الكيمياء الكمومية
تطبق الكيمياء الكمومية ميكانيكا الكم على الذرات والجزيئات، مستمدة البنية الإلكترونية والترابط والأطياف من معادلة شرودنغر والتقريبات اللازمة لحلها.
Definition
الكيمياء الكمومية هي فرع الكيمياء الفيزيائية الذي يستخدم مبادئ ميكانيكا الكم لتحديد البنية الإلكترونية، والطاقات، والترابط، وخصائص الذرات والجزيئات.
Scope
يغطي هذا المجال الأسس الكمومية الميكانيكية للكيمياء: معادلة شرودنغر الجزيئية والدالة الموجية؛ فصل بورن-أوبنهايمر للحركة الإلكترونية والنووية؛ بناء المدارات الجزيئية من المدارات الذرية والصورة الناتجة للترابط الكيميائي؛ وطرق التباين والاضطراب، بالإضافة إلى منهجي هارتري-فوك والدالة الكثافة، المستخدمة للحصول على حلول تقريبية. يتم تناول الاستكشاف التجريبي لهذه البنى من خلال التحليل الطيفي والتطبيقات الحسابية المكثفة في مجالات مجاورة.
Sub-topics
Core questions
- كيف تصف معادلة شرودنغر الإلكترونات والنوى في الجزيء؟
- لماذا يمكن فصل الحركة الإلكترونية والنووية بواسطة تقريب بورن-أوبنهايمر؟
- كيف تفسر المدارات الجزيئية المبنية من المدارات الذرية الترابط الكيميائي؟
- كيف تنتج طرق التباين والاضطراب طاقات ودوال موجية تقريبية؟
Key concepts
- معادلة شرودنغر الجزيئية والدالة الموجية
- تقريب بورن-أوبنهايمر
- المدارات الجزيئية والترابط الكيميائي
- مبدأ التباين ونظرية الاضطراب
- طرق هارتري-فوك والدالة الكثافة
Key theories
- نظرية المدارات الجزيئية
- تشغل الإلكترونات في الجزيئات مدارات غير متمركزة على الجزيء بأكمله، مبنية كتركيبات خطية من المدارات الذرية؛ وتفسر تركيبات الترابط ومضادات الترابط واحتلالها رتبة الرابطة، والمغناطيسية، والتفاعلية.
- طريقة المجال الذاتي المتسق لهارتري-فوك
- يُعامل كل إلكترون على أنه يتحرك في المجال المتوسط للإلكترونات الأخرى، مما ينتج عنه مجموعة من المعادلات المترابطة أحادية الإلكترون التي تُحل تكراريًا لتحقيق الاتساق الذاتي؛ وهي توفر المرجع الذي تُبنى منه طرق أكثر دقة للترابط.
Clinical relevance
توفر الكيمياء الكمومية الأساس البنيوي الإلكتروني للتنبؤ بالهندسات الجزيئية، وطاقات التفاعل، والأطياف، والتفاعلية، مما يدعم اكتشاف الأدوية الحسابي، وتصميم المواد، والتحفيز، وتفسير القياسات الطيفية.
History
بدأت الكيمياء الكمومية في عام 1927 بمعالجة هايتلر-لندن لجزيء الهيدروجين؛ طوّر باولنغ نظرية رابطة التكافؤ، وطوّر هوند وموليكن نظرية المدارات الجزيئية، وحوّلت طريقة هارتري-فوك ثم نظرية الدالة الكثافة لاحقًا هذا المجال إلى تخصص تنبؤي وحسابي.
Key figures
- Erwin Schrodinger
- Linus Pauling
- Robert S. Mulliken
Related topics
Seminal works
- mcquarrie1997
- levinequantum2014
- szabo1996
Frequently asked questions
- ما الفرق بين نظرية رابطة التكافؤ ونظرية المدارات الجزيئية؟
- تبني نظرية رابطة التكافؤ الروابط من أزواج إلكترونية موضعية مشتركة بين ذرات محددة، بينما تنشر نظرية المدارات الجزيئية الإلكترونات على مدارات تشمل الجزيء بأكمله؛ وكلاهما تقريبان لنفس الواقع الكمومي، وكل منهما أكثر ملاءمة لمشكلات مختلفة.
- لماذا لا يمكن حل معادلة شرودنغر بدقة لمعظم الجزيئات؟
- بعد أبسط الأنظمة أحادية الإلكترون، يؤدي التنافر المتبادل بين الإلكترونات إلى ترابط حركاتها بشكل لا يمكن فصله، لذا فإن الحلول الدقيقة مستحيلة ويعتمد الكيميائيون على تقريبات منهجية مثل هارتري-فوك، ونظرية الاضطراب، وطرق الدالة الكثافة.