Комментарии 18
Мало кто из химиков (почти никто) решает уравнение Шредингера.
Сведение квантовомеханической задачи к молекулярной механике фермионов
В указанной статье Вики читаем:
the most simplistic approaches utilize a Hooke's law formula
где в Ваших выкладках закон Гука? Я не знаю Maxima и м.б. я не понял детали Ваших листингов. Упрощенно говоря модель молекулярной механики — это шарики и пружинки. Возникает подозрение, что сделана попытка совместить разнотипные модели.
Далее в заключении:
Возможно, что кому то следующая мысль покажется крамолой, но я уверен в том, что основы химии можно объяснить без отсылок к квантовой физике. Без разбора уравнения Шредингера, гибридизации, теории резонанса, перекрывания орбиталей и прочего.
Если посмотреть в Вики Гибридизация орбиталей, то увидим, что ссылки на кв.механику там есть, но приведено простое объяснение «на пальцах» без уравнения Шредингера, как и во многих учебниках химии от школьных до вузовских. Чем такое объяснение хуже Вашего? Большинство химиков, если они не кв.химики, а, к примеру, синтетики, успешно используют понятие «гибридизации», имея при этом очень общее, поверхностное представление об уравнении Шредингера.
Аналогично можно сказать и про теорию резонанса. Понятие Ароматичность — очень важное для современной орг.химии.
В указанной статье из Вики отмечается:
В 1930-х годах Хюккелем впервые были применены методы квантовой механики для объяснения необычных свойств ароматических соединений. В то время отсутствовали ЭВМ, способные находить решения уравнения Шредингера для сложных систем. В связи с этим важной задачей являлась разработка упрощенных методов решения подобных задач.
Многим химикам это оказалось достаточным.
Мне кажется, что Вы излишне драматизируете ситуацию в современной химии. Далеко не всегда синтетику нужен квантовохимический расчет. А когда нужен — он обращается за помощью к квантовику.
Закон Гука с шариками и пружинками это самая простая молекулярно-механическая модель, это так, но это не значит, что всё, что чуть сложнее — уже не молекулярная механика. Современные силовые поля включают много взаимодействий: электростатическое, ван-дер-ваальса и др.
В статье даны основы молекулярной механики с явным включением квантово-механических взаимодействий электронов. Частично они введены в так называемые поляризационные силовые поля. Там "электроны на пружинках" имитируют диэлектрические свойства среды. Силовые поля типа eFF и ReaxFF позволяют вести расчёт непосредственно химических реакций, т.е. перестройки тех самых пружинок-связей.
Многим химикам это оказалось достаточным.
Нужно ли что-то свыше методов 1930-х годов химикам-синтетикам? Каждый решает этот вопрос для себя сам. Вкусный борщ приготовить тоже можно без каких-либо познаний в химии. Когда понадобится отличить пищевую и кальцинированную соду на упаковке — обратимся за помощью к химику. Не стоит излишне драматизировать.
Спектральные методы, безусловно. Иначе как понять, что там получилось. А вот без чего точно современной органики не было бы — механизмы реакций. Терней А. — Современная органическая химия, Л. Салем — Электроны в химических реакциях… Без квантовой химии многое так и осталось бы в умозрительных схемах, можно так, а можно эдак нарисовать механизм. Обратиться к квантовику за помощью, как я считаю, всё равно, что звать физика-ямрщика для расшифровки спектра. Вряд ли его хватит на все задачи у всех. С другой стороны, вникать в кухню DFT, как там сходятся итерации самосогласованного поля, если всего то нужно оценить энергию активации реакции, термохимию — тоже тот еще вариант. Отсюда и стремление приблизить непостижимую квантовую науку ближе к пониманию.
Факт, что сейчас никто не опровергает кв.химию — нет таких атак, как были на теорию резонанса. Но остается проблема: сравнительно малая востребованность. Возможно, что одна из причин — мода 1950х-60х, и квантовиков стало слишком много — многим пришлось работать не по специальности. Знал такого человека, который ушел в ЯМР. На него молился весь НИИ. И его звали «для расшифровки спектра». Слушал его содоклады — нашим аспирантам и их шефам такая работа была бы не по силам — они сами это признавали. У него было много совместных публикаций, но выбрать тему для диссера было затруднительно.
Кроме субъективных, есть объективные причины. Нужно не забывать о базовом принципе всякого моделирования — принципе минимизации. В модель отбирают только необходимые свойства. Нпр., конструкторский коллектив проектируя новый самолет не будет решать уравнение Шредингера, а использует законы аэродинамики. Выбрав удачную мат.модель, сделают уменьшенную натурную модель самолета, вырезав ее из цельного куска дерева. На этой модели не будет иллюминаторов, двигателя и т.д. Для испытаний в аэродинамическкой трубе это не нужно. Аналогично рассуждают и химики-синтетики о квантовых достижениях. Интересно, что у кв.химиков наблюдается подобное отношение к субъядерной физике. Спрашивал своих знакомых квантовиков нужны ли им бозоны для работы. Ответ отрицательный.
Вот Фейнман с потрясающим удивлением писал примерно такое:
Почти невозможно поверить что химики, сливая свои цветные растворы, разобрались с взаимным расположении атомов в молекулах. И когда пришли физические методы, то почти все оказалось верным.Он один из немногих отдающих должное действительному пути развития науки.
Полностью согласен. Иоганн Лошмидт еще в 1861 году рисовал структуры молекул этилена и ацетилена, в то время как физик Эрнст Мах всё еще сомневался в реальности атомов. Двадцатый век — Белоусов Б.П. открывает автоколебательную химическую реакцию, физики наотрез отказываются её признавать.
Поясните пожалуйста для товарищей красноармейцев Вашу цитату:
Принцип запрета Паули с однозначной многочастичной волновой функцией эквивалентен требованию, чтобы волновая функция была антисимметричной по отношению к обмену частицами. Как это объяснить на пальцах? Легко — ткните пальцем в стол, в монитор, во что-нибудь твердое. Глубоко пронзили материю? Удалось достичь перекрывания атомных электронных облаков пальца и стола?
То есть из принципа Паули следует твёрдость твёрдых тел и 3d металлы с незаполненной 3d-оболочкой будут менее твёрдыми нежели мои пальцы?
Почему не простая электростатика?
Что запрещает принцип Паули?