Chemia kwantowa - Polski Serwis Naukowy

Chemia kwantowa - dziedzina z pogranicza fizyki i chemii, zajmująca się zastosowaniem teorii kwantowej i kwantowej teorii pola w chemii.

Podstawą chemii kwantowej jest równanie Schrödingera. Chemia kwantowa, podobnie jak fizyka kwantowa stara się możliwie najdokładniej rozwiązać to równanie w celu opisania rzeczywistości. W odróżnieniu od fizyki kwantowej, chemia kwantowa stara się opisać stosunkowo duże układy (cząsteczki), w zamian za to o wiele mniej dokładnie.

Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.

Chemia obliczeniowa jest dziedziną chemii, która stosuje programy modelowania molekularnego implementujące metody chemii teoretycznej do rozwiązywania rzeczywistych problemów chemicznych, takich jak przewidywanie właściwości fizyko-chemicznych cząsteczek; izolowanych lub w układach ponadcząsteczkowych.

W przeważającej części podstawą wszystkich obliczeń w chemii kwantowej jest przybliżenie Borna-Oppenheimera. W ramach tego przybliżenia można rozdzielić zmienne w równaniu Schrödingera. Wobec tego najpierw rozwiązuje się to równanie stosując tzw. elektronowy hamiltonian. W wyniku tych obliczeń uzyskuje się zależność energii elektronowej w funkcji współrzędnych atomów. Uzyskany w ten sposób potencjał dla ruchu jąder zostaje wykorzystany do obliczenia funkcji falowej dla jąder. W praktyce główny nacisk w chemii kwantowej kładzie się na rozwiązanie części elektronowej, jako że, niedokładność tych obliczeń wpływa głównie na rozbieżności pomiędzy danymi doświadczalnymi a eksperymentalnymi.

Teoria funkcjonału gęstości (DFT, ang. density functional theory) jest filarem szeregu metod kwantowo-mechanicznych, służących do modelowania struktury cząsteczek chemicznych lub kryształów. Metody te są alternatywą do metod opartych na funkcjach falowych.

Metody ab initio - metody obliczeniowe chemii kwantowej, które polegają na przybliżonym rozwiązywaniu równania Schrödingera (lub jego relatywistycznych odpowiedników w relatywistycznej chemii kwantowej) bez dopasowawania używanego modelu do danych eksperymentalnych. Jedynymi wartościami eksperymentalnymi uzywanymi w metodach ab initio są uniwersalne stałe fizyczne. Nazwa pochodzi od łacińskiego wyrażenia od początku. Termin ab initio został prawdopodobnie użyty po raz pierwszy w tym kontekście w 1950 roku .

Metody chemii kwantowej

Obecnie używane metody chemii kwantowej można podzielić na trzy grupy:

metody DFT

Metody ab initio

metody półempiryczne

Cele

przewidywanie własności atomów i molekuł, np. momentów dipolowych, polaryzowalności

przewidywanie widm spektroskopowych,

teoretyczny opis reakcji chemicznych,

teoretyczny opis oddziaływań międzycząsteczkowych

Linki

Oprogramowanie stosowane w chemii kwantowej

Polaryzowalność – wielkość fizyczna opisująca zdolność rozkładu ładunku cząsteczki (bądź atomu) do odkształcania się pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego i tworzenia w ten sposób dipoli elektrycznych. Na ogół pod tym pojęciem rozumie się dipolową polaryzowalność elektronową, opisującą pojawianie się indukowanego momentu dipolowego elektrycznego pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego.

Teoria kwantowa - a właściwie kwantowe teorie to teorie szczegółowe modele fizyczne, które za swą podstawę teoretyczną przyjmują mechanikę kwantową. Często nazwa teoria kwantowa jest używana jako synonim mechaniki kwantowej.

Zobacz też

Chemia obliczeniowa

Mechanika kwantowa