स्लेटर-प्रकार की कक्षा

स्लेटर-प्रकार की कक्षा (एसटीओ) परमाणु कक्षाओं आणविक कक्षीय विधि के रैखिक संयोजन में परमाणु कक्षाओं के रूप में उपयोग किए जाने वाले कार्य हैं। उनका नाम भौतिक विज्ञानी जॉन सी. स्लेटर के नाम पर रखा गया है जिन्होंने उसे 1930 में प्रस्तुत किया था।

वे लंबी दूरी पर घातीय क्षय और कम दूरी पर काटो की पुच्छल स्थिति (जब हाइड्रोजन जैसे परमाणु कार्यों के रूप में संयुक्त होते हैं यानी एक इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के लिए स्थिर श्रोडिंगर समीकरण के विश्लेषणात्मक समाधान)। हाइड्रोजन-जैसे (हाइड्रोजिक) श्रोडिंगर कक्षाओं के विपरीत एसटीओ के पास कोई रेडियल नोड नहीं है (न ही गॉसियन-टाइप कक्षाए)।

परिभाषा

स्लेटर-प्रकार की कक्षा में निम्नलिखित रेडियल भाग होते हैं:

$R(r)=Nr^{n-1}e^{-\zeta r}\,$

जहाँ

• n एक प्राकृतिक संख्या है जो प्रमुख क्वांटम संख्या की भूमिका निभाती है, n = 1,2,...,
• N एक सामान्यीकरण स्थिरांक है,
• r परमाणु नाभिक से इलेक्ट्रॉन की दूरी है और
• $\zeta$ नाभिक के प्रभावी विद्युत आवेश से संबंधित एक स्थिरांक है परमाणु आवेश को इलेक्ट्रॉनों द्वारा आंशिक रूप से परिक्षित किया जाता है। ऐतिहासिक रूप से स्लेटर के नियमों द्वारा प्रभावी परमाणु प्रभार का अनुमान लगाया गया था।

सामान्यीकरण स्थिरांक की गणना अभिन्न से की जाती है

$\int _{0}^{\infty }x^{n}e^{-\alpha x}\,\mathrm {d} x={\frac {n!}{~\alpha ^{n+1}\,}}~.$

इस तरह

$N^{2}\int _{0}^{\infty }\left(r^{n-1}e^{-\zeta r}\right)^{2}r^{2}\,\mathrm {d} r=1\Longrightarrow N=(2\zeta )^{n}{\sqrt {\frac {2\zeta }{(2n)!}}}~.$

गोलाकार हार्मोनिक्स का उपयोग करना आम है $Y_{l}^{m}(\mathbf {r} )$ ध्रुवीय निर्देशांक के आधार पर स्थिति वेक्टर की $\mathbf {r}$ स्लेटर कक्षीय के कोणीय भाग के रूप में।

संजात

स्लाटर-टाइप कक्षा के रेडियल भाग का पहला रेडियल व्युत्पन्न है

${\partial R(r) \over \partial r}=\left[{\frac {(n-1)}{r}}-\zeta \right]R(r)$

रेडियल लैपलेस संचालक दो अंतर संचालकों में विभाजित है

$\nabla ^{2}={1 \over r^{2}}{\partial \over \partial r}\left(r^{2}{\partial \over \partial r}\right)$

लैपलेस संचालक का पहला अंतर संचालक यील्ड देता है

$\left(r^{2}{\partial \over \partial r}\right)R(r)=\left[(n-1)r-\zeta r^{2}\right]R(r)$

दूसरे अवकल संकारक को लागू करने के बाद कुल लाप्लास संकारक प्राप्त होता है

$\nabla ^{2}R(r)=\left({1 \over r^{2}}{\partial \over \partial r}\right)\left[(n-1)r-\zeta r^{2}\right]R(r)$

परिणाम

$\nabla ^{2}R(r)=\left[{n(n-1) \over r^{2}}-{2n\zeta \over r}+\zeta ^{2}\right]R(r)$

गोलाकार हार्मोनिक्स के कोणीय निर्भर डेरिवेटिव रेडियल फ़ंक्शन पर निर्भर नहीं होते हैं और उन्हें अलग से मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

अभिन्न

मौलिक गणितीय गुण वे हैं जो एक एकल नाभिक के केंद्र में कक्षीय की नियुक्ति के लिए गतिज ऊर्जा, परमाणु आकर्षण और कूलम्ब प्रतिकर्षण अभिन्न से जुड़े हैं। सामान्यीकरण कारक N को छोड़कर नीचे की कक्षाओं का प्रतिनिधित्व करता है:

$\chi _{n\ell m}({\mathbf {r} })=r^{n-1}~e^{-\zeta \,r}~Y_{\ell }^{m}({\mathbf {r} })~.$

फूरियर रूपांतरण है

${\begin{aligned}\chi _{n\ell m}({\mathbf {k} })&=\int e^{i{\mathbf {k} }\cdot {\mathbf {r} }}~\chi _{n\ell m}({\mathbf {r} })~\mathrm {d} ^{3}r\\&=4\pi ~(n-\ell )!~(2\zeta )^{n}~(ik/\zeta )^{\ell }~Y_{\ell }^{m}({\mathbf {k} })\sum _{s=0}^{\lfloor (n-\ell )/2\rfloor }{\frac {\omega _{s}^{n\ell }}{~(k^{2}+\zeta ^{2})^{n+1-s}}},\end{aligned}}$

जहां $\omega$ द्वारा परिभाषित किया गया है

$\omega _{s}^{n\ell }\equiv \left(-{\frac {1}{4\zeta ^{2}}}\right)^{s}\,{\frac {(n-s)!}{~s!~(n-\ell -2s)!~}}.$

ओवरलैप अभिन्न है

$\int \chi _{n\ell m}^{*}(r)~\chi _{n'\ell 'm'}(r)~\mathrm {d} ^{3}r=\delta _{\ell \ell '}\,\delta _{mm'}\,{\frac {(n+n')!}{~(\zeta +\zeta ')^{n+n'+1}}}$

जिनमें से सामान्यीकरण अभिन्न एक विशेष स्थिति है। सुपरस्क्रिप्ट स्टार जटिल-संयुग्मन को दर्शाता है।

गतिज ऊर्जा अभिन्न है

$${\begin{aligned}&\int \chi _{n\ell m}^{*}(r)~\left(-{\tfrac {1}{2}}\nabla ^{2}\right)\,\chi _{n'\ell 'm'}(r)~\mathrm {d} ^{3}r\\&={\frac {1}{2}}\delta _{\ell \ell '}\,\delta _{mm'}\,\int _{0}^{\infty }e^{-(\zeta +\zeta ')\,r}\left[[\ell '(\ell '+1)-n'(n'-1)]\,r^{n+n'-2}+2\zeta 'n'\,r^{n+n'-1}-\zeta '^{2}\,r^{n+n'}\right]~\mathrm {d} r~,\end{aligned}}$$

ऊपर पहले से ही गणना किए गए तीन ओवरलैप अभिन्न का योग।

फूरियर प्रतिनिधित्व का उपयोग करके कूलम्ब प्रतिकर्षण अभिन्न का मूल्यांकन किया जा सकता है

(ऊपर देखें)

$\chi _{n\ell m}^{*}({\mathbf {r} })=\int {\frac {~e^{i\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} }~}{(2\pi )^{3}}}~\chi _{n\ell m}^{*}({\mathbf {k} })~\mathrm {d} ^{3}k$

कौन सी पैदावार

इन्हें या तो व्यक्तिगत रूप से समोच्च एकीकरण के तरीकों के साथ या पुनरावर्ती रूप से क्रूज़ एट अल द्वारा प्रस्तावित के रूप में गणना की जाती है। (1978)।

एसटीओ सॉफ्टवेयर

कुछ क्वांटम केमिस्ट्री सॉफ्टवेयर 1s स्लेटर-टाइप कार्यों (STF) के सेट का उपयोग स्लेटर प्रकार के कक्षाओं के अनुरूप करते हैं लेकिन कुल आणविक ऊर्जा को कम करने के लिए चुने गए चर घातांक के साथ (ऊपर दिए गए स्लेटर के नियमों के अतिरिक्त)। तथ्य यह है कि अलग-अलग परमाणुओं पर दो एसटीओ के उत्पादों को गॉसियन कार्यों (जो एक विस्थापित गॉसियन देते हैं) की तुलना में व्यक्त करना अधिक कठिन होता है जिससे कई लोगों ने गॉसियन के संदर्भ में उनका विस्तार किया जाता है।

बहुपरमाणुक अणुओं के लिए विश्लेषणात्मक एब इनिटियो सॉफ्टवेयर विकसित किया गया है उदाहरण के लिए STOP: 1996 में एक स्लेटर टाइप कक्षा पैकेज।

SMILES उपलब्ध होने पर विश्लेषणात्मक अभिव्यक्तियों का उपयोग करता है और गाऊसी विस्तार अन्यथा इसे पहली बार 2000 में रिलीज़ किया गया था।

विभिन्न ग्रिड एकीकरण योजनाएं विकसित की गई हैं कभी-कभी चतुर्भुज (स्क्रोको) के लिए विश्लेषणात्मक कार्य के बाद सबसे प्रसिद्ध डीएफटी कोड के एडीएफ सूट में।

जॉन पोपल, वॉरेन के काम के बाद जे. हेहरे और रॉबर्ट एफ. स्टीवर्ट, गॉसियन-टाइप कक्षाओं के योग के रूप में स्लेटर परमाणु कक्षाओं का कम से कम वर्ग प्रतिनिधित्व का उपयोग किया जाता है। उनके 1969 के पेपर में इस सिद्धांत के मूल सिद्धांतों पर चर्चा की गई और फिर आगे सुधार किया गया और गॉसियन डीएफटी कोड में उपयोग किया गया।

यह भी देखें

• आधार सेट (रसायन विज्ञान)

संदर्भ

• Harris, F. E.; Michels, H. H. (1966). "Multicenter integrals in quantum mechanics. 2. Evaluation of electron-repulsion integrals for Slater-type orbitals". Journal of Chemical Physics. 45 (1): 116. Bibcode:1966JChPh..45..116H. doi:10.1063/1.1727293.
• Filter, E.; Steinborn, E. O. (1978). "Extremely compact formulas for molecular two-center and one-electron integrals and Coulomb integrals over Slater-type atomic orbitals". Physical Review A. 18 (1): 1–11. Bibcode:1978PhRvA..18....1F. doi:10.1103/PhysRevA.18.1.
• McLean, A. D.; McLean, R. S. (1981). "Roothaan-Hartree-Fock Atomic Wave Functions, Slater Basis-Set Expansions for Z = 55–92". Atomic Data and Nuclear Data Tables. 26 (3–4): 197–381. Bibcode:1981ADNDT..26..197M. doi:10.1016/0092-640X(81)90012-7.
• Datta, S. (1985). "Evaluation of Coulomb integrals with hydrogenic and Slater-type orbitals". Journal of Physics B. 18 (5): 853–857. Bibcode:1985JPhB...18..853D. doi:10.1088/0022-3700/18/5/006.
• Grotendorst, J.; Steinborn, E. O. (1985). "The Fourier transform of a two-center product of exponential-type functions and its efficient evaluation". Journal of Computational Physics. 61 (2): 195–217. Bibcode:1985JCoPh..61..195G. doi:10.1016/0021-9991(85)90082-8.
• Tai, H. (1986). "Analytic evaluation of two-center molecular integrals". Physical Review A. 33 (6): 3657–3666. Bibcode:1986PhRvA..33.3657T. doi:10.1103/PhysRevA.33.3657. PMID 9897107.
• Grotendorst, J.; Weniger, E. J.; Steinborn, E. O. (1986). "Efficient evaluation of infinite-series representations for overlap, two-center nuclear attraction, and Coulomb integrals using nonlinear convergence accelerators". Physical Review A. 33 (6): 3706–3726. Bibcode:1986PhRvA..33.3706G. doi:10.1103/PhysRevA.33.3706. PMID 9897112.
• Grotendorst, J.; Steinborn, E. O. (1988). "Numerical evaluation of molecular one- and two-electron multicenter integrals with exponential-type orbitals via the Fourier-transform method". Physical Review A. 38 (8): 3857–3876. Bibcode:1988PhRvA..38.3857G. doi:10.1103/PhysRevA.38.3857. PMID 9900838.
• Bunge, C. F.; Barrientos, J. A.; Bunge, A. V. (1993). "Roothaan-Hartree-Fock Ground-State Atomic Wave Functions: Slater-Type Orbital Expansions and Expectation Values for Z=2–54". Atomic Data and Nuclear Data Tables. 53 (1): 113–162. Bibcode:1993ADNDT..53..113B. doi:10.1006/adnd.1993.1003.
• Harris, F. E. (1997). "Analytic evaluation of three-electron atomic integrals with Slater wave functions". Physical Review A. 55 (3): 1820–1831. Bibcode:1997PhRvA..55.1820H. doi:10.1103/PhysRevA.55.1820.
• Ema, I.; García de La Vega, J. M.; Miguel, B.; Dotterweich, J.; Meißner, H.; Steinborn, E. O. (1999). "Exponential-type basis functions: single- and double-zeta B function basis sets for the ground states of neutral atoms from Z=2 to Z=36". Atomic Data and Nuclear Data Tables. 72 (1): 57–99. Bibcode:1999ADNDT..72...57E. doi:10.1006/adnd.1999.0809.
• Fernández Rico, J.; Fernández, J. J.; Ema, I.; López, R.; Ramírez, G. (2001). "Four-center integrals for Gaussian and Exponential Functions". International Journal of Quantum Chemistry. 81 (1): 16–28. doi:10.1002/1097-461X(2001)81:1<16::AID-QUA5>3.0.CO;2-A.
• Guseinov, I. I.; Mamedov, B. A. (2001). "On the calculation of arbitrary multielectron molecular integrals over Slater-Type Orbitals using recurrence relations for overlap integrals: II. Two-center expansion method". International Journal of Quantum Chemistry. 81 (2): 117–125. doi:10.1002/1097-461X(2001)81:2<117::AID-QUA1>3.0.CO;2-L.
• Guseinov, I. I. (2001). "Evaluation of expansion coefficients for translation of Slater-Type orbitals using complete orthonormal sets of Exponential-Type functions". International Journal of Quantum Chemistry. 81 (2): 126–129. doi:10.1002/1097-461X(2001)81:2<126::AID-QUA2>3.0.CO;2-K.
• Guseinov, I. I.; Mamedov, B. A. (2002). "On the calculation of arbitrary multielectron molecular integrals over Slater-Type Orbitals using recurrence relations for overlap integrals: III. auxiliary functions Q¹_nn' and G^q_−nn". International Journal of Quantum Chemistry. 86 (5): 440–449. doi:10.1002/qua.10045.
• Guseinov, I. I.; Mamedov, B. A. (2002). "On the calculation of arbitrary multielectron molecular integrals over Slater-Type Orbitals using recurrence relations for overlap integrals: IV. Use of recurrence relations for basic two-center overlap and hybrid integrals". International Journal of Quantum Chemistry. 86 (5): 450–455. doi:10.1002/qua.10044.
• Özdogan, T.; Orbay, M. (2002). "Evaluation of two-center overlap and nuclear attraction integrals over Slater-type orbitals with integer and non-integer principal quantum numbers". International Journal of Quantum Chemistry. 87 (1): 15–22. doi:10.1002/qua.10052.
• Harris, F. E. (2003). "Comment on Computation of Two-Center Coulomb integrals over Slater-Type orbitals using elliptical coordinates". International Journal of Quantum Chemistry. 93 (5): 332–334. doi:10.1002/qua.10567.