ديد کلي

شيمي کوانتومي ، دانش کاربرد مکانيک کوانتومي در مسايل مربوط به شيمي است. اثر شيمي کوانتومي ، در شاخه‌هاي وابسته به شيمي قابل لمس است. مثلا :
* علماي شيمي فيزيک ، مکانيک کوانتومي را (به کمک مکانيک آماري) در محاسبات مربوط به خواص ترموديناميکي (مانند آنتروپي و ظرفيت حرارتي) گازها ، در تفسير طيفهاي مولکولي به منظور تائيد تجربه خواص مولکولي (مانند طولها و زواياي پيوندي) ، در محاسبات نظري خواص مولکولي ، براي محاسبه خواص حالات گذار واکنشهاي شيميايي به منظور برآورد ثابتهاي سرعت واکنش ، براي فهم نيروهاي بين مولکولي و بالاخره براي بررسي ماهيت پيوند در جامدات بکار مي‌برند.
* علماي شيمي آلي از مکانيک کوانتومي ،‌ براي برآورد پايداريهاي نسبي مولکولها ، محاسبه خواص واسطه‌هاي واکنش ، بررسي ساز و کار واکنشهاي شيميايي ، پيش بيني ميزان ترکيبات و تحليل طيفهاي NMR استفاده مي‌کنند.
* علماي شيمي تجزيه از مکانيک کوانتومي براي تفسير شدت و فرکانسهاي خطوط طيفي استفاده مي‌کنند.
* علماي شيمي معدني از نظريه ميدان ليگاند که يک روش تقريبي مکانيک کوانتومي است، در توضيح خواص يونهاي مرکب فلزات واسطه سود مي‌برند.

فرضيه پلانک ، سرآغاز مکانيک کوانتومي

در سال 1900، "ماکس پلانک" ، نظريه‌اي ابداع کرد که با منحني‌هاي تجربي تابش جسم سياه ، مطابقتي عالي از خود ارائه داد. فرض او اين بود که اتمهاي جسم سياه ( ماده‌اي که تمام نورهاي تابيده به آن را جذب کند ) ، تنها قادرند نورهايي را گسيل سازند که مقادير انرژي آنها توسط رابطه hv داده مي‌شود. در رابطه ، v فرکانس تابش و h ، ثابت تناسب است که به ثابت پلانک معروف است. با قبول مقدار ، منحني‌هايي بدست مي‌آيند که با منحني‌هاي تجربي جسم سياه کاملا مطابقت دارند. کار پلانک سرآغاز مکانيک کوانتومي بود.
به دنبال پلانک ، "انيشتين" نيز مشاهدات مزبور را بر اساس انديشه تشکيل نور از اجزايي ذره گونه تشريح کرد که آنها را فوتون ناميد که انرژي هر يک از آنها برابر است با:

احتمال و مکانيک کوانتومي

موضوع احتمال ، يک نقش اساسي را در مکانيک کوانتومي ايفا مي‌کند. در مکانيک کوانتومي ، سروکار ما با احتمالاتي است که با متغير پيوسته‌اي مانند مختصه x درگيرند. صحبت از احتمال پيدا شدن يک ذره در يک نقطه خاص مانند x = 0.5000 حاوي چندان معنايي نيست، زيرا تعداد نقطه‌ها در روي محور x نامتناهي ، ولي تعداد در اندازه گيريهاي ما به هر حال متناهي است و از اين رو ، احتمال وصول با دقت به 0.5000 بي‌نهايت کم خواهد بود.
اين است که به جاي آن از احتمال يافتن ذره در يک فاصله کوتاه از محور x ، واقع بين x+dx , x صحبت مي‌شود که در آن dx يک طول بينهايت کوچک است. طبيعتا احتمال فوق متناسب با فاصله کوچک dx بوده و و براي نواحي مختلف محور x متغير خواهد بود. بنابراين احتمال اينکه ذره در فاصله مابين x و x+dx پيدا شود، مساوي g(x)dx است که در اينجا (g(x بيانگر نحوه تغييرات احتمال روي محور x است. تابع (g(x چون برابر مقدار احتمال در واحد طول است، لذا چگالي احتمال ناميده مي‌شود.
چون احتمالات ، اعداد حقيقي و غير منفي‌اند، لذا (g(x بايد يک تابع حقيقي باشد که همه جا غير منفي است. تابع موج مي‌تواند هر مقدار منفي و يا مقادير مختلط را به خود بگيرد و از اين نظر به عنوان يک چگالي احتمال محسوب نمي‌شود. مکانيک کوانتومي به عنوان يک اصل مي‌پذيرد که چگالي احتمال برابر است.

اصل عدم قطعيت هايزنبرگ

انديشه "بوهر" مبني بر اينکه هر الکترون در اتم ، تنها مي‌تواند کميتهاي معين انرژي را دارا باشد، گام مهمي در رشد و تکوين نظريه اتمي بود (مدل اتمي بوهر). نظريه بوهر براي توجيه طيف اتم هيدروژن ، مدلي رضايت بخش ارائه کرد، اما تلاش براي بسط نظريه به منظور تشريح طيف اتمهاي داراي بيش از يک الکترون ناموفق بود. دليل اين مشکل به زودي آشکار شد.
در نگرش بوهر ، الکترون به عنوان ذره‌اي باردار متحرک ، در نظر گرفته مي‌شود. براي پيش بيني دقيق مسير يک جسم متحرک ، دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه معين ضروري است. اصل عدم قطعيت هايزنبرگ (1926) نشان مي‌دهد که تعيين دقيق مکان و اندازه حرکت جسمي به کوچکي الکترون ناممکن است. هرچه تلاش کنيم که يکي از اين کميتها را دقيقتر تعيين کنيم، از دقت کميت ديگر ، نامطمئن‌تر هستيم.
مشاهده اشيا با دريافت انعکاس پرتوهاي نوري که براي روشن کردن آنها بکار رفته است، امکان‌پذير است. براي تعيين موقعيت جسمي به کوچکي يک الکترون ، تابشي با طول موج به غايت کوتاه مورد نياز است. چنين تابشي ،‌ طبعا فرکانس بسيار بالايي خواهد داشت و بسيار پرانرژي خواهد بود. وقتي اين تابش به الکترون برخورد کند، سبب تغيير تندي و جهت حرکت آن مي‌شود. از اين رو هر گونه تلاش براي تعيين موقعيت الکترون ، اندازه حرکت آن را به شدت تغيير مي‌دهد. فوتونهايي که طول موج بلندتر دارند، کم انرژي‌ترند و تاثير کمتري بر اندازه حرکت الکترون مي‌گذارند، ولي به علت بلندي طول موجشان ، نخواهند توانست موقعيت دقيق الکترون را نشان دهند.
از اين رو ، اين دو نوع عدم قطعيت با هم مرتبطند. به گفته هايزنبرگ ، حاصلضرب عدم قطعيت در مورد يک شيء ، و عدم قطعيت در اندازه حرکت آن ، ، برابر يا بزرگتر از حاصل بخش ثابت پلانک ، h و 4? است:

عدم قطعيت در اندازه گيري ، براي اشيايي به کوچکي الکترون بسيار مهم است، در حالي که براي اشيا با اندازه معمولي بي‌اهميت است.

معادله شرودينگر

اصل عدم قطبيت هايزنبرگ نشان مي‌دهد که هر نوع کوشش در راه جامعتر و دقيق کردن مدل بوهر ، بي‌نتيجه است، زيرا تعيين دقيق مسير الکترون در يک اتم ناممکن است. از سوي ديگر ، "شرودينگر" ، رابطه دوبروي را براي تدوين معادله‌اي بکار برد که الکترون را برحسب خصلت موجي آن توصيف مي‌کند.
معادله شرودينگر پايه مکانيک موجي است. معادله برحسب يک تابع موجي براي الکترون نوشته مي‌شود. وقتي معادله براي الکترون در اتم هيدروژن حل مي‌شود، يک سلسله تابع موجي بدست مي‌آيد. هر تابع موجي به يک حالت معين انرژي براي الکترون مربوط است و ناحيه‌اي در اطراف هسته را توضيح مي‌دهد که در آن ،‌ امکان يافتن الکترون وجود دارد. تابع موجي يک الکترون آنچه را که يک اوربيتال ناميده مي‌شود، توضيح مي‌دهد.
شدت هر موج ، با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجي ، ، تابع دامنه است. مقدار براي يک حجم کوچک در هر موقعيتي در فضا ، متناسب با چگالي بار الکتروني در آن حجم است.
مي‌توان تصور کرد که بار الکترون به سبب حرکت سريع الکترون به صورت ابر باردار در فضاي دور هسته گسترده شده است. اين ابر در برخي نواحي غليظتر از نواحي ديگر است. احتمال يافتن الکترون در هر ناحيه معين متناسب با چگالي ابر الکتروني در آن ناحيه است. اين احتمال در ناحيه‌اي که ابر الکتروني غليظتر است، بيشتر خواهد بود. اين تفسير کوششي براي توصيف مسير الکترون ، به عمل نمي‌آورند، بلکه فقط پيش بيني مي‌کند که احتمال يافتن الکترون در کجا بيشتر است.
منبع: http://atwis.com
/خ