КВА́НТОВАЯ ХИ́МИЯ

КВА́НТОВАЯ ХИ́МИЯ, раз­дел тео­ре­тич. хи­мии, в ко­то­ром строе­ние и свой­ст­ва хи­мич. со­еди­не­ний, их взаи­мо­дей­ст­вия и пре­вра­ще­ния в хи­мич. ре­ак­ци­ях рас­смат­ри­ва­ют­ся на ос­но­ве пред­став­ле­ний и ме­то­дов кван­то­вой ме­ха­ни­ки, а так­же ме­то­дов, раз­ра­бо­тан­ных на ос­но­ве этих пред­став­ле­ний. К. х. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет так­же экс­пе­ри­мен­таль­но ус­та­нов­лен­ные за­ко­но­мер­но­сти в свой­ст­вах и по­ве­де­нии хи­мич. со­еди­не­ний, в т. ч. за­ко­но­мер­но­сти клас­сич. тео­рии хи­мич. строе­ния. К. х. по­зво­ля­ет ус­та­но­вить элек­трон­ную струк­ту­ру мо­ле­ку­ляр­ных сис­тем (пре­ж­де все­го, рас­пре­де­ле­ние элек­трон­ной плот­но­сти и его из­ме­не­ние во вре­ме­ни), рав­но­вес­ные свой­ст­ва, та­кие как гео­мет­рич. строе­ние, энер­гия дис­со­циа­ции, по­тен­ци­а­лы ио­ни­за­ции и срод­ст­во к элек­тро­ну и мн. дру­гие. На ос­но­ве энер­ге­тич. свойств совм. с ме­то­да­ми ста­ти­стич. тер­мо­ди­на­ми­ки К. х. да­ёт воз­мож­ность рас­счи­тать тер­мо­ди­на­мич. свой­ст­ва ве­ществ в га­зо­вой фа­зе, учесть из­ме­не­ние свойств ато­мов и мо­ле­кул при воз­дей­ст­вии внеш­них по­лей и оце­нить наи­бо­лее ве­ро­ят­ные ре­зуль­та­ты хи­мич. пре­вра­ще­ний.

Историческая справка

На­ча­ло К. х. по­ло­жи­ли ра­бо­ты ря­да ис­сле­до­ва­те­лей, вы­пол­нен­ные в пе­ри­од ста­нов­ле­ния кван­то­вой ме­ха­ни­ки. В. Гей­зен­берг (1926) про­вёл кван­то­во­ме­ха­нич. рас­чёт ос­нов­но­го со­стоя­ния ато­ма ге­лия. В. Гайт­лер и Ф. Лон­дон (1927) да­ли кван­то­во­ме­ха­нич. ин­тер­пре­та­цию ко­ва­лент­ной свя­зи на при­ме­ре мо­ле­ку­лы во­до­ро­да; этот под­ход был раз­вит Дж. Слэ­те­ром (1931) и Л. По­лин­гом (1931) в ви­де ме­то­да ва­лент­ных схем (ва­лент­ных свя­зей ме­то­да). В этот же пе­ри­од Ф. Хунд (1927–28), Р. Мал­ли­кен (1927–28), Дж. Лен­нард-Джонс (1929) и Э. Хюк­кель (1930) за­ло­жи­ли ос­но­вы мо­ле­ку­ляр­ных ор­би­та­лей ме­то­да. Од­но­вре­мен­но поя­ви­лись ос­но­во­по­ла­гаю­щие ра­бо­ты Д. Хар­три (1927), Дж. Слэ­те­ра (1930) и В. А. Фо­ка (1930) по ис­поль­зо­ва­нию кон­цеп­ции мо­ле­ку­ляр­ных ор­би­та­лей для кван­то­во­хи­мич. рас­чё­тов мо­ле­кул – т. н. ме­тод са­мо­со­гла­со­ван­но­го по­ля (ме­тод Хар­три – Фо­ка), а так­же ра­бо­ты Дж. Слэ­те­ра (1929–1930) по учё­ту кон­фи­гу­ра­ци­он­но­го взаи­мо­дей­ст­вия. По­сле­дую­щее раз­ви­тие К. х. бы­ло свя­за­но с име­на­ми мн. вы­даю­щих­ся учё­ных, в т. ч. лау­реа­тов Но­бе­лев­ской пр. Л. По­лин­га, Р. Хоф­ма­на, К. Фу­куи, Дж. По­пла, У. Ко­на.

Современное состояние

Для по­лу­че­ния ко­ли­че­ст­вен­ных дан­ных о свой­ст­вах и пре­вра­ще­ни­ях хи­мич. со­еди­не­ний ис­поль­зу­ет­ся ши­ро­кий спектр ме­то­дов К. х., по­лу­чив­ших мощ­ный им­пульс для сво­его раз­ви­тия бла­го­да­ря раз­ви­тию вы­чис­лит. тех­ни­ки и од­но­вре­мен­но са­мих спо­соб­ст­во­вав­ших её бы­ст­ро­му со­вер­шен­ст­во­ва­нию.

Ос­нов­ное урав­не­ние, оп­ре­де­ляю­щее кван­то­вое со­стоя­ние ато­мов, мо­ле­кул и бо­лее слож­ных сис­тем,– вре­меннóе Шрёдин­ге­ра урав­не­ние, ре­ше­ни­ем ко­то­ро­го при за­дан­ных на­чаль­ных ус­ло­ви­ях яв­ля­ет­ся функ­ция со­стоя­ния сис­те­мы, или вол­но­вая функ­ция; зна­ние вол­но­вой функ­ции да­ёт воз­мож­ность рас­счи­тать все ха­рак­те­ри­сти­ки та­ких сис­тем в лю­бой мо­мент вре­ме­ни. Боль­шин­ст­во за­дач К. х. и по сей день свя­за­но, од­на­ко, с рас­смот­ре­ни­ем ста­цио­нар­ных со­стоя­ний, т. е. со­стоя­ний, энер­гия ко­то­рых и др. фи­зич. и фи­зи­ко-хи­мич. свой­ст­ва не за­ви­сят от вре­ме­ни. В этом слу­чае ос­нов­ным урав­не­ни­ем ста­но­вит­ся ста­цио­нар­ное урав­не­ние Шрё­дин­ге­ра, а ком­би­на­ции его ре­ше­ний, как пра­ви­ло, ис­поль­зу­ют­ся и для на­хо­ж­де­ния вол­но­вых функ­ций со­стоя­ний, яв­но за­ви­ся­щих от вре­ме­ни. И ста­цио­нар­ное, и вре­меннóе урав­не­ния Шрё­дин­ге­ра в об­щем слу­чае за­ви­сят не толь­ко от про­стран­ст­вен­ных пе­ре­мен­ных, но и от спи­нов со­став­ляю­щих сис­те­му час­тиц.

По­сколь­ку по­дав­ляю­щее боль­шин­ст­во за­дач К. х. ана­ли­ти­че­ски точ­но не ре­ша­ют­ся, ис­поль­зу­ют разл. при­бли­жён­ные под­хо­ды, ба­зи­рую­щие­ся на ва­риа­ци­он­ном ме­то­де и разл. ва­ри­ан­тах тео­рии воз­му­ще­ний. Ес­ли при этом в ка­че­ст­ве ис­ход­ной ин­фор­ма­ции о мо­ле­ку­ляр­ной сис­те­ме ис­поль­зу­ют толь­ко дан­ные о чис­ле элек­тро­нов и ядер в сис­те­ме, их за­ря­дах и мас­сах, то име­ют де­ло с не­эм­пи­ри­че­ски­ми ме­то­да­ми, ес­ли же ис­поль­зу­ет­ся и до­пол­нит. ин­фор­ма­ция, ба­зи­рую­щая­ся на срав­не­нии ре­зуль­та­тов рас­чё­тов с экс­пе­рим. дан­ны­ми, то ме­то­ды при­об­ре­та­ют ха­рак­тер по­лу­эм­пи­ри­че­ских.

Для мо­ле­кул и мо­ле­ку­ляр­ных ио­нов ис­ход­ным, как пра­ви­ло, яв­ля­ет­ся адиа­ба­ти­че­ское при­бли­же­ние: пред­по­ла­гая, что центр масс мо­ле­ку­лы по­ко­ит­ся, сна­ча­ла рас­смат­ри­ва­ют кван­то­вые со­стоя­ния под­сис­те­мы элек­тро­нов, на­хо­дя­щих­ся в по­тен­ци­аль­ном по­ле фик­си­ро­ван­ных в про­стран­ст­ве ядер, а за­тем ре­ша­ют за­да­чу о по­ве­де­нии ядер в по­ле элек­тро­нов, ус­ред­нён­ном по всем про­стран­ст­вен­ным их рас­по­ло­же­ни­ям. Ис­ход­ной пред­по­сыл­кой для вве­де­ния та­ко­го при­бли­же­ния по­слу­жи­ло су­ще­ст­вен­ное раз­ли­чие масс ядер и элек­тро­нов, ко­гда в рам­ках пред­став­ле­ний клас­сич. тео­рии ско­ро­сти дви­же­ния ядер и элек­тро­нов от­ли­ча­ют­ся друг от дру­га в де­сят­ки и сот­ни раз. Урав­не­ние Шрё­дин­ге­ра для под­сис­те­мы элек­тро­нов (элек­трон­ное урав­не­ние) и его ре­ше­ния (элек­трон­ные вол­но­вые функ­ции и зна­че­ния элек­трон­ной энер­гии) па­ра­мет­ри­че­ски за­ви­сят от ко­ор­ди­нат ядер, то­гда как в урав­не­нии Шрё­дин­ге­ра для ядер в ка­че­ст­ве по­тен­циа­ла фи­гу­ри­ру­ет элек­трон­ная энер­гия.

В наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ном под­хо­де сле­дую­щим ша­гом яв­ля­ет­ся вве­де­ние од­но­элек­трон­но­го при­бли­же­ния, со­глас­но ко­то­ро­му кван­то­вое со­стоя­ние ка­ж­до­го элек­тро­на в элек­трон­ной под­сис­те­ме оп­ре­де­ля­ет­ся отд. вол­но­вой функ­ци­ей (спин-ор­би­та­лью), за­ви­ся­щей от про­стран­ст­вен­ных пе­ре­мен­ных и спи­на элек­тро­на, а так­же па­ра­мет­ри­че­ски – от пе­ре­мен­ных ядер. По­сколь­ку со­глас­но прин­ци­пу Пау­ли вол­но­вая функ­ция для под­сис­те­мы элек­тро­нов долж­на быть ан­ти­сим­мет­рич­ной по от­но­ше­нию к пе­ре­ста­нов­кам ин­дек­сов элек­тро­нов, элек­т­рон­ная вол­но­вая функ­ция в этом при­бли­же­нии мо­жет быть за­пи­са­на в ви­де оп­ре­де­ли­те­ля, со­став­лен­но­го из спин-ор­би­та­лей, – т. н. нор­ми­ро­ван­но­го оп­ре­де­ли­те­ля (или де­тер­ми­нан­та Слэ­те­ра). Спин-ор­би­та­ли на­хо­дят на ос­но­ве ва­риа­ци­он­но­го прин­ци­па, ко­то­рый при­во­дит к ре­ше­нию сис­те­мы взаи­мо­свя­зан­ных од­но­элек­трон­ных урав­не­ний, при­чём со­стоя­ние ка­ж­до­го элек­тро­на оп­ре­де­ля­ет­ся ус­ред­нён­ным по­лем всех ос­таль­ных элек­тро­нов. Эти урав­не­ния но­сят назв. урав­не­ний Хар­три – Фо­ка (или урав­не­ний са­мо­со­гла­со­ван­но­го по­ля). Даль­ней­шие уп­ро­ще­ния сво­дят­ся под­час к за­ме­не от­дель­ных вхо­дя­щих в рас­чёт ве­ли­чин чис­лен­ны­ми зна­че­ния­ми, за­им­ст­вуе­мы­ми из срав­не­ния ре­зуль­та­тов рас­чё­тов с экс­пе­рим. дан­ны­ми, т. е. пе­ре­хо­дят к по­лу­эм­пи­рич. ме­то­дам.

В то же вре­мя ре­ше­ния урав­не­ний Хар­три – Фо­ка ис­поль­зу­ют­ся и для по­строе­ния бо­лее точ­ных при­бли­же­ний, по­треб­ность в ко­то­рых свя­за­на с тем, что кван­то­вое со­стоя­ние всей сис­те­мы элек­тро­нов оп­ре­де­ля­ет­ся ка­ж­дой кон­крет­ной кон­фи­гу­ра­ци­ей их про­стран­ст­вен­но­го рас­по­ло­же­ния, а не со­стоя­ния­ми элек­т­ро­нов в ус­ред­нён­ном по­ле ос­таль­ных. Ку­ло­нов­ское от­тал­ки­ва­ние элек­тро­нов друг от дру­га на ма­лых рас­стоя­ни­ях ме­ж­ду ни­ми не учи­ты­ва­ет­ся ус­ред­нён­ным по­лем. Дру­ги­ми сло­ва­ми, в рам­ках од­но­элек­трон­но­го при­бли­же­ния не учи­ты­ва­ет­ся элек­трон­ная кор­ре­ля­ция вза­им­но­го рас­по­ло­же­ния элек­тро­нов в про­стран­ст­ве. Для учё­та элек­трон­ной кор­ре­ля­ции раз­ра­бо­тан ряд ме­то­дов, из ко­то­рых наи­бо­лее про­стой – ме­тод кон­фи­гу­ра­ци­он­но­го взаи­мо­дей­ст­вия: в ис­ход­ном оп­ре­де­ли­те­ле Слэ­те­ра по­сле­до­ва­тель­но про­во­дят за­ме­ну од­ной, двух и т. д. ор­би­та­лей на ор­би­та­ли, не во­шед­шие в ис­ход­ный оп­ре­де­ли­тель, но по­лу­чен­ные при ре­ше­нии урав­не­ний Хар­три – Фо­ка, и по­лу­ча­ют функ­ции, от­ве­чаю­щие оп­ре­де­лён­ным за­пол­не­ни­ям ор­би­та­лей или элек­трон­ным кон­фи­гу­ра­ци­ям. Да­лее при не­об­хо­ди­мо­сти эти функ­ции пре­об­ра­зу­ют в функ­ции, соб­ст­вен­ные для опе­ра­то­ров спи­на и имею­щие ту или иную сим­мет­рию (т. н. кон­фи­гу­ра­ци­он­ные функ­ции со­стоя­ния), по­сле че­го со­став­ля­ют их ли­ней­ную ком­би­на­цию и на ос­но­ве ва­риа­ци­он­но­го прин­ци­па на­хо­дят наи­луч­шие ко­эф­фи­ци­ен­ты пе­ред эти­ми функ­ция­ми. Бо­лее слож­ный ва­ри­ант ме­то­да кон­фи­гу­ра­ци­он­но­го взаи­мо­дей­ст­вия, в ко­то­ром как ко­эф­фи­ци­ен­ты ли­ней­ной ком­би­на­ции, так и са­ми ор­би­та­ли на­хо­дят на ос­но­ве ва­риа­ци­он­но­го прин­ци­па, но­сит назв. мно­го­кон­фи­гу­ра­ци­он­но­го ме­то­да са­мо­со­гла­со­ван­но­го по­ля.

На­бор кон­фи­гу­ра­ци­он­ных функ­ций со­стоя­ния мо­жет быть ис­поль­зо­ван и в рам­ках разл. ва­ри­ан­тов тео­рии воз­му­ще­ний. В ча­ст­но­сти, наи­бо­лее ши­ро­ко при­ме­ни­мы тео­рия воз­му­ще­ний Мёл­ле­ра – Плес­се­та, в ко­то­рой в ка­че­ст­ве опе­ра­то­ра Га­миль­то­на «не­воз­му­щён­ной» за­да­чи фи­гу­ри­ру­ет сум­ма од­но­элек­трон­ных опе­ра­то­ров урав­не­ний Хар­три – Фо­ка, и тео­рия свя­зан­ных кла­сте­ров, в ко­то­рой ис­поль­зу­ет­ся не­ко­то­рая тех­ни­ка объ­е­ди­не­ния оп­ре­де­ли­те­лей Слэ­те­ра в груп­пы – кла­сте­ры.

Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли различные ва­ри­ан­ты ме­то­да функ­цио­на­ла плот­но­сти, на­чаль­ные ва­ри­ан­ты ко­то­ро­го бы­ли ос­но­ва­ны на тео­ре­ме Хо­эн­бер­га – Ко­на, со­глас­но ко­то­рой для ос­нов­но­го со­стоя­ния элек­трон­ная энер­гия яв­ля­ет­ся функ­цио­на­лом толь­ко элек­т­рон­ной плот­но­сти. Од­на­ко точ­ный вид это­го функ­цио­на­ла не­из­вес­тен, по­это­му бы­ли пред­ло­же­ны мно­го­числ. при­бли­жён­ные вы­ра­же­ния, ко­то­рые за­ме­ня­ют функ­цио­на­лы, за­ви­ся­щие от функ­ций двух элек­тро­нов, в вы­ра­же­нии для энер­гии мно­го­элек­трон­ной сис­те­мы на функ­цио­на­лы элек­трон­ной плот­но­сти и её про­из­вод­ных по про­стран­ст­вен­ным пе­ре­мен­ным, что по­зво­ли­ло учесть и кор­ре­ля­ци­он­ную со­став­ляю­щую пол­ной элек­трон­ной энер­гии. По­лу­чаю­щие­ся при этом урав­не­ния дос­та­точ­но про­сты по сво­ей струк­ту­ре, что да­ло воз­мож­ность, с од­ной сто­ро­ны, иметь дос­та­точ­но точ­ные ре­зуль­та­ты, а с дру­гой – рас­про­стра­нить воз­мож­но­сти рас­чё­тов на мно­го­атом­ные мо­ле­ку­лы, вклю­чаю­щие сот­ни и ты­ся­чи ато­мов.

Во всех рас­смот­рен­ных вы­ше при­бли­же­ни­ях од­но­элек­трон­ные функ­ции за­пи­сы­ва­ют­ся в ви­де раз­ло­же­ний по не­ко­то­рым ко­неч­ным на­бо­рам за­ра­нее за­дан­ных функ­ций (ба­зис­ных функ­ций). Оп­ре­де­ле­нию при этом под­ле­жат ко­эф­фи­ци­ен­ты пе­ред ба­зис­ны­ми функ­ция­ми в та­ких раз­ло­же­ни­ях.

Элек­трон­ная энер­гия как функ­ция про­стран­ст­вен­ных пе­ре­мен­ных ядер фи­гу­ри­ру­ет в ка­че­ст­ве по­тен­циа­ла в ядер­ном урав­не­нии Шрё­дин­ге­ра, т. е. урав­не­нии, оп­ре­де­ляю­щем воз­мож­ные кван­то­вые со­стоя­ния ядер мо­ле­ку­ляр­ной сис­те­мы. Гео­мет­ри­че­ски эта функ­ция мо­жет быть пред­став­ле­на мно­го­мер­ной по­верх­но­стью, на­зы­вае­мой по­верх­но­стью по­тен­ци­аль­ной энер­гии (или по­тен­ци­аль­ной по­верх­но­стью). Как пра­ви­ло, та­кую по­верх­ность или её отд. се­че­ния по тем или иным пе­ре­мен­ным при­бли­жён­но пред­став­ля­ют в ана­ли­тич. ви­де. По­сле от­де­ле­ния со­став­ляю­щей вол­но­вой функ­ции, от­ве­чаю­щей вра­ще­нию сис­те­мы ядер как це­ло­го, ре­ша­ют ядер­ное вол­но­вое урав­не­ние, за­ви­ся­щее от от­но­си­тель­ных пе­ре­мен­ных ядер или от сме­ще­ний ядер от­но­си­тель­но друг дру­га. По этой при­чи­не по­лу­чае­мые ре­ше­ния обыч­но на­зы­ва­ют ко­ле­ба­тель­ны­ми вол­но­вы­ми функ­ция­ми и ко­ле­ба­тель­ны­ми уров­ня­ми энер­гии.

Возможности и перспективы развития

Ана­лиз элек­трон­но­го строе­ния мо­ле­кул (рас­пре­де­ле­ния элек­трон­ной плот­но­сти, осо­бен­но­стей элек­трон­ных вол­но­вых функ­ций и др.) по­зво­лил объ­яс­нить раз­ли­чие ти­пов хи­мич. свя­зей, осо­бен­но­сти этих свя­зей и воз­мож­но­сти су­ще­ст­во­ва­ния та­ких, напр., со­еди­не­ний, как фер­ро­цен и фул­ле­рен (пред­ска­зан­ный до его син­те­за на ос­но­ве кван­то­во­хи­мич. под­хо­да), су­ще­ст­во­ва­ние со­еди­не­ний с ги­пер­ва­лент­ны­ми ато­ма­ми, в ко­то­рых, напр., атом уг­ле­ро­да со­еди­нён с пя­тью или ше­стью ато­ма­ми бо­ра, и т. п. Вве­дён­ные на на­чаль­ных эта­пах раз­ви­тия К. х. по­ня­тия – гиб­ри­ди­за­ция атом­ных ор­би­та­лей, трёх- и мно­го­цен­тро­вые свя­зи, по­ряд­ки свя­зей, ин­дек­сы ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­сти и мн. дру­гие – ста­ли об­ще­при­ня­ты­ми по­ня­тия­ми хи­мии. В 1960-е гг. был сфор­му­ли­ро­ван и раз­ра­бо­тан прин­цип со­хра­не­ния ор­би­таль­ной сим­мет­рии в хи­мич. ре­ак­ци­ях (см. Вуд­вор­да – Хоф­ма­на пра­ви­ла).

Раз­ви­тие вы­чис­ли­тель­ной К. х. по­зво­ли­ло рас­счи­ты­вать с вы­со­кой точ­но­стью та­кие важ­ные ха­рак­те­ри­сти­ки мо­ле­кул, как рав­но­вес­ные межъ­я­дер­ные рас­стоя­ния и ва­лент­ные уг­лы не толь­ко в ос­нов­ном, но и в воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ни­ях, энер­ге­тич. барь­е­ры внутр. вра­ще­ния и барь­е­ры пе­ре­хо­да ме­ж­ду разл. кон­фор­ма­ция­ми, энер­гии ак­ти­ва­ции эле­мен­тар­ных ста­дий хи­мич. ре­ак­ций, ве­ро­ят­но­сти кван­то­вых пе­ре­хо­дов при разл. воз­дей­ст­ви­ях на сис­те­му и мн. дру­гие. К. х. по­зво­ля­ет вы­яс­нять, в ка­ких слу­ча­ях не­при­ме­ни­мо адиа­ба­ти­че­ское при­бли­же­ние (см., напр., Яна – Тел­ле­ра эф­фект), как свя­за­ны элек­трич. и маг­нит­ные свой­ст­ва ве­ществ со строе­ни­ем их мо­ле­кул (что спо­соб­ст­во­ва­ло ак­тив­но­му вне­дре­нию маг­нит­но-ре­зо­нанс­ных ме­то­дов в хи­мич. ис­сле­до­ва­ния), как мож­но на­прав­лен­но ме­нять ка­та­ли­тич. свой­ст­ва ве­ществ и т. д. В свя­зи с раз­ви­ти­ем на­но­хи­мии и на­но­тех­но­ло­гий осо­бую роль при­об­ре­ли дан­ные, по­лу­чае­мые при кван­то­во­хи­мич. рас­чё­тах на­нок­ла­сте­ров, на­нот­ру­бок и кван­то­вых то­чек.

Кван­то­во­хи­мич. рас­чё­ты по­тен­ци­аль­ных по­верх­но­стей соз­да­ли ос­но­ву для ре­ше­ния про­блем, свя­зан­ных с ана­ли­зом ди­на­ми­ки ядер при взаи­мо­дей­ст­вии с внеш­ни­ми по­ля­ми и при хи­мич. пре­вра­ще­ни­ях. Со­вме­ст­но с дан­ны­ми фем­то­се­кунд­ной спек­тро­ско­пии ста­ло воз­мож­ным рас­смат­ри­вать на ко­ли­че­ст­вен­ном уров­не из­ме­не­ния во вре­ме­ни (ре­лак­са­цию) кван­то­вых со­стоя­ний мо­ле­ку­ляр­ных сис­тем по­сле их воз­бу­ж­де­ния, при уп­ру­гих и не­уп­ру­гих столк­но­ве­ни­ях с др. ато­ма­ми или мо­ле­ку­ла­ми. Про­дол­жа­ет со­хра­нять ак­ту­аль­ность рас­смот­ре­ние взаи­мо­дей­ст­вия мо­ле­кул с ла­зер­ным из­лу­че­ни­ем и их на­прав­лен­ные пре­вра­ще­ния под влия­ни­ем та­ко­го из­лу­че­ния.

К. х. иг­ра­ет оп­ре­де­ляю­щую тео­ре­тич. роль при изу­че­нии взаи­мо­дей­ст­вия мо­ле­кул со сре­дой, в т. ч. при ад­сорб­ции и ка­та­ли­тич. пре­вра­ще­ни­ях, при ана­ли­зе влия­ния де­фек­тов струк­ту­ры на свой­ст­ва ве­ществ, при изу­че­нии элек­трич. и маг­нит­ных свойств со­еди­не­ний с мо­ле­ку­ляр­ной струк­ту­рой, при ана­ли­зе от­кли­ка не­жё­ст­ких мо­ле­кул на внеш­ние воз­дей­ст­вия и во мно­гих др. слу­ча­ях. Важ­ны­ми для К. х. ос­та­ют­ся про­бле­мы ус­та­нов­ле­ния спе­ци­фи­ки отд. со­стоя­ний мо­ле­кул и осо­бен­но­стей пре­вра­ще­ния мо­ле­кул в разл. про­цес­сах, по­лу­че­ние и на­ко­п­ле­ние дос­то­вер­ных чис­лен­ных дан­ных вы­со­кой точ­но­сти по свой­ст­вам мо­ле­кул, кван­то­во­хи­мич. ана­лиз мо­ле­ку­ляр­ных сис­тем в по­гра­нич­ных об­лас­тях пе­ре­хо­да от мо­ле­кул к кон­ден­си­ро­ван­но­му ве­ще­ст­ву, раз­ра­бот­ка но­вых пред­став­ле­ний и ме­то­дов кван­то­во­хи­мич. изу­че­ния хи­мич. со­еди­не­ний и их пре­вра­ще­ний.