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Chimie quantique
orbital ligands tc butadiène

la chimie quantique Il est une branche de chimie théorique qui utilise le la mécanique quantique (Et, plus récemment, théorie quantique des champs) Dans le domaine des problèmes chimiques. La description du comportement électronique de atomes et molécules par rapport à leur réactivité Il est l'une des applications de la chimie quantique. La chimie quantique est le partage des eaux entre la chimie et physique, et les contributions importantes sont venues de scientifiques dans les deux domaines.

Structure électronique

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: chimie computationnelle.

En principe, la première étape dans la résolution d'un problème de chimie quantique consiste à résoudre le équation de Schrödinger (ou équation de Dirac, voir chimie quantique relativiste), Utilisation de la 'hamiltonien électronique moléculaire. Cela conduit à la détermination de Structure électronique de la molécule.

forme d'onde

La base de la chimie quantique est la modèle d'onde atome, représentée comme une petite dense noyau positif entouré d'électrons. Cependant, contrairement à l'ancien modèle Bohr atome, le modèle d'onde des électrons décrit comme un « nuage d'électrons qui se déplacent sur » orbitales moléculaires, et leur position est représentée par la répartition d'amplitude de probabilité plutôt que par des rayons discrets. La forme détaillée de la distribution est calculée à partir de 'équation de Schrödinger ensemble hamiltonien représentant l'énergie des états électroniques. La puissance de ce modèle réside dans son pouvoir prédictif. En particulier, il prédit les groupes d'éléments chimiquement semblables dans le tableau périodique.

liaison de valence

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: liaison de valence.

Bien que la base mathématique de la chimie quantique ont été posées par Schrödinger en 1926, on estime généralement que le premier calcul vrai dans la chimie quantique était celle des physiciens allemands Walter Heitler et Fritz London la molécule hydrogène (H2) Dans le 1927. La méthode de Heitler et Londres a été prolongée par les chimistes américains John C. Slater et Linus Pauling pour devenir le procédé de liaison de valence (Valence-Bond, VB, ou procédé Heitler-Londres-Slater-Pauling, HLSP). Dans cette méthode, une attention particulière est portée aux interactions entre les paires d'atomes et cela est étroitement lié aux schémas classiques des liaisons entre les atomes.

orbitale moléculaire

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: orbitale moléculaire.

Une autre approche a été développée en 1929 de Friedrich Hund et Robert S. Mulliken, dans lequel électrons Ils sont décrits par des fonctions mathématiques délocalisés sur toute la molécule. l'approche Hund-Mulliken ou Méthode orbitale moléculaire, MO, est moins intuitif pour les chimistes, mais il est avéré mieux en mesure de prédire propriétés spectroscopiques par rapport à la méthode de VB. Cette approche est la base conceptuelle méthode Hartree-Fock et d'autres méthodes plus précises, après Hartree-Fock.

DFT

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: DFT.

la modèle Thomas-Fermi Il a été développé indépendamment par Thomas et fermi en 1927. Ce fut la première tentative de décrire les systèmes de multielectron sur la base de la densité d'électrons plutôt que la wavefunction, même si le modèle de Thomas-Fermi n'a pas été très efficace dans le traitement des molécules. La méthode, cependant, a donné la base de ce qu'on appelle aujourd'hui Fonctionnelle de la densité, ou DFT (densité de la théorie fonctionnelle). Bien que cette méthode est moins développé des méthodes post-Hartree-Fock, sa capacité à traiter de plus grandes molécules polyatomiques et même macromolécules fait la méthode la plus largement utilisée aujourd'hui chimie computationnelle.

Chimie dynamique

Une étape supplémentaire consiste à régler le "équation de Schrödinger avec 'hamiltonien moléculaire total pour étudier le mouvement des molécules:

  • résolution directe de l'équation de Schrödinger est appelée la dynamique chimique quantique;
  • en approximation semi-classique est appelé dynamique moléculaire semi-classique;
  • dans le mécanique classique, il est appelé dynamique moléculaire (MD).

Ils sont aussi des approches statistiques possibles.

Chimie dynamique adiabatiques

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Born-Oppenheimer rapprochement.

la dynamique adiabatiques Il consiste à considérer que les interactions interatomiques peuvent être représentés par un seul potentiel scalaire nommé surface d'énergie potentielle. Ceci est le 'Born-Oppenheimer rapprochement présenté par et Oppenheimer en 1927. Les premières applications pionnières de cette méthode ont été effectuées par Rice et Ramsperger en 1927 et en Kassel 1928 (Théorie de RRK). La théorie de RRK a été généralisée dans théorie RRKM en 1952 de Marcus qui tient compte de la théorie de l'état de transition développé par eyring en 1935. Ces méthodes permettent de calculer des estimations simples vitesse de réaction unimoléculaire aussi bas que quelques caractéristiques simples du potentiel de surface.

diabatica Chimie dynamique

la diabatica dynamique Il consiste à considérer l'interaction entre les différentes surfaces d'énergie potentielle associée, correspondant à différents états quantiques S électroniques de la molécule. Les termes sont définis couplées couplage vibronique. Le premier travail de pionnier dans ce domaine sont dus à Stueckelberg (1932) landau (1932) et Zener (1933) Qui a abouti à ce que l'on appelle aujourd'hui la transition de Landau-Zener. La formule développée de leur part est utilisée pour calculer la probabilité de transition entre deux courbes de potentiel diabatiche dans le quartier où l'approximation de Born-Oppenheimer échoue.

chimie quantique et de la théorie quantique des champs

L'application de théorie quantique des champs dans l'industrie chimique, il est devenu de plus en plus courant dans la physique moderne. L'une des première apparition explicite a été vu dans la théorie de fotomagnetone. Dans ce système, plasmas, qui sont omniprésents en physique en chimie, sont étudiées pour déterminer la quantification de base champ bosonique ci-dessous. En théorie générale, le champ quantique est intéressant dans de nombreux domaines de la chimie, qui comprennent: astrochimie, chimie nucléaire, hydrodynamiques quantique et sonochemistry.

bibliographie

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Articles connexes

liens externes

Conférence de la chimie quantique lauréats du prix Nobel

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