Научные достижения Ганса Гельмана

По просьбе нашего читателя постараемся описанную тему от 14:34 | 16.07.2017 раскрыть ещё глубже, сегодня рассмотрим Научные достижения Ганса Гельмана. Не будем разливать воду, а преступим рассмотрению этого вопроса.

Основное положение

Многие первопроходцы и основатели молодой науки, такие как немецкие учёные деятели Ф.Лондон, В.Гайтлер, Э.Хюккель, а так же американские - Дж.Слэйтер, Л.Полинг, Р.Малликен, составляли и примерно вычисляли уравнение Шредингера, но никто из них не использовал определение "квантовая химия".

Первым, использовавшим значение «квантовая химия», был ученый Гельман (Hellmann) Ганс Густав Адольф. Гельман Ганс родился в Германии 1903 году и трагически погиб в 1938 году. Обучался в университетах города Штутгарта и города Киля, но диплом получил в Институте химии кайзера Вильгельма в Германии, Берлин. В 1933 году Гельман вместе со своей семьей поменял место жительства на СССР. В том же году он начал руководить теоретической группой лаборатории строения вещества в Московском Физико-химическом институте им. Карпова.

В 1937 году он опубликовал книгу "Квантовая химия", которая стала первой в мире книгой об этой науке и охватывала почти все стороны нового направления.

Данная работа имела важнейший вклад в квантово-механические исследования, поскольку учёный:

• вывел теорему, после названную теоремой Гельмана – Фейнмана;
• внедрил понятие «валентного состояния»;
• создал полуэмпирический подход для вычисления энергии и прочих свойств сложных атомов и молекул.

Вычисление квантово-механических задач при помощи уравнения Шредингера выражалось сложными интегралами со многими переменными, что являлось одной из сложностей, так как в результате расчётов копились неточности, которые превышали само число интеграла.

Гельман разработал решение данного вопроса. Спустя год работы в СССР ученый опубликовал статью с детальным повествованием своего полуэмпирического метода расчета энергии и иных характеристик сложных молекул и атомов. В статье автор утверждает, что в молекуле межатомные расстояния характеризуются кулоновскими силами между заряженными частицами, обменными взаимодействиями электронов, отталкиванием между остовом одного атома и валентными электронами другого.

Он предположил, что определенные измеряемые тепловые характеристики выражаются при помощи интегралов, и эти же интегралы можно встретить в формулах, характеризующих атомы и молекулы. Исходя из этого, составлялись уравнения для поиска интегралов, которые вычислялись калориметрами и спектрометрами, и эти данные использовались при расчете иных, более непростых молекул.

Определение 2

В теории валентности, которая возникла ещё перед появлением квантовой механики, не обращалось внимания на внутренние электроны атомов. Ганс Гельман пришел к заключению о неправильности данного подхода и показал, как эту информацию можно учесть. По его мнению, соотношение цифр внутренних и внешних электронов атома задает его химические особенности.

Гельман ввел понятие «валентного состояния», что подразумевает состояние, в которое трансформируются атомы ещё до вступления в реакцию при сближении. Данные знания о «валентном состоянии» посодействовали уяснению природы энергии активации, а так же помогли её расчётам, поставив теорию химических реакций на количественную сторону.

Так же, использовав выдвинутую им общую теорию поляризуемости атомов, межмолекулярных взаимодействий и дисперсионных сил, Гельман ввел коррективы, которые отличали уравнение Клапейрона (для идеального газа) и уравнение Ван-дер-Ваальса (для реального газа), в результате полученные данные совпадали с экспериментальными данными.

Так же Гельман исследовал значение принципа Паули во взаимодействии атомов: при перекрывании электронных оболочек двух реагирующих атомов, возникающая сила отталкивания обусловлена принципом запрета. Другими словами, Гельман наглядно истолковал этот принцип и разъяснил, как его нужно применять при квантово-механических вычислениях.

При помощи квантовой механики можно вычислить вероятную энергию молекул в качестве функций межатомных расстояний и валентных углов, а необходимые силовые постоянные можно получить при двукратном дифференцировании этой функции. Для этого Гельман и параллельно американский ученый-физик Фейнман вывели определенные формулы, которые впоследствии были названы «теоремами Гельмана - Фейнмана».

Данные теоремы оказались одними из основополагающих механизмов квантовой химии. Однако эти формулы представляли не только прикладное значение, ибо такие ученые как, Гейзенберг, Шредингер и Дирак главным образом исследовали определение понятия энергии, в то время, как понятие силы они не изучали, а, исходя из принципа соответствия Бора, должна быть обусловленная связь между квантовыми и классическими величинами. Теорема Гельмана - Фейнмана внедряет в квантовую механику аналог определения силы, и тем самым заполняет вышеописанный недочет.



Процесс электропроводности металлов возможно рассмотреть с квантовой точки зрения. Известно, что при объединении атомов в определенную кристаллическую решетку наблюдается постепенное снижение высоты всех стенок основного барьера, расположенного вокруг ядра каждого атома. При этом динамично движущиеся валентные электроны начинают перемещаться по всему кристаллу, а элементы внутренних оболочек не покидают своих позиций и остаются на своих местах.

Рисунок 1. Электропроводимость металлов.

Определение 1

Такое предположение отодвинуло закон Больцмана на последнее место, так как его теория была абсолютно не применима к электронам проводимости металла. На самом деле, указанный закон гласит, что общее количество частиц газа, которые находятся в состоянии равновесия, определяется формулой, не имеющей никаких ограничений на число электронов. Все элементы этой системы должны иметь нулевую энергию.

Согласно научной работе Паули, каждый подуровень в электропроводности металлов может содержать только два электрона. Таким образом, надо отказаться от учений Больцмана и найти для электронов проводимости иной статистический закон.



Заключение

Конечно можно много говорить по теме Научные достижения Ганса Гельмана, но основную суть мы изложили по этому вопросу. Если вам нужно дополнительная консультация, пожалуйста пишите ваши сообщения нам на почту. Все поступившие вопросы рассматриваются и не остаются без ответа.