Química Cuántica Relativista
Para los elementos pesados, los electrones internos se mueven lo suficientemente rápido como para que los efectos relativistas remodelen la química, y la química cuántica relativista incorpora estos efectos en los cálculos moleculares.
Definition
La rama de la química cuántica que explica los efectos relativistas en la estructura electrónica, esencial para una descripción precisa de los compuestos de elementos pesados.
Scope
Cubre las consecuencias químicas de la relatividad especial, los efectos relativistas escalares y el acoplamiento espín-órbita, el formalismo de Dirac de cuatro componentes, los esquemas de dos componentes y aproximados como Douglas-Kroll-Hess y ZORA, y los potenciales de núcleo efectivo relativistas ampliamente utilizados. Explica fenómenos desde el color del oro hasta la inercia del mercurio.
Core questions
- ¿Por qué los efectos relativistas son químicamente importantes para los elementos pesados?
- ¿Cómo difieren los efectos relativistas escalares y el acoplamiento espín-órbita en sus consecuencias?
- ¿Cómo intercambian rigor por costo los enfoques de cuatro componentes, de dos componentes y de potencial de núcleo efectivo?
- ¿Qué fenómenos conocidos se explican por la relatividad?
Key theories
- Efectos relativistas en los electrones de valencia
- La contracción y estabilización relativista de los orbitales internos expande y desestabiliza indirectamente los orbitales de valencia, alterando el enlace, la energética y las propiedades en la química de los elementos pesados.
- Hamiltonianos relativistas aproximados
- Los métodos de dos componentes como Douglas-Kroll-Hess y ZORA, y los potenciales de núcleo efectivo relativistas, capturan los efectos relativistas dominantes a un costo mucho menor que el tratamiento completo de Dirac de cuatro componentes.
Clinical relevance
El tratamiento relativista es indispensable para la química de los elementos pesados del grupo principal, los metales de transición, los lantánidos y los actínidos, donde rige los espectros, el comportamiento redox, la catálisis y las propiedades de los materiales que contienen átomos pesados.
History
El reconocimiento de que la relatividad influye en la química ordinaria creció en la década de 1970, con Pyykkö y otros sistematizando los efectos relativistas; los potenciales de núcleo efectivo y los hamiltonianos de dos componentes como Douglas-Kroll-Hess y ZORA hicieron que los cálculos relativistas fueran rutinarios.
Key figures
- Pekka Pyykkö
- Markus Reiher
- Bernd Hess
- Paul Dirac
Related topics
Seminal works
- reiher2014
- pyykko2012
Frequently asked questions
- ¿Por qué el oro es amarillo y el mercurio líquido?
- Ambos son consecuencias clásicas de los efectos relativistas: la contracción relativista de los orbitales desplaza la absorción del oro hacia el visible y debilita el enlace metálico en el mercurio, disminuyendo su punto de fusión.
- ¿Cuándo se pueden ignorar los efectos relativistas?
- Para los elementos ligeros, suelen ser lo suficientemente pequeños como para despreciarlos o absorberlos en los parámetros, pero se vuelven esenciales a partir de los metales de transición más pesados y dominan para los elementos más pesados.