क्वांटम रसायन विज्ञान

क्वांटम रसायन विज्ञान परमाणुओं और अणुओं पर क्वांटम यांत्रिकी लागू करता है, श्रोडिंगर समीकरण और इसे हल करने के लिए आवश्यक अनुमानों से इलेक्ट्रॉनिक संरचना, बंधन और स्पेक्ट्रा प्राप्त करता है।

Definition

क्वांटम रसायन विज्ञान भौतिक रसायन विज्ञान की वह शाखा है जो परमाणुओं और अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, ऊर्जा, बंधन और गुणों को निर्धारित करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का उपयोग करती है।

Scope

यह क्षेत्र रसायन विज्ञान के क्वांटम-यांत्रिक आधारों को शामिल करता है: आणविक श्रोडिंगर समीकरण और तरंग फलन; इलेक्ट्रॉनिक और नाभिकीय गति का बॉर्न-ओपेनहाइमर पृथक्करण; परमाणु ऑर्बिटलों से आणविक ऑर्बिटलों का निर्माण और रासायनिक बंधन की परिणामी तस्वीर; और भिन्नता और विक्षोभ विधियाँ, साथ ही हार्ट्री-फॉक और घनत्व कार्यात्मक दृष्टिकोण, जिनका उपयोग अनुमानित समाधान प्राप्त करने के लिए किया जाता है। स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से इन संरचनाओं की प्रायोगिक जाँच और भारी कम्प्यूटेशनल कार्यान्वयन को पड़ोसी क्षेत्रों में माना जाता है।

Sub-topics

• बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन
• आणविक कक्षक सिद्धांत
• अणुओं के लिए श्रोडिंगर समीकरण
• विचरण और विक्षोभ विधियाँ

Core questions

• श्रोडिंगर समीकरण एक अणु के इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों का वर्णन कैसे करता है?
• बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन द्वारा इलेक्ट्रॉनिक और नाभिकीय गति को क्यों अलग किया जा सकता है?
• परमाणु ऑर्बिटलों से निर्मित आणविक ऑर्बिटल रासायनिक बंधन की व्याख्या कैसे करते हैं?
• भिन्नता और विक्षोभ विधियाँ अनुमानित ऊर्जा और तरंग फलन कैसे उत्पन्न करती हैं?

Key concepts

• आणविक श्रोडिंगर समीकरण और तरंग फलन
• बॉर्न-ओपेनहाइमर सन्निकटन
• आणविक ऑर्बिटल और रासायनिक बंधन
• भिन्नता सिद्धांत और विक्षोभ सिद्धांत
• हार्ट्री-फॉक और घनत्व कार्यात्मक विधियाँ

Key theories

आणविक ऑर्बिटल सिद्धांत

अणुओं में इलेक्ट्रॉन पूरे अणु पर फैले हुए ऑर्बिटलों पर कब्जा करते हैं, जो परमाणु ऑर्बिटलों के रैखिक संयोजनों के रूप में निर्मित होते हैं; बंधन और प्रतिबंधन संयोजन और उनका अधिभोग बंधन क्रम, चुंबकत्व और प्रतिक्रियाशीलता की व्याख्या करते हैं।

हार्ट्री-फॉक स्व-सुसंगत क्षेत्र विधि

प्रत्येक इलेक्ट्रॉन को दूसरों के औसत क्षेत्र में गतिमान माना जाता है, जिससे युग्मित एक-इलेक्ट्रॉन समीकरणों का एक सेट मिलता है जिसे स्व-सुसंगतता के लिए पुनरावृत्त रूप से हल किया जाता है; यह वह संदर्भ प्रदान करता है जिससे अधिक सटीक सहसंबद्ध विधियाँ निर्मित होती हैं।

Clinical relevance

क्वांटम रसायन विज्ञान आणविक ज्यामिति, प्रतिक्रिया ऊर्जा विज्ञान, स्पेक्ट्रा और प्रतिक्रियाशीलता की भविष्यवाणी के लिए इलेक्ट्रॉनिक-संरचना आधार प्रदान करता है, जो कम्प्यूटेशनल दवा खोज, सामग्री डिजाइन, उत्प्रेरण और स्पेक्ट्रोस्कोपिक मापों की व्याख्या को रेखांकित करता है।

History

क्वांटम रसायन विज्ञान 1927 में हाइड्रोजन अणु के हीइटलर-लंदन उपचार के साथ शुरू हुआ; वैलेंस बॉन्ड सिद्धांत पॉलिंग द्वारा विकसित किया गया था और आणविक ऑर्बिटल सिद्धांत हंड और मुलिकेन द्वारा, और हार्ट्री-फॉक विधि और बाद में घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत ने इस क्षेत्र को एक पूर्वानुमानित, कम्प्यूटेशनल अनुशासन में बदल दिया।

Key figures

• Erwin Schrodinger
• Linus Pauling
• Robert S. Mulliken

Seminal works

• mcquarrie1997
• levinequantum2014
• szabo1996

Frequently asked questions

वैलेंस बॉन्ड और आणविक ऑर्बिटल सिद्धांत के बीच क्या अंतर है?

वैलेंस बॉन्ड सिद्धांत विशिष्ट परमाणुओं के बीच साझा किए गए स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉन युग्मों से बंधन बनाता है, जबकि आणविक ऑर्बिटल सिद्धांत इलेक्ट्रॉनों को पूरे अणु को घेरने वाले ऑर्बिटलों पर फैलाता है; दोनों एक ही क्वांटम वास्तविकता के सन्निकटन हैं और प्रत्येक विभिन्न समस्याओं के लिए अधिक सुविधाजनक है।

अधिकांश अणुओं के लिए श्रोडिंगर समीकरण को ठीक से हल क्यों नहीं किया जा सकता है?

सबसे सरल एक-इलेक्ट्रॉन प्रणालियों से परे इलेक्ट्रॉनों के बीच पारस्परिक प्रतिकर्षण उनकी गतियों को अविभाज्य रूप से जोड़ता है, इसलिए सटीक समाधान असंभव हैं और रसायनज्ञ हार्ट्री-फॉक, विक्षोभ सिद्धांत और घनत्व कार्यात्मक विधियों जैसे व्यवस्थित सन्निकटन पर निर्भर करते हैं।