Квантово-механические аспекты резонансной теории Л. Полинга.

[orgximik]

В работе "Квантово-механические аспекты теории резонанса Л. Полинга"  теория резонанса Л. Полинга проанализирована с помощью принципа квантовой суперпозиции, то есть принципа суперпозиции «волновых функций», который является основным положительным принципом квантовой механики. Принцип квантовой суперпозиции по существу является основным свойством волновой функции. На примере молекулы бензола показано, что принцип квантовой суперпозиции и, следовательно, квантовая механика в целом находится в непреодолимом противоречии с теорией резонанса.

 

Ссылка (английский): http://vixra.org/pdf/1702.0333v2.pdf

 

Общая ссылка: http://vixra.org/author/bezverkhniy_volodymyr_dmytrovych

 

 https://archive.org/details/@threeelectronbond

 

Вот текст работы:

Для примера рассмотрим два квантовых состояния (реально существующие) которые описываются волновыми функциями ψ1 и ψ2. Из принципа суперпозиции однозначно следует, что и их линейная комбинация (ψ3 = С1ψ1 + С2ψ2) будет третьим квантовым состоянием (также реально существующим), которое будет описываться волновой функцией ψ3. Что это значит? То, что измерение определенной физической величины d в состоянии |ψ1> даст результат d1, а при измерении величины d в состоянии |ψ2> даст результат d2. Когда же реализуется третье квантовое состояние |ψ3>, то при измерении физической величины квантовая система будет принимать значения d1 и d2 с вероятностями соответственно |С1|^2 и |С2|^2. То есть в квантовом состоянии |ψ3> мы при многочисленных измерениях будем иметь иногда величину d1, а иногда d2 (с определенной, известной частотой). Но именно этого в теории резонанса быть не может.

Рассмотрим для простоты резонанс двух Кекулевских структур без учета структур Дьюара. Тогда в теории резонанса принимается, что |ψ1> это квантовое состояние 1, которое описывает резонансную структуру 1, |ψ2> это квантовое состояние 2, которое описывает резонансную структуру 2. Линейная же их комбинация (ψ3 = С1ψ1 + С2ψ2) будет как обычно третьим квантовым состоянием |ψ3>, которое будет описываться волновой функцией ψ3 и будет описывать реальную молекулу бензола (резонансный гибрид). Коэффициенты С1 и С2 будут указывать вклады резонансных структур (Кекулевских структур) в реальную молекулу бензола (резонансный гибрид) (для нашего случая C1/C2 = 1, |С1|^2 = |С2|^2 = 0.5), которая не может быть описана отдельными резонансными структурами (Кекулевскими структурами). 

Отметим, что реальная молекула бензола она действительно реальная и единственная, и никак не может иметь дискретное описание, то есть при измерениях мы никогда не "увидим" то одну молекулу Кекуле (резонансную структуру 1), то другую (резонансную структуру 2), а это прямо противоречит принципу квантовой суперпозиции. Более того, принимаемые в теории резонанса Кекулевские структуры (резонансные структуры) это идеальные структуры, которые не существуют в реальности, ведь у них все связи равны и это не смотря на чередование одинарных и двойных С-С связей, которые в реальности имеют разную длину. Поэтому принцип квантовой суперпозиции (для теории резонанса) не исполняется даже для квантовых состояний ψ1 и ψ2, ведь поскольку резонансных гибридов нет в реальности, то и никакую физическую величину (реальную) мы измерить не сможем. 
Если же в качестве резонансных гибридов ми примем реальные "искривленные" структуры Кекуле со связями, которые имеют разную длину, то тогда теория резонанса не будет иметь смысла, так как при переходе от одной структуры к другой будут изменятся межъядерные расстояния. Но тогда принцип квантовой суперпозиции будет применим ко всем трем квантовым состояниям (для |ψ1> и |ψ2> это очевидно, а для |ψ3> будем иметь то одну "искривленную" структуру Кекуле, то другую, с частотой 50 : 50). 
В действительности никакого изменения длин связей нет, поэтому в химии это не применимо. 
И поэтому допущение, что реальная молекула бензола это что-то среднее между резонансными структурами это гениальное химическое допущение, пускай не строгое с позиций квантовой механики, но которое дало возможность качественно и количественно описать молекулу бензола, которую не смогли изобразить одной формулой. 

Этот пример четко показывает, что в фундаментальных вопросах химия все-таки не сводится к физике, здесь есть своя «химическая» изюминка. И еще, та же теория резонанса Л. Полинга буквально изменила химию, оказала глубочайшее влияние на умы химиков (я уже не говорю о педагогическом влиянии теории резонанса) и уже очень давно нет учебника по органической химии где бы не было теории резонанса. Но все же необходимо отметить, что при усложнении молекулы (пиридин, нафталин, антрацен и т. п.) количественные расчеты становились затруднительными (для корректного расчета нафталина необходимо учитывать приблизительно 40 резонансных структур) и поэтому начали применять метод МО. 

Резонансные структуры (структуры Кекуле с одинаковыми С-С связями) это не электронные таутомеры. 
Реальная молекула бензола является единственной и никакой таутомерии не существует. Некорректно представлять реальную молекулу бензола как результат переходов между электронными таутомерами (электроны в бензоле не перемещаются от одной связи к другой). Существует одна молекула бензола, которая имеет постоянное распределение электронов во времени и которая не может быть представлена в виде дискретного описания. Поэтому в теории резонанса принимается, что каждая резонансная структура имеет свой вклад в резонансный гибрид (в реальную молекулу бензола) (обычно химики определяют вклад "наглазными" методами). И третье квантовое состояние |ψ3> описывает реальную молекулу бензола (резонансный гибрид), которая представляет собой нечто среднее между резонансными структурами (вспомним вклад каждой резонансной структуры в реальную молекулу бензола).

 

Что думаем?

 

http://vixra.org/author/bezverkhniy_volodymyr_dmytrovych

 

 https://archive.org/details/@threeelectronbond

Изменено 6 Мая, 2017 в 13:56 пользователем orgximik