Kuantum Kimyası
Kuantum kimyası, kuantum mekaniğini atom ve moleküllere uygulayarak, elektronik yapıyı, bağlanmayı ve spektrumları Schrödinger denkleminden ve onu çözmek için gerekli yaklaşımlardan türetmektedir.
Tanım
Kuantum kimyası, atom ve moleküllerin elektronik yapısını, enerjilerini, bağlanmasını ve özelliklerini belirlemek için kuantum mekaniği prensiplerini kullanan fiziksel kimya dalıdır.
Kapsam
Bu alan, kimyanın kuantum-mekaniksel temellerini kapsamaktadır: moleküler Schrödinger denklemi ve dalga fonksiyonu; elektronik ve nükleer hareketin Born-Oppenheimer ayrımı; atomik orbitallerden moleküler orbitallerin inşası ve bunun sonucunda ortaya çıkan kimyasal bağ tablosu; ve yaklaşık çözümler elde etmek için kullanılan varyasyonel ve pertürbasyon yöntemleri ile Hartree-Fock ve yoğunluk fonksiyoneli yaklaşımları. Bu yapıların spektroskopi yoluyla deneysel olarak incelenmesi ve yoğun hesaplamalı uygulamaları komşu alanlarda ele alınmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Schrödinger denklemi bir molekülün elektronlarını ve çekirdeklerini nasıl tanımlamaktadır?
- Elektronik ve nükleer hareket neden Born-Oppenheimer yaklaşımı ile ayrılabilmektedir?
- Atomik orbitallerden inşa edilen moleküler orbitaller kimyasal bağlanmayı nasıl açıklamaktadır?
- Varyasyonel ve pertürbasyon yöntemleri yaklaşık enerjileri ve dalga fonksiyonlarını nasıl sağlamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Moleküler Schrödinger denklemi ve dalga fonksiyonu
- Born-Oppenheimer yaklaşımı
- Moleküler orbitaller ve kimyasal bağ
- Varyasyonel ilke ve pertürbasyon kuramı
- Hartree-Fock ve yoğunluk fonksiyoneli yöntemleri
Temel kuramlar
- Moleküler orbital kuramı
- Moleküllerdeki elektronlar, atomik orbitallerin lineer kombinasyonları olarak inşa edilen, tüm molekül üzerinde delokalize olmuş orbitalleri işgal etmektedir; bağlayıcı ve antibağlayıcı kombinasyonlar ile bunların işgali, bağ derecesini, manyetizmayı ve reaktiviteyi açıklamaktadır.
- Hartree-Fock öz-tutarlı alan yöntemi
- Her elektron, diğerlerinin ortalama alanında hareket ediyormuş gibi ele alınmakta, bu da öz-tutarlılığa ulaşana kadar iteratif olarak çözülen bir dizi eşlenik tek-elektron denklemi vermektedir; bu yöntem, daha doğru korelasyonlu yöntemlerin inşa edildiği referansı sağlamaktadır.
Klinik önem
Kuantum kimyası, moleküler geometrileri, reaksiyon enerjilerini, spektrumları ve reaktiviteyi tahmin etmek için elektronik yapı temelini sağlamakta olup, hesaplamalı ilaç keşfi, malzeme tasarımı, kataliz ve spektroskopik ölçümlerin yorumlanmasının temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Kuantum kimyası, 1927'de hidrojen molekülünün Heitler-London yaklaşımı ile başlamıştır; değerlik bağı kuramı Pauling tarafından, moleküler orbital kuramı ise Hund ve Mulliken tarafından geliştirilmiş, Hartree-Fock yöntemi ve daha sonra yoğunluk fonksiyoneli kuramı alanı öngörücü, hesaplamalı bir disipline dönüştürmüştür.
Öne çıkan isimler
- Erwin Schrodinger
- Linus Pauling
- Robert S. Mulliken
İlgili konular
Temel eserler
- mcquarrie1997
- levinequantum2014
- szabo1996
Sıkça sorulan sorular
- Değerlik bağı kuramı ile moleküler orbital kuramı arasındaki fark nedir?
- Değerlik bağı kuramı, bağları belirli atomlar arasında paylaşılan lokalize elektron çiftlerinden inşa ederken, moleküler orbital kuramı elektronları tüm molekülü kapsayan orbitaller üzerine yaymaktadır; her ikisi de aynı kuantum gerçekliğine yönelik yaklaşımlardır ve her biri farklı problemler için daha kullanışlı olabilmektedir.
- Schrödinger denklemi çoğu molekül için neden tam olarak çözülememektedir?
- En basit tek-elektronlu sistemlerin ötesinde, elektronlar arasındaki karşılıklı itme, hareketlerini ayrılmaz bir şekilde eşlemektedir, bu nedenle kesin çözümler imkansızdır ve kimyacılar Hartree-Fock, pertürbasyon kuramı ve yoğunluk fonksiyoneli yöntemleri gibi sistematik yaklaşımlara güvenmektedir.