Kvantová chemie

Kvantová chemie je obor teoretické chemie, který využívá kvantovou mechaniku a teorii kvantového pole k řešení chemických problémů. Studuje stavy jednotlivých atomů a molekul - jejich stabilní, excitované a přechodné stavy, ke kterým dochází během chemických reakcí. Kvantová chemie leží na rozhraní mezi chemií a fyzikou a dává návod na výpočet vlastností atomů a molekul s pomocí základních fyzikálních konstant.

Jednou z nejdůležitějších oblastí kvantové chemie je popis chování elektronů v atomech a molekulách a jejich vliv na reaktivitu. Porozumění elektronové struktuře atomů a molekul umožnila v roce 1926 Schrödingerova rovnice, která se stala základem kvantové chemie.

Nadšení nad krásou chemie ukryté v jediném vzorci nebylo vždy sdíleno. V roce 1830 Auguste Comte napsal:

Každý pokus o zavedení matematických metod ke studiu chemických problémů musí být považován za hluboce iracionální a odporující duchu chemie. Jestliže by matematika měla hrát někdy významnou úlohu v chemii – úchylka naštěstí málo pravděpodobná – vedlo by to k rychlé degeneraci této vědy.

Ale již o sto let později, roku 1929, napsal zakladatel relativistické kvantové mechaniky Paul Dirac:

Fyzikální zákony, které jsou nezbytné pro matematickou teorii velké části fyziky a veškerou chemii, jsou zcela známy. Jediná potíž tkví v tom, že přesné použití těchto zákonů vede k příliš složitým rovnicím, než aby se daly řešit.

V současnosti je jednou z nejvýznamnějších metod kvantové chemie spektroskopie, která umožňuje získat informace na úrovni atomů a molekul. Nejpoužívanějšími jsou infračervená spektroskopie (IR) a spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR).

Historie kvantové chemie

Historie kvantové chemie začíná objevem katodových paprsků Michaela Faradayem v roce 1838, prohlášením Gustava Kirchhoffaz roku 1859 o problému s radiací černého tělesa, objevem diskrétních energetických stavů fyzikálních systému Ludwiga Boltzmanna z roku 1877 a kvantovou hypotézou Maxe Plancka z roku 1900. Tato kvantová hypotéza definuje energii, kterou vyzařuje atomový systém, jako řadu diskrétních jednotlivých energetických prvků ε určených frekvenci ν a číselnou hodnotu zvanou Planckova konstanta.

V roce 1905 Albert Einstein na základě Planckovy kvantové hypotézy uvedl, že samotné světlo se skládá z jednotlivých kvantových částic, které se od roku 1926 začaly nazývat fotony. V následujících letech se tento teoretický základ začal aplikovat na chemickou strukturu a reaktivitu atomů a molekul. Pravděpodobně největší přínos v této oblasti měl Linus Pauling.

Zrození kvantové chemie jako oboru je připisováno objevu Schrödingerovy rovnice a její aplikací na atom vodíku v roce 1926. Dalšími milníky v historii kvantové chemie jsou články Waltera Heitlera a Fritze Londonaz roku 1927. Jedná se o první aplikaci kvantové mechaniky na molekulu vodíku a jeho chemické vazby.

V následujících letech se kvantové chemii věnovalo mnoho významných vědců, patří mezi ně například Robert S. Mulliken, Max Born, J. Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree, Vladimir Fock.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu kvantová chemie na Wikimedia Commons

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Quantum chemistry na anglické Wikipedii a Quantenchemie na německé Wikipedii.