库仑积分

库仑积分

库仑积分是电荷分布间的经典 静电 作用对 原子 或分子总能量的贡献,也被称为α积分。在 原子轨道 线性组合 为 分子轨道 的过程中,通过 变分法 求得的久期 方程组 包含的三类积分之一,通常用HAA和HBB表示。

简介

库仑积分是电荷分布间的经典静电作用对原子或分子总能量的贡献。在 量子力学 和 量子化学 中多处用到这个概念, 分别具有不同的意义。

在原子的自洽场计算中, 反映处在两个原子轨道上的两个 电子 的静电排斥作用的积分, 称作库仑积分。 在分子中, 由于存在多个 原子核 , 产生多种相互作用, 又由于可采用价键法和 分子轨道理论 等不同方法, 所以情况较复杂, 但仍采用库仑积分表示电荷分布之间经典 静电 相互作用对能量的贡献。

在价键法中,库仑积分由3部分组成,即 化学键 上的两个核之间的静电排斥,两个核上 电子云 之间的排斥作用以及一个核对另一核上电子云的吸引作用。例如:在氢分子中,其表达式为: 常将库仑积分记作H或α。它包含了把 电子 看作处在孤立的 原子轨道 时的电子能量,电荷分布与其邻近的核之间的静电吸引作用,还可包含电子之间的排斥和 原子核 之间的排斥。例如,在HMO法中其表达式可写为: 式中i为第i个 原子 的p轨道;π为π电子的单电子 哈密顿算符 。在此方法中,α作为参数由实验值确定。

在自洽场(SCF) 分子轨道理论 中,库仑积分Jij的表达式与上述原子体系的Jij表达式相同,只是这里的轨道为分子轨道。 尽管在不同的体系、不同的方法中,库仑积分的表达式不同,但它们具有一个共同的特征就是都反映了经典的 静电 相互作用,而未考虑非经典的所谓 电子 交换作用 以及电子 自旋 与轨道运动之间的相互作用。