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为什么共振结构式叫共振结构式呢? 第1页

  

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共振结构式(resonance structure)的“共振”来自量子力学,薛定谔方程解氢原子成功(符合氢原子光谱结果)后,当时的物理学家立刻开始挑战氦原子,但很明显这是一个三体问题(两个电子一个核),必须要引入近似。1926年,Heisenberg[1],的论文中提出了对交换积分的“电子共振”解释,并引入了两种“极限状态”。Hunt 后来指出这两种极限的状态相互转化热力学上不可行,更多的是量子态的叠加。

研究完原子,自然要研究分子。利用薛定谔方程解氢分子时,Heitler和 London引入了更多的近似,并借用了Heisenberg共振的说法,提出了交换力exchange forces 或者量子共振 quantum resonance的概念。

不过因为交换积分后来还有多种其他的解释,共振解释后来也不怎么提了。(再后来都有希尔伯特空间了,共振这种“打比方”式的解释自然不必再提)

至于化学里“共振结构式”中的“共振”和上面量子力学中的“共振”还有一些不同。鲍林在1931年将这个概念引入化学,更多是为了帮助化学家理解类似“薛定谔的猫”这样的抽象的量子力学概念的。

思想也很简单,比如简单分子轨道理论里H₂基态未归一化波函数是 ,

展开来是 ,看起来很复杂,难以理解,但如果写成是 这四种状态的叠加,就直观得多。最早的共振式就这么来的,依据是量子力学计算的结果。

参考:

比如:

鲍林的这个理论上世纪50年代被苏联化学家集体攻击过,共振论是“有机化学的唯心主义错误”“马赫主义和机械主义在自然科学中的提现”之类的说法就是这么来的。

不过现在共振的概念确实被玩坏了,奇怪的说法不少。有机化学书上的“共振结构式”、无机化学书上的“共振结构式”和量子化学书上的“共振”可能就像凤梨和菠萝一样,开始是一样的,在不同学科中说着说着就变成不同的东西了。

但不管怎么演变,“共振”这个词还保留着,所以看着确实有些奇怪。

现代计算化学中的共振概念可以参考下面的这个问题中的回答,很精彩。

补充:1,鲍林的原文如下

关于化学键理论的发展可以参考一些相关的综述[2]

2,氢分子的那个例子不是正经的共振结构式解释,只是做个比较。简单分子轨道原理中氢分子的成键轨道是 ,填入电子1和电子2之后就有上面的说法了。

参考

  1. ^ https://link.springer.com/article/10.1007/BF01322090
  2. ^ https://www.scirp.org/html/1-2810085_52476.htm



  

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