Kimia Kuantum
Kimia kuantum menerapkan mekanika kuantum pada atom dan molekul, menurunkan struktur elektronik, ikatan, dan spektrum dari persamaan Schrodinger dan perkiraan yang diperlukan untuk menyelesaikannya.
Definition
Kimia kuantum adalah cabang kimia fisik yang menggunakan prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk menentukan struktur elektronik, energi, ikatan, dan sifat-sifat atom dan molekul.
Scope
Area ini mencakup dasar-dasar mekanika kuantum dalam kimia: persamaan Schrodinger molekuler dan fungsi gelombang; pemisahan Born-Oppenheimer dari gerak elektronik dan nuklir; konstruksi orbital molekuler dari orbital atom dan gambaran ikatan kimia yang dihasilkan; serta metode variasi dan perturbasi, bersama dengan pendekatan Hartree-Fock dan fungsional kerapatan, yang digunakan untuk memperoleh solusi perkiraan. Penyelidikan eksperimental terhadap struktur ini melalui spektroskopi dan implementasi komputasi yang intensif dibahas di area terkait.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana persamaan Schrodinger menggambarkan elektron dan inti molekul?
- Mengapa gerak elektronik dan nuklir dapat dipisahkan oleh perkiraan Born-Oppenheimer?
- Bagaimana orbital molekuler yang dibangun dari orbital atom menjelaskan ikatan kimia?
- Bagaimana metode variasi dan perturbasi menghasilkan energi dan fungsi gelombang perkiraan?
Key concepts
- Persamaan Schrodinger molekuler dan fungsi gelombang
- Perkiraan Born-Oppenheimer
- Orbital molekuler dan ikatan kimia
- Prinsip variasi dan teori perturbasi
- Metode Hartree-Fock dan fungsional kerapatan
Key theories
- Teori orbital molekuler
- Elektron dalam molekul menempati orbital yang terdelokalisasi di seluruh molekul, dibangun sebagai kombinasi linear orbital atom; kombinasi ikatan dan anti-ikatan serta okupansinya menjelaskan orde ikatan, magnetisme, dan reaktivitas.
- Metode medan swakonsisten Hartree-Fock
- Setiap elektron diperlakukan bergerak dalam medan rata-rata elektron lain, menghasilkan serangkaian persamaan satu-elektron yang saling terkait yang diselesaikan secara iteratif hingga swakonsisten; ini memberikan referensi dari mana metode berkorelasi yang lebih akurat dibangun.
Clinical relevance
Kimia kuantum menyediakan dasar struktur elektronik untuk memprediksi geometri molekuler, energetika reaksi, spektrum, dan reaktivitas, yang mendasari penemuan obat komputasi, desain material, katalisis, dan interpretasi pengukuran spektroskopi.
History
Kimia kuantum dimulai pada tahun 1927 dengan perlakuan Heitler-London terhadap molekul hidrogen; teori ikatan valensi dikembangkan oleh Pauling dan teori orbital molekuler oleh Hund dan Mulliken, serta metode Hartree-Fock dan kemudian teori fungsional kerapatan mengubah bidang ini menjadi disiplin ilmu komputasi yang prediktif.
Key figures
- Erwin Schrodinger
- Linus Pauling
- Robert S. Mulliken
Related topics
Seminal works
- mcquarrie1997
- levinequantum2014
- szabo1996
Frequently asked questions
- Apa perbedaan antara teori ikatan valensi dan orbital molekuler?
- Teori ikatan valensi membangun ikatan dari pasangan elektron terlokalisasi yang dibagi antara atom-atom tertentu, sedangkan teori orbital molekuler menyebarkan elektron ke seluruh orbital yang mencakup seluruh molekul; keduanya adalah perkiraan terhadap realitas kuantum yang sama dan masing-masing lebih nyaman untuk masalah yang berbeda.
- Mengapa persamaan Schrodinger tidak dapat diselesaikan secara eksak untuk sebagian besar molekul?
- Di luar sistem satu-elektron yang paling sederhana, tolakan timbal balik antara elektron mengaitkan gerakan mereka secara tak terpisahkan, sehingga solusi eksak tidak mungkin dan para kimiawan mengandalkan perkiraan sistematis seperti Hartree-Fock, teori perturbasi, dan metode fungsional kerapatan.