Vojnotehnički Glasnik (Apr 2020)
Interatomic interaction in diatomic molecules with taking into account the repulsion of ions in a positively charged core / Межатомное взаимодействие в двухатомных молекулах с учетом расталкивания ионов в положительном остове / Interakcija između atoma u dvoatomskim molekulima pri odbijanju jona u pozitivno nabijenom jezgru
Abstract
Introduction/purpose: Different types of interactions in diatomic molecules of complex atoms are analysed. Methods: The empirical formulas of Lennard-Jones, Buckingham, Buckingham-Corner, Morse, Danem, Gulbert-Hirschfelder, Klein and their combinations without their clear physical justification are used to take into account the repulsive and attractive forces in the molecule. To improve the situation of the binary interaction inside condensed matter, Gretchikhin and his associates proposed applying the Heitler-London quantum theory, but only at distances greater than equilibrium. At distances less than equilibrium between atoms in the binary interaction, the Lennard-Jones formula was still used. Using various kinds of fitting coefficients, in each case we obtained a match with the experimental data on the dissociation energy. A more general idea of all possible types of interactions was completely absent. In this connection, the need arose to reveal all possible types of interactions inside diatomic molecules and theoretically obtain dissociation energy, activation energy, and standard atomization enthalpy. The application of quantum mechanics methods in the Heitler-London theory allowed to take into account not only the Coulomb deterrence during exchange interaction, but also the Coulomb repulsion of nuclei. Results: The electric dipoles for neutral atoms and for positively charged ions of the core of diatomic molecules were calculated. This made it possible to calculate the electron-dipole and dipole-dipole interactions. A theory of the repulsion of positively charged nuclei of complex atoms in diatomic molecules has been developed. The interaction potentials for the molecules of carbon, nitrogen, oxygen, aluminum, silicon, and sodium are calculated. The developed physical model of the formation of diatomic molecules is compared with the empirical potentials of Lennard-Jones and Morse. At the internuclear distance equal to the sum of the energy radii of atoms in the molecule, a potential jump occurs with a transition from the negative to the positive region of binding energies, which determines the activation energy of the formation of diatomic molecules. Conclusion: From the obtained interaction potentials of atoms in diatomic molecules, the activation energy, ionization energy, standard atomization enthalpy, and electron affinity are determined. / Введение/цель: Проведен анализ разных типов взаимодействий в двухатомных молекулах из сложных атомов. Методы: Для учета сил отталкивания и притяжения в молекуле используются эмпирические формулы ЛеннардаДжонса, Бакингема, Бакингема-Корнера, Морзе, Данема, Гульберта-Гиршфельдера, Клейна и их комбинации без четкого физического обоснования. Улучшить ситуацию бинарного взаимодействия внутри конденсированных сред Гречихин и сотрудники предложили применить квантовую теорию Гайтлера-Лондона, но только на расстояниях больше равновесного. При расстояниях менее равновесного между атомами в бинарном взаимодействии по-прежнему использовалась формула Леннарда – Джонса. Применяя разного рода подгоночные коэффициенты, в каждом конкретном случае получали совпадение с экспериментальными данными по энергии диссоциации. Более общее представление о всех возможных типах взаимодействий полностью отсутствовало. В этой связи возникла необходимость выявить все возможные типы взаимодействий внутри двухатомных молекулах и теоретически получить энергию диссоциации, энергию активации, стандартную энтальпию атомизации. Применение методов квантовой механики позволило в теории ГайтлераЛондона учесть не только кулоновское сдерживание при обменном взаимодействии, но и кулоновское отталкивание ядер. Результаты: Проведен расчет электрических диполей у нейтральных атомов и у положительно заряженных ионов остова двухатомных молекул. Это позволило произвести расчет электрон-дипольного и диполь-дипольного взаимодействия. Разработана теория отталкивания положительно заряженных ядер сложных атомов в двухатомных молекулах. Выполнен расчет потенциалов взаимодействия для молекул углерода, азота, кислорода, алюминия, кремния и натрия. Проведено сравнение разработанной физической модели формирования двухатомных молекул с эмпирическими потенциалами Леннарда-Джонса и Морзе. На межъядерном расстоянии, равном сумме энергетических радиусов атомов в молекуле происходит скачок потенциала с переходом из отрицательной в положительную область энергий связи, что определяет энергию активации образования двухатомных молекул. Выводы: Из полученных потенциалов взаимодействия атомов в двухатомных молекулах определены энергия активации энергия ионизации, стандартная энтальпия атомизации и сродство к электрону. / Uvod/cilj: Analiziraju se različiti oblici interakcija u dvoatomskim molekulima složenih atoma. Metode: Koriste se empirijske formule Lenard-Džonsa, Bakingema, Bakingem-Kornera, Morzea, Danema, GilbertHiršfeldera, Klajna, kao i njihove kombinacije bez jasne realne opravdanosti, pri analizi odbojnih i privlačnih sila u molekulu. Za poboljšanje situacije binarne interakcije unutar zgusnute materije, Grečihin i njegovi saradnici su predložili primenu kvantne teorije Hajtlera i Londona, ali samo za razdaljine veće od ravnotežnog stanja. Lenard-Džonsova formula bila je korišćena i na razdaljinama manjim od ravnotežnog stanja između atoma u binarnim interakcijama. U svakom slučaju postigli smo poklapanje sa eksperimentalnim podacima o disocijaciji energije koristeći različite vrste odgovarajućih koeficijenata. Uopštenija ideja o svim mogućim tipovima interakcija potpuno je izostala. S tim u vezi, bilo je potrebno otkriti sve moguće tipove interakcija unutar dvoatomskih molekula i teoretski dobiti energiju disocijacije, energiju aktivacije i standardnu entalpiju atomizacije. Primena metoda kvantne mehanike u Hajtler-Londonovoj teoriji omogućila je da se uzme u obzir ne samo Kulonovo odbijanje tokom interakcije razmene već i Kulonovo odbijanje nukleusa. Rezultati: Izračunati su električni dipoli za neutralne atome i za pozitivno naelektrisane jone jezgara dvoatomskih molekula, što je omogućilo izračunavanje elektron-dipol interakcija, kao i dipol-dipol interakcija. Razvijena je teorija odbijanja pozitivno naelektrisanih nukleusa 9 složenih atoma u dvoatomskim molekulima. Izračunati su potencijali za molekule ugljenika, aluminijuma, silicijuma i natrijuma. Razvijeni fizički model formiranja dvoatomskih molekula upoređen je sa empirijskim potencijalima Lenard-Džonsa i Morzea. Na razdaljini između nukleusa, jednakoj zbiru energija prečnika atoma, u molekulu dolazi do skoka potencijala s prelazom od negativne do pozitivne oblasti energije vezivanja, što determiniše aktivacionu energiju formiranja dvoatomskih molekula. Zaključak: Iz dobijenih potencijala interakcija atoma u dvoatomskim molekulima određeni su energija aktivacije, energija jonizacije, standardna entalpija atomizacije, kao i afinitet prema elektronu.
Keywords
