TEMA BROJA - DECENIJA „PLANETE“

Pripremio: Miomir Tom

Akademik Miljenko Perić, Fakultet za fizičku hemiju, Beograd

Pohvale profesora Kurla

Od šezdesetih godina pa do kraja prošlog veka dominantna linija u kvantnoj hemiji bila je ona zasnovana na ab initio računanjima uz korišćenje programskih paketa kontinuirano rastućeg stepena sofistikacije (zaključno sa Gaussian , MOLPRO , TURBOMOLE i sl.). Ab initio metode baziraju se isključivo na osnovnim principima kvantne mehanike, tj. ne pretpostavljaju nikakva apriorna znanja o molekulu koji se tretira (osim onih elementarnih, naime o broju elektrona i broju i vrsti jezgara koji ga konstituišu), niti aposteriorne informacije kao most ka tumačenje i predikciji odgovarajućih eksperimentalnih rezultata. Praktično izvođenje ab initio postupka vrši se, međutim, uz niz aproksimacija (Born–Openhajmerova (M. Born, R. Oppenheimer , 1927), nerelativistička, Hartri–Fokova ( D. R. Hartree, 1928; W. Fock, 1930), MOLCAO (molekulske orbitale kao linearne kombinacije atomskih orbitala),...) čija je svrha redukcija obima računa na prihvatljivu meru, a cena ograničena tačnost rezultata. Za razliku od onih koje se primenjuju u semiempirijskim metodama, ove su aproksimacije fizički opravdane i mogu se, ako je njihova realističnost u konkretnoj situaciji sumnjiva, izostaviti. Nadgradnja Hartri–Fokove aproksimacije metodama interakcije konfiguracija ( CI ), Möller–Plesset a, Coupled-Cluster , CEPA , ..., uz korišenje sve moćnijih računara, dovela je do dramatične redukcije grešaka računa, ali se ab initio metode i dalje koriste za tretiranje relativno malih molekula.

Glavni pravac u kvantnoj hemiji poslednjih godina (čak poslednjih decenija) predstavlja ono što bi se moglo nazvati „kompjutacionom“ (kvantnom) hemijom. Na ovaj način tretiraju se veliki molekuli - od onih interesantnih za organsku hemiju do biološki važnih. Pri tome se koriste džinovski komercijalni programski paketi, često kao „crne kutije“. Najpoznatiji među njima je Gaussian . Sačinio ga je veliki broj vrhunskih kvantnih hemičara pod rukovodstvom J. A. Popla ( J. A. Pople ), kome je za ovaj pothvat dodeljena Nobelova nagrada (1998). U Gaussian su ugrađene sve moguće ab initio metode, ali većina korisnika služi se metodom „funkcionala gustine“. Osnovna ideja metode zasnovana je na dokazu teoreme da je energija molekula jednoznačna funkcija njegove elektronske gustine ( P. Hohenberg , W. Kohn , 1964), te da nije neophodno imati kao intermedijarnu veličinu neobično složenu talasnu funkciju. Problem je što se ne zna kako izgleda egzaktan funkcional, niti kakav oblik ima elektronska gustina. Stoga se u praktičnoj primeni ova metode na nekoliko mesta udaljava od čiste ab initio filozofije i počinje da ozbiljno podseća na semiempirijske postupke ( W. Kohn , J. Sham , 1965; A. D. Becke , 1993).

Kvantnom hemijom sam počeo da se bavim u njenoj ab initio varijanti, sredinom sedamdesetih godina prošlog veka. Tada su se računali mali (najčešće dvoatomski i troatomski) molekuli i to, uglavnom, njihova ravnotežna struktura, „vertikalni elektronski spektri“ i potencijalske krive. Krajem sedamdesetih proširio sam oblast rada na istraživanje neadijabatskih (izbegnuta presecanja potencijalskih površi, prvenstveno pobuđenih elektronskih stanja valentnog i ridbergovskog karaktera, vibronska interakcija u troatomskim molekulima, tzv. Rener–Telerov efekat ( R. Renner , 1934)) i relativističkih (spin–orbitna i magnetna hiperfina sprega) efekata. Zatim se usmerio ka složenijim sistemima, počev od istraživanja vibronske interakcije, kombinovane s relativističkim efektima, u četvoroatomskim molekulima (pri čemu sam modifikovao i uopštio ideju Petelina i Kiseljeva ( A. N. Petelin , A. A. Kiselev , 1972)), da bi kasnije razvio jednostavne postupke za ab initio proučavanje Renner–Telerovog efekta u petoatomskim i šestoatomskim molekulima, i konačno u linearnim molekulima sa proizvoljnim brojem jezgara.

Svojim najznačajnijim rezultatima smatram niz radova posvećenih tumačenju i predikciji neobično kompleksnih spektara (tri uzajamno interagujuća elektronska stanja, kombinovana sa efektima anharmoničnosti, uzajamne sprege vibracionih modova, spin-orbitnom i hiperfinom spregom) molekula C 2 H. Ovi radovi izazvali su pohvalne reakcije drugih autora, posebno prof. Kurla ( R.F. Curl ), kasnije dobitnika Nobelove nagrade (1996).

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja