УДК 543.878:539.124.6

НОВЫЕ ВОЗМОЖНЫЕ ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ В ГАЛОГЕНИДАХ ПОЗИТРОНИЯ

Прокопьев Е.П.1, Графутин В.И.1
1Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики»

Аннотация
В рамках метода Полинга рассмотрены особенности позитрониевой (бозонной) [] (1), ионной [] (2) и обычной двухэлектронной связи [] (3) в галогенидах позитрония (.- символ атома галогена). Наличие позитрониевой связи в приводит к аномалиям в характеристиках временных (ВС) и угловых спектрах (УС) аннигиляции: во ВС наблюдается долгоживущая компонента с, соответствующая широкой компоненте в УС, обусловленной аннигиляцией связанных позитронов на электронах ионов галогенов.

Ключевые слова: бозонная связь, галоген, двухэлектронная связь, ионная связь, метод Полинга, позитрониевая связь


NEW POSSIBLE TYPES OF CHEMICAL BONDS AND HER FEATURES IN POSITRONIUM HALOGENIDS

Prokopev E.P.1, Grafutin V.I.1
1Federal State Institution "State Scientific Center of the Russian Federation - Institute of Theoretical and Experimental Physics'

Abstract
Within the framework of Pauling's method the features of positronium (boson) [] (1), ionic [] (2) and usual two-electron bonds [] (3) in positronium halogenids are considered, where (X – symbol of halogen atom). Presence of positronium bond in reduces to anomalies in time spectrums (TS) and angle annihilation spectrums (AS): in TS the long time component is observed conformable to a wide component in AS stipulated annihilation of connected positrons on electrons of halogen ions.

Keywords: framework of Pauling's


Рубрика: Физика

Библиографическая ссылка на статью:
Прокопьев Е.П., Графутин В.И. Новые возможные типы химической связи и ее особенности в галогенидах позитрония // Исследования в области естественных наук. 2013. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2013/03/4377 (дата обращения: 26.01.2017).


Аннотация

В рамках метода Полинга рассмотрены особенности позитрониевой (бозонной) [] (1), ионной [] (2) и обычной двухэлектронной связи [] (3) в галогенидах позитрония (.- символ атома галогена). Наличие позитрониевой связи в приводит к аномалиям в характеристиках временных (ВС) и угловых спектрах (УС) аннигиляции: во ВС наблюдается долгоживущая компонента с, соответствующая широкой компоненте в УС, обусловленной аннигиляцией связанных позитронов на электронах ионов галогенов.

 

Abstracts

Within the framework of Pauling's method the features of positronium (boson) [] (1), ionic [] (2) and usual two-electron bonds [] (3) in positronium halogenids are considered, where (X – symbol of halogen atom). Presence of positronium bond in reduces to anomalies in time spectrums (TS) and angle annihilation spectrums (AS): in TS the long time component is observed conformable to a wide component in AS stipulated annihilation of connected positrons on electrons of halogen ions .


Исследования позитронных состояний, позитронных процессов и позитронной аннигиляции в различных веществах [1-5] показывают, что процесс аннигиляции связанных позитронов и атома позитрония в атомных и молекулярных системах играет большую роль. Особый интерес вызывают химические аспекты поведения позитронов и атома позитрония, приводящие к связанным состояниям за счет осуществления однопозитронной связи [6,7] и позитронно-электронной связи, рассматриваемой ниже (по аналогии с одноэлектронной связью в и двухэлектронной связью в [8]). Такого типа позитронсодержащие системы могут наблюдаться как в полупроводниках, так и в астрофизике черных дыр (системы со многими электронами и позитронами, http://www.erjournal.ru/journals_n/1351429142.pdf).

Известно [9-12], что в кристаллах и водных растворах солей галогенидов щелочных металлов и в газовой фазе (- символ атома галогена) возможно образование квазиатомных систем и [12], или иначе так называемых галогенидов позитрония [9-11]. Экспериментальное значение энергии связи в молекуле в отношении распада на атом позитрония и атом фтора составляет величину эВ [10], а в молекуле
эВ [11]. Теоретический расчет [13] систем по методу Хартри-Фока дает величины и эВ. Как видим, расхождение расчетных и экспериментальных величин весьма значительное. Это обусловлено вероятнее всего неучетом в хартри-фоковских расчетах ковалентных структур в (при расчетах учитывалась лишь одна ионная структура ).

    Следуя Полингу [8], рассмотрим в галогенидах позитрония следующие структуры

, ,

1            2                3

                         

В структуре 1 связь осуществляется за счет электрон-позитронной пары в синглетном (s) и триплетном (t) состояниях (электрон и позитрон в нерелятивистском приближении частицы не тождественные); в структуре 2 связь сугубо ионная (ионную структуру , то есть , не учитываем по сравнению со структурой (, как менее вероятную). Считаем, что в структуре 3 реализуется обычная двухэлектронная связь, свойственная, например, молекуле водорода.

Итак, галогениды позитрония можно рассматривать как молекулы , содержащие ординарные связи между двумя неодинаковыми атомами. При этом полная волновая функция, согласно (1), записывается в виде

             (2)

Для расчета и можно использовать квазиадиабатический метод Шмелева [14], в то время как рассчитывается по методу Хартри-Фока [13]. Наилучшими значениями и являются такие, при которых энергия связи максимальна, причем отношения и в общем случае не равны друг другу. Поэтому энергия связи между и больше (или равна) энергии ковалентной связи между этими атомами. Эта добавочная энергия обусловлена ионным характером связи и является дополнительной ионной резонансной энергией. Согласно Полингу [8], энергия связи (в эВ) определяется уравнением

(3)

Здесь - энергия связи молекулы позитрония ( эВ [15]); - энергия связи молекулы галогена; - электроотрицательность атома галогена [8], а - электроотрицательность атома позитрония, определяемую следующим образом

эВ = 3,44·102 кДж/моль.

Здесь эВ - энергия связи атома позитрония, эВ [16] - сродство к электрону атома позитрония. Таким образом, стандартная электроотрицательность атома позитрония, в единицах электроотрицательности атома лития = 1,19.

Используя данные Полинга [8], данные справочника [17], рассчитали разности электроотрицательностей атома позитрония и атомов галогенов (в единицах электроотрицательностей атома лития [17]) для случая структур 2 и 3




С этими значениями и значениями=0,948 эВ и из [8] по формуле (3) рассчитали полные энергии связи с учетом структур 2 и 3: эВ; эВ; эВ; эВ. Здесь первые цифры в сумме относятся к значениям энергий для ковалентной составляющей структуры 3, а вторые - характеризуют значения энергий ионных составляющих структур 2.

    Далее, согласно Полингу [8], по значениям определили степени ионности связи в галогенидах позитрония, характеризуемых структурами 2 и 3:



    Для того, чтобы учесть вклад структуры 1 , необходимо ввести понятие "электроотрицательности" в отношении присоединения атомами в галогениде позитрония электронно-позитронной пары, определяемую по формуле

, (4)

где - первый потенциал ионизации атома галогена, - сродство к позитрону атома галогена, определяемое по методу потенциала нулевого радиуса [18]: = 0,10 эВ. С этим значением и значением из [17] по формуле (4) вычислили эВ; эВ; эВ; эВ. При этом разности "электроотрицательностей" в отношении присоединения атомами электронно-позитронной пары (атома позитрония) оказались равными:


С этими значениями по формуле (3) вычислили полные энергии связи в галогенидах позитрония с учетом структур 1 и 2:

эВ; эВ; эВ; эВ.

По методу Полинга [8] по значениям определили также степени ионности связи в, характеризуемых структурами 1 и 2: Сопоставление рассчитанных выше значений и экспериментальных значений [10,11] говорит в пользу химической связи в галогенидах позитрония, осуществляемой бозонной парой e-e+ (S = 0,1) в структуре 1 и ионной составляющей структуры 2, хотя вклад структуры 3 также, по-видимому, возможен.

    Рассчитаем аннигиляционные характеристики исходя из волновой функции вида (2), учитывающей вклады структур 1 и 2. Нетрудно видеть, согласно стандартным методам [1-5], что полная вероятность двухквантовой аннигиляции для синглетного состояния в галогенидах позитрония с учетом структур 1 и 2 определяется формулой

, (5)

где - вероятность двухквантовой аннигиляции синглетного состояния атома позитрония, а - вероятность двухквантовой аннигиляции связанного позитрона на внешних - электронах в квазиатомной системе [19]. Нетрудно убедиться, что полная вероятность двухквантовой аннигиляции триплетного состояния дается выражением

(6)

Значения коэффициентов и , характеризующих вклады структур 1 и 2, могут быть оценены по формулам


(7)

Используя полученные выше величины, входящие в формулы (7), и значения из [19] по формулам (5) и (6) вычислили значения величин и в галогенидах позитрония , а также соответствующие времена жизни и . Для нашли ; ; ; .Для; ; ;.Для; ; ; . Для : ; ; ; .

    Из этих данных следует, что для времена жизнии входят в короткоживущую компоненту в экспериментальных временных спектрах [9-13]. Для
входит в компоненту, а может вносить уже вклад в долгоживущую компоненту. Для случаев и ситуация ясна: расчетные компоненты относятся к компоненте, а компоненты соответствуют долгоживущим компонентам во временных спектрах аннигиляции [9-12,20]. Таким образом, в экспериментальных временных спектрах аннигиляции галогенидов щелочных металлов должна наблюдаться долгоживущая с компонента, обязанная аннигиляции связанных позитронов на валентных электронах ионов и . Экспериментальные данные [9-12,20] по временным спектрам и угловым распределениям аннигиляционных фотонов (угловые спектры) подтверждают этот вывод наших расчетов, а, следовательно, наличие вклада структур 1 и 2 в галогенидах позитрония. Наличие вклада структур 2 и 3 в галогенидах позитрония наблюдать очень трудно, так как в этом случае времена жизни входят полностью в экспериментальную компоненту, имеющую очень сложный характер и практически неразрешимую на компоненты.

    Особенности однопозитронной и позитрониевой химической связи между атомами и молекулами вещества предполагается рассмотреть в отдельном сообщении. Это прежде всего квазимолекулярные системы типа
и т.д. Рассмотрение этих систем целесообразно проводить или методом МО ЛКАО или методами, развитыми Полингом [8].


Библиографический список
  1. Гольданский В.И. Физическая химия позитрона и позитрония. М.: Наука, 1968. 268 с.
  2. Арифов У.А., Арифов П.У. Физика медленных позитронов. Ташкент: ФАН, 1971. 244 с.
  3. Воробьев С.А. Прохождение бета частиц через кристаллы. М.: Атомиздат, 1975. 144 с.
  4. Арефьев К.П., Воробьев С.А., Прокопьев Е.П. Позитроника в радиационном материаловедении ионных структур и полупроводников. М.: Энергоатомиздат, 1983. 88 с.
  5. Прокопьев Е.П. Введение в теорию позитронных процессов в полупроводниках и ионных кристаллах. М., 1979. 384 с. - Деп. в ЦНИИ "Электроника". Р-2837.
  6. Гольданский В.И., Прокопьев Е.П. // Физика твердого тела. 1971. Т.13. Вып.10. С.2955-2964.
  7. Прокопьев Е.П. // Оптика и спектроскопия. 1974. Т.36. Вып.2. С.361-367.
  8. Паулинг Л. (Полинг). Природа химической связи. М.-Л.: Госхимиздат, 1947. 440 с.
  9. Goldanskii V.I., Shantarovich V.P. // Appl. Phys. 1974. V.3. №2. P.335-345.
  10. Tao S.J., Green J.W. // J. Phys. Chem. 1969. V.73. №2. P.935-942.
  11. Tao S.J. // Phys. Rev. Letters. 1965. V.14. №3. P. 935-942.
  12. Mogensen O.E., Shantarovich V.P. // Chem. Phys. 1974. V.6. №1. P. 100-108.
  13. Cade P.E., Farazdel A. // J. Chem. Phys. 1977. V.66. №6. P.2598-2611; 1977. V.66. №6. P.2612-2620.
  14. Шмелев В.П. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1959. Т.37. Вып.2. С.458-466.
  15. Sharma R.R. // Phys. Rev. 1968. V.171. №1. P.36-42.
  16. Ferrante G. // Phys. Rev. 1968. V.171. №1. P.76-80.
  17. Барон Н.М., Пономарева А.М., Равдель А.А., Тимофееева З.Н. Краткий справочник физико-химических величин. Л.: Химия. Ленинградское отделение, 1983. 241 с.
  18. Прокопьев Е.П. Исследование аннигиляции позитронов на нейтральных атомах. М, 1984. - Деп. в ЦНИИ "Электроника". Р-3973.
  19. Прокопьев Е.П., Шантарович В.П., Тарасов В.Д., Фокина Л.А., Кобрин Б.В. // Химия высоких энергий. 1995. Т.29. №1. С.66-69.
  20. Графутин В.И., Илюхина О.В., Мясищева Г.Г., Прокопьев Е.П., Фирсов В.Г., Фунтиков Ю.В. // Химия высоких энергий. 2000. Т.34. №6. С.460-466.
  21. Графутин В.И., Прокопьев Е.П., Фирсов В.Г., Мясищева Г.Г., Фунтиков Ю.В., Илюхина О.В. Новые типы химической связи и ее особенности в галогенидах позитрония: Препринт ИТЭФ-19-01. ИТЭФ. Москва, 2001, с.3-11.

 



Все статьи автора «Прокопьев Евгений Петрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: