The Chemistry Maths Book, Second Edition

(Grace) #1

10.6 Other coordinate systems 311


EXAMPLE 10.14The hydrogen molecule


In the method of ‘linear combinations of atomic orbitals’ (LCAO) for the ground


state of the hydrogen molecule, the simplest form of the occupied molecular orbital is


ψ 1 = 1 C(1s


A

1 + 11 s


B

), where (in atomic units) and


are normalized 1 sorbitals centred on the protons at Aand B(see Figure 10.10). C is a


constant chosen to normalize the orbital :. Thus


The integrals S


AA

and S


BB

are the normalization integrals for the 1 sorbital, as in


Example 10.8, and equal unity. Then. To evaluate the overlap integral


we use confocal elliptic coordinates (ξ, 1 η, 1 φ). Then, ifR 1 = 12 ais the bond length,


and the volume element is


The volume integral over all space is then


=−


==−

+

=


=

R


eddd


R

3

0

2

1

1

1

2

0

2

8 π


ππ

ZZ Z ZZ


φη ξ

ξ

φ

ξξηφ



ηηξ

ξ

ηξηφ


=−

+

=












1

1

1

2

Z



eddd


R

Sed


R


e


R
R

AB

==



==−

+

=


1


8


3

0

2

1

1

1

2

ππ


π

ZZZZ


ξ

φη ξ

ξ

ξ


v



( −−ηξηφ


2

)ddd


dv


R


=−ddd


3

22

8


()ξη ξηφ


ξη=






=


rr −


R


rr


R


AB AB

,


Sed


rr


AB

AB

=


−+

1


π


Z


()

v


CS=+121 ()


AB

=++








CS S S


2

2


AA BB AB

1


11


2


2

2

22

=+







 =++


−− −−

ZZ


ππ


π


eed


C


ee


rr rr


AB AB

v eed


−+rr


()


()

AB

v



2

dv= 1


11 se


r


B

B

=



11 se ()π


r


A

A

=



()π


..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

.

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..

o


z


x


..

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..

P


r
B

r
A

A B


aa







......

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Figure 10.10

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