Քվանտային քիմիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search

Քվանտային քիմիան տեսական քիմիայի բաժին է, որը քիմիական օբյեկտների և երևույթների հետազոտման համար կիրառում է քվանտային մեխանիկայի դրույթները և եղանակները։ Քվանտային քիմիայի օգնությամբ են ստեղծվում քիմիական կապերի բնույթի և առաջացման, նյութերի ռեակցիոնունակության, քիմիական ռեակցիաների, պոլիմերման, կատալիզի մեխանիզմների, քիմիական այլ երևույթների ժամանակակից ճշգրիտ պատկերացումները։ Քիմիական համակարգերի (ատոմների, մոլեկուլների և նրանց համակցությունների) քվանտամեխանիկական հետազոտությունը հիմնված է Շրեդինգերի հավասարման՝ Щ)=Ег|) վրա (Н-Համիլտոնի օպերատորը, E-համակարգի լրիվ էներգիան, ^-ալիքային ֆունկցիան են)։ Քվանտային քիմիայի հիմքում ընկած են նաև Պաուլիի սկզբունքները, ունիվերսալ հաստատունները։ Քվանտային քիմիայի հետազոտման հիմնական առարկան մոլեկուլի էլեկտրոնային կառուցվածքն է։ Բազմաէլեկտրոն համակարգերի քվանտաքիմիայի տեսության հիմունքները ստեղծվեցին Վ․ Հայզենբերգի (հելիումի ատոմ, 1926), Վ․ Հայտլերի և Ֆ․ Լոնդոնի (ջրածնի մոլեկուլ, 1927) հետազոտությունների շնորհիվ, նրանք ցույց տվեցին, որ այդ համակարգերի գոյությունը և հատկությունները, որոնք դասական պատկերացումներով չեն բացատրվում, մեկնաբանվում են քվանտամեխանիկական եղանակներով։ Շրեդինգերի հավասարման ճշգրիտ լուծումը, սակայն, երկուսից ավելի էլեկտրոն պարունակող համակարգերի համար դժվար մաթեմատիկական խնդիր է։ Բազմաէլեկտրոն համակարգերի դեպքում հարկ է լինում կիրառել մոտավորություններ։ Մշակվել են տարբեր մոտավորությունների վրա հիմնված քվանտաքիմիական տեսություններ՝ արժեքական կապերի (Վ․ Հայտլեր, Ֆ․ Լոնդոն, 1927), բյուրեղական դաշտի (գերմանացի գիտնական Հ․ Բետե, 1929), մոլեկուլային օրբիտալների (Ջ․ Լենարդ-Ջոնս՝ Մեծ Բրիտանիա, Ռ․ Մալիկեն՝ ԱՄՆ, Ֆ․ Հունդ՝ Գերմանիա, 1927—29) են։ Նրանցից առաջինի կիրառումը բազմատոմ մոլեկուլների համար (Ջ․ Մլետեր, Լ․ Պոլինգ, ԱՄՆ) բերեց ռեզոնանսի եղանակի ստեղծմանը։ Առավել հաջողությամբ զարգանում է մոլեկուլային օրբիտալների (ՄՕ) եղանակը, որի հիմքում ընկած է միաէլեկտրոնային մոտավորությունը, արժեքական էլեկտրոնը դիտարկվում է մոլեկուլում գտնվող բոլոր միջուկների և էլեկտրոնների դաշտում, որոնցից յուրաքանչյուրը դիտվում է որպես սեփական ալիքային ֆունկցիայով նկարագրվող «անկախ» մասնիկ։ Միաէլեկտրոնային մոլեկուլային օրբիտալների ստացվում է որպես ատոմական օրբիտալների (ԱՕ) գծային կոմբինացիա (ԱՕԳԿ)։ Այդ հնարավորություն է տալիս ինքնահամաձայնեցված դաշտի, առանց փորձնական տվյալների (օգտագործելով միայն ֆիզիկական ունիվերսալ հաստատունները) կիրառելով ինքնահամաձայնեցված դաշտի եղանակը, կատարել հաշվարկներ ավելի քան հարյուր էլեկտրոն պարունակող համակարգերի համար։ Լայն տարածում են գտել կիսափորձնական եղանակները․մոլեկուլային օրբիտալների տարատեսակներից պարզագույնը Հյուկելի եղանակն է (ՀՄՕ), որի տարածված տարատեսակը ՀՄՕ—ԱՕԳԿ-ն է։ Քվանտային քիմիայի կիսափորձնական եղանակների օգնությամբ արվել են մի շարք որակական բնույթի հետնություններ (մտցվել են քիմիական կապի և միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների տեսությունների սկզբնական պատկերացումները, մշակվել են մոլեկուլային սպեկտրաչափության հիմունքները են)։ Հաշվողական տեխնիկայի զարգացումը (1960-ական թթ․) հնարավոր դարձրեց իրականացնել կիսափորձնական եղանակների քանակական տարբերակները, զարգացան ոչ փորձնական (տեսական) եղանակները, միջին մեծության մոլեկուլների (20—30 էլեկտրոն) էլեկտրոնային կառուցվածքի հաշվարկումն իրականացվում է նրանց տարածական կառուցվածքը, ֆիզիկ, հատկությունները և սպեկտրները բավարար ճշտությամբ կանխատեսելու համար։ ժամանակակից Քվանտային քիմիան մշակում է նաև նոր խնդիրներ և եղանակներ (քիմիական համակարգերում միջուկների շարժման քվանտային տեսություն են)։