Введение

Заряды Мулликена возникают в результате анализа атомных популяций Мулликена и предоставляют способ оценки частичных атомных зарядов, полученных из расчетов, выполненных методами вычислительной химии, особенно основанными на методе линейной комбинации атомных орбиталей – молекулярно-орбитальном методе, и обычно используются в качестве переменных в процедурах линейной регрессии (QSAR). Метод был разработан Робертом С. Мулликеном, в честь которого он и назван. Если коэффициенты базисных функций в молекулярной орбитали равны Cμi для μ-й базисной функции в i-й молекулярной орбитали, то элементы матрицы плотности будут следующими:

для системы с замкнутой оболочкой, где каждая молекулярная орбиталь занята двумя электронами. Тогда матрица атомных популяций имеет элементы

, где – матрица перекрывания базисных функций. Сумма всех элементов по всем является валовым орбитальным произведением для орбитали . Сумма валовых орбитальных произведений равна N – общему числу электронов. Метод атомных популяций Мулликена присваивает электронный заряд заданному атому A, известному как валовая атомная популяция: как сумму по всем орбиталям , принадлежащим атому A. Заряд, , определяется как разность между числом электронов на изолированном свободном атоме, равным атомному номеру , и валовой атомной популяцией:

Недиагональные термины

Одна из проблем этого подхода заключается в равном разделении внедиагональных членов между двумя базисными функциями. Это приводит к завышенному разделению зарядов в молекулах. В модифицированном анализе распределения электронной плотности по атомам (Мулликена) эту проблему можно уменьшить, разделив перекрывающиеся вклады в соответствии с соотношением между соответствующими орбитальными вкладами. Этот выбор, хотя и остаётся произвольным, в некоторой степени связывает разделение с разностью электроотрицательностей между соответствующими атомами.

Определение

Другая проблема заключается в том, что заряды Мулликена явно чувствительны к выбору базисного набора. В принципе, полный базисный набор для молекулы можно сформировать, разместив большое количество функций на одном атоме. В схеме Мулликена все электроны будут отнесены к этому атому. Таким образом, метод не имеет предела при использовании полного базисного набора, поскольку точное значение зависит от способа достижения этого предела. Это также означает, что заряды определены неточно, поскольку не существует единственно верного ответа. В результате, сходимость зарядов с увеличением базисного набора отсутствует, и различные семейства базисных наборов могут давать существенно различающиеся результаты. Эти проблемы можно решить с помощью современных методов вычисления чистых атомных зарядов, таких как анализ плотности, производный от электростатического и химического (DDEC) анализа, анализ электростатического потенциала и анализ естественной атомной популяции.