Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ЯНА - ТЕЛЛЕРА ЭФФЕКТЫ

ЯНА - ТЕЛЛЕРА ЭФФЕКТЫ, совокупность квантовых эффектов, проявляющихся у многоатомных молекул при понижении симметрии ядерной конфигурации под влиянием электронно-колебательного взаимодействия. Если у молекулы существуют геом. конфигурации высокой симметрии, напр. конфигурации с осью симметрии третьего или более высокого порядка, то электронные состояния такой молекулы м. б. вырождены. Коррелированные движение электронов и колебания ядер могут привести к искажению конфигурации и понижению симметрии, при этом вырождение снимается и поверхность потенциальной энергии расщепляется на две (или более, в зависимости от кратности вырождения и типа искажения). В общем случае одна из потенц. пов-стей опускается ниже энергии высокосимметричной конфигурации, другая -поднимается выше. Это означает, что минимум на потенц. поверхности отвечает не наиболее высокой по симметрии конфигурации Q0, а менее симметричной Q1. Таких минимумов м. б. столько, сколько получено потенц. пов-стей из конфигурации Q1 в результате операций симметрии, составляющих группу максимально высокого порядка, допустимого для данной молекулы (за исключением операций, отвечающих повороту системы как целого).
Обычно Яна - Теллера эффекты рассматривают в т. наз. грубом приближении Борна - Оппенгеймера (см. Адиабатическое приближение). В качестве причины расщепления потенц. пов-стей принимается изменение электронно-ядерного взаимод. при переходе от конфигурации Q0 к конфигурации Q1. В рамках более точного адиабатич. приближения снятие вырождения при переходе к низкосимметричной конфигурации является естественным и не связано с электронно-колебат. взаимод.
Г. А. Ян и Э. Теллер (1937) показали, что у многоатомной молекулы всегда найдется такое неполносимметричное колебание ядер, при к-ром электронная энергия вырожденного электронного состояния понижается, в результате чего минимум на потенц. пов-сти смещается к конфигурации ядер с более низкой симметрией. В этом заключается собственно Яна - Теллера эффект 1-го порядка: высокосимметричная конфигурация мол. системы при наличии электронного вырождения является неустойчивой и самопроизвольно деформируется. Волновые ф-ции и отвечающие им энергетич. состояния м. б. рассчитаны в рамках 1-го порядка возмущений теории. Так, для октаэдрич. комплексов переходных металлов искажение, ведущее к понижению симметрии двукратно вырожденного электронного состояния типа Е, м. б. связано с его взаимод. с двукратно вырожденным колебат. уровнем е того же типа симметрии (см. Симметрия молекул). Для таких комплексов Яна - Теллера эффект проявляется в том, что у мол. системы существуют 3 эквивалентных минимума, отвечающих октаэдру, вытянутому (или сжатому) по одной из его 3 осей 4-го порядка. Если эти минимумы разделены невысокими барьерами, происходит туннельное расщепление энергетич. уровня. Между расщепленными уровнями возможны переходы, что проявляется в тонкой структуре оптич. спектров, изменении правил отбора, появлении новых линий в ИК спектре.
Если потенц. барьеры между минимумами достаточно высоки, то система, попав в один из них, будет находиться в нем продолжит. время; это т. наз. статич. Яна - Теллера эффект, в отличие от описанного выше "динамич." эффекта. Обычно основное состояние молекулы невырождено, или, если вырождение есть, электронно-колебат. взаимод. не слишком велико и барьер между минимумами оказывается достаточно низким, т. е. имеет место динамич. Яна - Теллера эффект. Статич. Яна - Теллера эффект наблюдают, как правило, только при воздействии на мол. систему внеш. полей. В частности, при кооперативном увеличении высоты барьеров в кристаллах минимумам потенц. пов-сти отвечают такие конфигурации всей кристаллич. структуры, при к-рых вырождение для каждой отдельной молекулы или иона в кристалле снимается. Такое энергетически выгодное расположение локально искаженных фрагментов кристалла (в общем случае возникающее не только за счет Яна - Теллера эффектов) м. б. разрушено тепловыми флуктуациями при повышении т-ры, что приводит, напр., к структурным фазовым переходам (т. наз. ян-теллеровские кристаллы). Для свободных молекул и мол. комплексов, т. е. в отсутствие внеш. воздействия, характерен именно динамич. эффект.
Электронно-колебат. взаимод. может быть достаточно сильным для того, чтобы даже в невырожденном основном электронном состоянии минимум на потенц. пов-сти сместился от наиб. симметричной конфигурации Q0 к менее симметричной Q1. Такой эффект наз. псевдоэффектом Яна-Теллера или Яна - Теллера эффектом 2-го порядка, поскольку для расчета волновых ф-ций и электронных энергий используется 2-й порядок теории возмущений. При достаточно слабом псевдоэффекте Яна-Теллера минимум, отвечающий конфигурации Q0, сохраняется, но потенц. пов-сть вблизи минимума становится более пологой. При сильном же псевдоэффекте минимум перемещается от конфигурации Q0к конфигурации Q1, причем Q0 становится локальным максимумом (говорят о структурной неустойчивости конфигурации Q0).
Для линейных многоатомных молекул с вырожденным электронным состоянием при деформационных колебаниях также возможно смещение минимума от линейной конфигурации (высокосимметричной) к менее симметричной изогнутой конфигурации; это т. наз. эффект Реннера-Теллера. Эффект м. б. слабым, тогда он проявляется лишь в том, что уменьшается силовая постоянная деформационного колебания линейной молекулы; сильный эффект приводит к нелинейной равновесной конфигурации молекул.
Экспериментально структурные и спектральные проявления Яна - Теллера эффектов наблюдаются для нек-рых мол. кристаллов и кристаллов комплексов переходных металлов. С ним связывают, напр., подвижность координац. сферы Cu(II) в керамиках, формирование винтовой структуры в кристаллах типа CsCuCl3, структурные фазовые переходы в кристаллах, в т. ч. возникновение спонтанной поляризации в сегнетоэлектриках, особенности оптич. спектров, активацию молекул при их взаимод. с активными центрами катализаторов и др. С Яна - Теллера эффектами связывают и ряд особенностей поведения молекул в биол. системах, в частности стереоспецифич. оксигенирова-ние гемоглобина.

Лит.: Нокс Р., Голд А., Симметрия в твердом теле, пер. с англ., М., 1970; Берсукер И. Б., Эффект Яна-Теллера и вибронные взаимодействия в химии, М., 1987.

Н. Ф. Степанов.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн