Химическое строение вещества. Стереохимия, изомерия. Квантовая химия

Учебник содержит систематическое изложение теоретического материала по дисциплине «Строение атома и химическая связь», преподаваемой студентам 1 курса химического факультета Южного федерального университета, обучающимся по программе бакалавриата по направлению 04.03.01 – Химия. Последовательно изложены теории, формирующие у студентов современные представления о поведении электронов в одноэлектронных и многоэлектронных атомах, на основе чего обсуждается структура Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева и закономерности изменения свойств атомов по периодам и подгруппам; рассмотрены современные ключевые теории и модели, применимые для описания различных типов связи, в том числе обсуждены способы и даны алгоритмы их применения для анализа и прогноза строения, физических и химических свойств веществ. Особое внимание уделено описанию современных базовых принципов строения веществ с преимущественно ионным характером связи, чему в литературе, адресованной студентам первых курсов вузов, уделено необоснованно недостаточное внимание.

Рассматриваются различные модели строения атома, электронная конфигурация атома и квантовые числа, основные виды химической связи и методы расчета двух- и многоатомных систем с ковалентной связью (метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей), а также излагаются современные представления о природе межмолекулярных взаимодействий в супрамолекулярных системах.

В учебнике на примере химии показаны истоки, принципы работы и результаты квантового, геометрического, аналитического (математического) и других подходов, руководствуясь которыми, современная химия и другие науки решают свои исследовательские задачи. Особый акцент сделан на инновациях, полученных в этой области автором работы: в их числе графическое и математическое моделирование и полученные с их использованием конкретные прорывные результаты в приложении к фазовым равновесиям и состояниям систем с различным числом компонентов и к уникальному фундаментальному свойству растворимости веществ. Особенностью учебника является также то, что фактический материал излагается заинтересованно, с учетом исторического развития и динамики его формирования, сопровождается авторскими комментариями, наглядными примерами, образными сравнениями и стремлением приобщить читателя к творческому процессу познания.

В учебном издании, написанном специалистом из Венгрии, рассмотрены основные результаты и точные утверждения квантовой химии с выводами и доказательствами. Приведены примеры применения квантово-химических утверждений при анализе конкретных систем.

Изложены теоретические основы квантово-химических методов расчета молекул, молекулярных систем и твердых тел, а также современные воззрения на химическую связь и межмолекулярные взаимодействия. Рассмотрены способы интерпретации результатов квантово-химических расчетов и методы расчета свойств химических веществ. Материал, необходимый как химику-исследователю, так и химику-технологу для практической работы в условиях современных наукоемких производств, представлен в доступной форме с широким привлечением иллюстраций.

Данное учебно-методическое пособие предназначено для подготовки к лабораторно-практическим занятиям по дисциплине Строение молекул и основы квантовой химии в соответствии с рабочей программой, разработано для бакалавров, обучающихся по направлению 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки) профили Биология и Химия, а так же Химия и Экология. Данному пособию присвоен гриф Учебнометодического совета ОГПУ от 15 мая 2019 г.

За годы, прошедшие со дня выхода в свет первого издания данной книги, в классическое учение о симметрии добавились новые обширные разделы, такие как антисимметрия, цветная симметрия, симметрия многомерных пространств и т.д. Обогащенная новая результатами, популярно изложенными комментариями, рисунками и примерами, книга может рассматриваться как монография, а также как учебник или справочник.

При создании данного пособия авторский коллектив преследовал несколько важных целей. Во-первых, убедительно доказать студентам 1-гокурса, что стехиометрические законы химии (закон сохранения массы, закон постоянства состава, закон эквивалентов, закон кратных отношений, закон объемных отношений, близкий к ним закон Авогадро) представляют собой фундамент химической науки. Во-вторых, подчеркнуть, что значение стехиометрических законов, сыгравших колоссальную роль в процессе формирования классического атомно-молекулярного учения, нисколько не уменьшилось и в XXI столетии.

Конспект лекций включает основы классической и квантовой механики, а также квантовой химии. Пособие соответствует программе курса «Основы квантовой химии» и адресовано студентам, изучавшим ранее курс высшей математики и общей физики в объеме университетской программы для студентов-химиков. Для студентов 3-го курса факультета физико-математических и естественных наук, обучающихся по специальности «Химия». Подготовлено на кафедре физической и коллоидной химии РУДН.

Приведены лабораторные работы по изучению механизмов химических реакций с использованием современных квантово-химических методов. Предназначено для студентов очной, очно-заочной форм обучения химико-технологических направлений, изучающих дисциплину «Катализ и механизмы химических реакций».

Пособие включает в себя разделы, посвященные описанию структуры твердых веществ, дефектов в кристаллах, твердофазных процессов и практических применений химии твердого тела. Работа содержит краткие теоретические сведения, примеры решения задач, вопросы для самостоятельного решения. Кроме того, в пособии имеется приложение, содержащее справочные материалы.

Основан в 1975 г. Публикуются оригинальные научные статьи и обзоры, освещающие все вопросы теоретической и экспериментальной координационной химии. Журнал является рецензируемым, включен в Перечень ВАК для опубликования работ соискателей ученых степеней.

Книга на основе постулатов квантовой механики объясняет сложную связь квантовой химии и квантовых вычислений. Показано, как можно использовать для этого Python и программные пакеты химических расчетов с открытым исходным кодом, такие как Qiskit. На примерах расчетов реальных атомов и молекул показано, как квантовая химия и квантовые вычисления помогают решать задачи химической науки и промышленности.

Основан в 1975 г. Публикуются оригинальные научные статьи и обзоры, освещающие все вопросы теоретической и экспериментальной координационной химии. Журнал является рецензируемым, включен в Перечень ВАК для опубликования работ соискателей ученых степеней.

Монография всеобъемлюще отражает самые последние сведения в области изучения и применения нанотрубок за последние двадцать лет. Приведена информация о методах их получения, структуре, электронных, оптических, механических, магнитных и эмиссионных свойствах. Описаны во многом удивительные изобретения, полученные с помощью этих новых материалов: одноэлектронный, полевой и квантовый нанотранзисторы, химические сенсоры, источники оптического и рентгеновского излучения, логические элементы, ячейки памяти и даже радиоприемник на одной-единственной углеродной нанотрубке. Значительное внимание уделено расчетам электронного строения нанотрубок с помощью метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн. Один из разделов книги посвящен новому направлению в науке — наноэлектромагнетизму.