдёт ли реакция, и как именно она пройдёт, при заданных начальном и конечном состоянии, - более сложный.

А можно чуть подробнее, что в каком вопросе учитывается?
Достаточно ли для первого вопроса знать энергетические уровни электронов в атомах (и применимо ли это понятие для молекул?), что бы сказать, что образуется связь или этого мало?
Ко второму вопросу, как понимаю относятся константы скорости, равновесия, конкретные температуры (например комнатная) и прочее?

[Munin]

Да, для первого - нужны энергетические уровни атомов, и расчёты энергетических уровней в молекулах. Это называется молекулярные орбитали, и является базовым понятием квантовой химии. Именно их заполнение ($1\sigma,1\pi$) вы обсуждали в другой своей теме.

Для второго - необходимо детальное рассмотрение, как две молекулы сближаются, образуя между собой новые связи, и потом продукты реакции отдаляются. Это кинетика химической реакции, в физическом смысле слова кинетика: сколько времени занимает тот или иной этап реакции, на каком расстоянии он начинается или заканчивается, какова вероятность того или иного канала реакции при тех или иных начальных условиях (например, скоростях = энергиях молекул).

Отсюда уже вычисляются химические кинетические свойства реакции: с какой скоростью реакция идёт в жидкости или газе, с какой зависимостью от температуры, плотности, и т. п.

[madschumacher]

rockclimber в сообщении #1114887 писал(а):

Есть, но они денег стоят (неподъемных для простого человека), и на торрентах их скорее всего нет. 10 лет назад, по крайней мере, как-то так было.

Вообще полно пакетов, которые бесплатные и требуют либо просто написать разработчикам (GAMESS US, Firefly, Orca, CFour, Dalton), либо скачиваются с сайта (Природа, CP2K).

-- 30.04.2016, 20:03 --

Munin в сообщении #1115054 писал(а):

Для второго - необходимо детальное рассмотрение, как две молекулы сближаются, образуя между собой новые связи, и потом продукты реакции отдаляются. Это кинетика химической реакции, в физическом смысле слова кинетика: сколько времени занимает тот или иной этап реакции, на каком расстоянии он начинается или заканчивается, какова вероятность того или иного канала реакции при тех или иных начальных условиях (например, скоростях = энергиях молекул).
Отсюда уже вычисляются химические кинетические свойства реакции: с какой скоростью реакция идёт в жидкости или газе, с какой зависимостью от температуры, плотности, и т. п.

Иногда людям может быть интересно только термодинамическая возможность процесса. А такие расчеты все же весьма просты (в газе обычно используют приближение Жесткий ротатор - Гармонический осциллятор = rr-ho и его хватает).