• 氫分子離子

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    簡介

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    離子氫分子離子為陽離子(正離子),分子式為H+2。 它由共享一個電子的兩個氫原子核(質子)組成。 是最簡單的分子離子。

    離子可以由中性氫分子 H2 的電離形成。 它通常在宇宙射線的作用下在太空中的分子云中形成。

    二氫陽離子具有重大的歷史和理論意義,因為它只有一個電子,描述其結構量子力學方程可以以相對簡單的方式求解。 xxx個這樣的解決方案是由 ? 推導出來的。 Burrau 在 1927 年,也就是量子力學波動理論發表僅一年后。

    物理性質

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    H+2 中的成鍵可以描述為共價單電子鍵,正式鍵級為二分之一。

    離子的基態能量為 -0.597 Hartree。

    同位素體

    二氫陽離子有六個同位素體,它們是由一個或多個質子被其他氫同位素的原子核取代而產生的; 即氘核(deuterons,2H+)或氚核(tritons,3H+)。

    • H+2 = 1H+2(普通的)。
    • D+2 = 2H+2(二氘陽離子)。

    量子力學分析

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    由于缺乏電子-電子排斥(電子相關),該陽離子的薛定諤方程(在位核近似中)可以以相對簡單的方式求解。 電子能量特征值的解析解是 Lambert W 函數的推廣,可以在實驗數學方法中使用計算機代數系統獲得。 因此,它在大多數量子化學教科書中都作為示例包含在內。

    H+2 的xxx個成功的量子力學處理于 1927 年由丹麥物理學家 ?yvind Burrau 發表,距 Erwin Schr?dinger 出版的波動力學。 Karel Niessen 和 Wolfgang Pauli 于 1922 年以及 Harold Urey 于 1925 年發表了使用舊量子理論的早期嘗試。 1928 年,Linus Pauling 發表了一篇綜述,將 Burrau 的工作與 Walter Heitler 和 Fritz London 在氫分子方面的工作放在一起。

    鉗位核(Born-Oppenheimer)近似

    氫分子離子 H+ 的電子薛定諤波動方程 2 有兩個固定的核中心,標記為 A 和 B,一個 電子可以寫成

    ( ? ? 2 2 m ? 2 + V ) ψ = E ψ , {\displaystyle \left(-{\frac {\hbar {2}}{2m}}\nabla {2}+V 右)\psi =E\psi ~,}

    其中 V 是電子-核庫侖勢能函數:

    V = ? e 2 4 π ε 0 ( 1 r a + 1 r b ) {\displaystyle V=-{\frac {e{2}}{4\pi \varepsilon _{0}}}\left ({\frac {1}{r_{a}}}+{\frac {1}{r_{b}}}\右)}

    E 是給定量子力學狀態(本征態)的(電子)能量,電子狀態函數 ψ = ψ(r) 取決于電子的空間坐標。 附加項 1/R 對于固定的核間距離 R 是常數,已從勢 V 中省略,因為它僅移動特征值。 電子和原子核之間的距離表示為 ra 和 rb。 在原子單位 (? = m = e = 4πε0 = 1) 波動方程是

    ( ? 1 2 ? 2 + V ) ψ = E ψ 其中 V = ? 1 r a ? 1 r b 。 {\displaystyle \left(-{\tfrac {1}{2}}\nabla {2}+V\right)\psi =E\psi \qquad {\mbox{with} }\qquad V=-{\frac {1}{r_{a}}}-{\frac {1}{r_{b}}}\;.}

    氫原子

    我們選擇原子核之間的中點作為坐標原點。 根據一般對稱性原理,波函數可以通過它們關于點群反轉操作 i (r ? ?r) 的對稱行為來表征。 存在關于 i 對稱的波函數 ψg(r),以及在此對稱操作下反對稱的波函數 ψu(r):

    ψ g / u ( ? r ) = ± ψ g / u ( r ) 。 {\displaystyle \psi _{g/u}(-{\mathbf {r} })={}\pm \psi _{g/u}({\mathbf {r} }) ;.}

    這里出現的后綴 g 和 u 來自德語 gerade 和 ungerade,表示點群反轉操作 i 下的對稱行為。 它們的使用是指定雙原子分子電子態的標準做法,而對于原子態,則使用術語偶數和奇數。

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    1. 簡介
    2. 物理性質
    3. 同位素體
    4. 量子力學分析
    5. 鉗位核(Born-Oppenheimer)近似

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