Comment calculer l'énergie des atome polyélectronique ?

La méthode de Slater, bien qu'elle ne soit pas parfaitement précise pour les atomes polyélectroniques, peut donner une approximation raisonnable de l'énergie des orbitales atomiques. Cependant, pour respecter la règle des 15 eV dans le diagramme d'orbitales moléculaires, il est généralement nécessaire d'utiliser des méthodes plus avancées telles que la méthode des orbitales moléculaires (MOM), la méthode de Hückel ou des calculs ab initio. Ces méthodes tiennent compte des interactions électroniques entre les atomes dans une molécule et permettent de déterminer les niveaux d'énergie des orbitales moléculaires. Elles peuvent être appliquées aux atomes polyélectroniques pour obtenir des résultats plus précis que ceux obtenus avec la méthode de Slater. Il convient de noter que le calcul précis des énergies des atomes polyélectroniques est un domaine complexe de la chimie quantique et peut nécessiter des calculs informatiques avancés. Il est recommandé de consulter des ouvrages spécialisés ou de recourir à des logiciels de chimie quantique pour effectuer ces calculs de manière précise.

Pour les atomes polyélectroniques, il est généralement nécessaire de résoudre l'équation de Schrödinger pour obtenir les fonctions d'onde et les énergies des orbitales atomiques. Ces calculs sont généralement effectués à l'aide de méthodes numériques sophistiquées telles que la méthode Hartree-Fock (HF) ou des méthodes de chimie quantique plus avancées, telles que les méthodes de la fonctionnelle de la densité (DFT) ou les méthodes de couplage de cluster avec la théorie de la perturbation (CPT). Dans ces méthodes, l'approximation de Born-Oppenheimer est souvent utilisée pour séparer les variables électroniques et nucléaires, ce qui permet de simplifier le problème. Ensuite, des calculs itératifs sont effectués pour obtenir une solution approximative de l'équation de Schrödinger pour les électrons, en tenant compte de l'interaction électron-électron et électron-noyau. Il convient de noter que ces calculs sont généralement effectués à l'aide de logiciels spécialisés et de ressources informatiques puissantes. De plus, les résultats obtenus dépendent de nombreux paramètres et approximations utilisés dans les méthodes de calcul. En résumé, le calcul précis de l'énergie des atomes polyélectroniques en respectant la règle des 15 eV dans le diagramme d'orbitales moléculaires nécessite l'utilisation de méthodes avancées en chimie quantique. Les méthodes simplifiées telles que la méthode de Slater peuvent donner des estimations approximatives, mais elles ne sont pas toujours précises. Il est recommandé de faire appel à des logiciels spécialisés et à des experts en chimie quantique pour effectuer de tels calculs.

Le calcul de l'énergie des atomes polyélectroniques peut se faire avec l'approximation de Hartree-Fock ou la théorie du couplage de cluster.

L'énergie des atomes polyélectroniques peut être calculée à l'aide de divers modèles théoriques et méthodes de calcul. Une approche couramment utilisée est la méthode Hartree-Fock, qui fournit une solution approximative à l'équation de Schrödinger pour les systèmes multi-électrons. Voici les étapes générales impliquées dans le calcul de l'énergie des atomes polyélectroniques : Déterminez la structure atomique : commencez par déterminer la configuration électronique de l'atome, y compris le nombre d'électrons et leur répartition entre les différentes orbitales atomiques. La configuration électronique est typiquement basée sur le principe d'Aufbau et le tableau périodique. Choisissez un ensemble de base : Un ensemble de base est un ensemble de fonctions mathématiques utilisées pour décrire les fonctions d'onde des électrons dans l'atome. Les ensembles de base peuvent être choisis en fonction de leur niveau de précision et de leur coût de calcul. Les ensembles de base couramment utilisés comprennent les orbitales de type Slater (STO) ou les orbitales de type gaussien (GTO). Effectuer des calculs Hartree-Fock : À l'aide de l'ensemble de base choisi, effectuez des calculs Hartree-Fock pour obtenir les fonctions d'onde et les énergies électroniques. Les calculs Hartree-Fock impliquent la résolution itérative des équations de champ auto-cohérentes pour optimiser les fonctions d'onde et minimiser l'énergie totale du système. Incorporer les interactions électron-électron : la méthode Hartree-Fock néglige les effets de corrélation électron-électron, qui peuvent avoir un impact significatif sur la précision des calculs. Pour améliorer la précision, des méthodes plus avancées telles que la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) ou des méthodes post-Hartree-Fock comme l'interaction de configuration (CI), le cluster couplé (CC) ou la théorie des perturbations à plusieurs corps (MBPT) peuvent être utilisées pour inclure effets de corrélation électronique. Tenir compte des effets relativistes : pour les atomes lourds, les effets relativistes peuvent devenir significatifs. Des corrections relativistes peuvent être incorporées à l'aide d'hamiltoniens relativistes, tels que l'équation de Dirac ou l'approche du potentiel de noyau effectif relativiste (RECP). Tenir compte des effets environnementaux : si l'atome se trouve dans un environnement particulier (par exemple, un solide ou un solvant), des calculs ou des modèles supplémentaires peuvent être nécessaires pour tenir compte de l'influence de l'environnement sur l'énergie de l'atome polyélectronique. Il est important de noter que les calculs impliqués dans la détermination de l'énergie des atomes polyélectroniques peuvent être intensifs en termes de calcul et nécessitent des logiciels spécialisés et des ressources informatiques. Les chercheurs s'appuient souvent sur des progiciels de calcul de structure électronique tels que Gaussian, GAMESS, NWChem ou Quantum Espresso pour effectuer ces calculs. Dans l'ensemble, le calcul de l'énergie des atomes polyélectroniques implique une combinaison de modèles théoriques, d'approximations et de méthodes de calcul pour décrire avec précision la structure électronique et les interactions au sein de l'atome.