La química quàntica, una de les principals conseqüències de la mecànica quàntica
Alguns fenòmens trobats en el segle XIX, com la radiació del cos negre o els espectres atòmics, no podien explicar les mecàniques clàssiques ordenades segons les lleis de Newton i les lleis de l'electromagnetisme de Maxwell. En aquest sentit, es va començar a construir el que avui coneixem com a mecànica quàntica. En aquest procés es van establir algunes fites importants. La primera d'elles va ser que Max Planck declarés en 1900 que l'energia de la radiació electromagnètica estava quantificada, és a dir, que l'energia de la radiació d'una determinada longitud d'ona o freqüència no podia prendre qualsevol valor, i que havia de ser múltiple de E=hνs (sent h la constant de Planck i la freqüència σ).
Posteriorment, en 1905, Albert Einstein va exposar l'efecte fotoelèctric, és a dir, va afirmar que en alguns metalls la radiació electromagnètica podria provocar l'alliberament d'alguns electrons, i que la radiació electromagnètica estava composta de fotons, i que quan la llum atacava la matèria, cada electró, prenent l'energia d'un fotó, podia sortir de l'estructura del metall, si aquesta energia era superior a un valor.
Finalment, Louis De Broglie, en 1923, va establir el principi de doble condició de corpuscle ondulatori. Segons aquest principi, els electrons i altres estructures a nivell d'àtom tenien al mateix temps la forma d'ona i corpuscle, i la longitud d'ona depèn del moment lineal m·v:
λ=h/mv
Aquest doble caràcter permetia explicar tots els fenòmens que es produïen en ells. Per exemple, un fil d'electrons, en passar per una ranura, donava patrons de difracció com la radiació.
Tenint en compte aquests principis, en 1925, Werner Heisenberg i Erwin Schrödinger, cadascun pel seu costat, van formular les anomenades Mecàniques matricials i Mecànica de les Ondas. Van lluitar durant algun temps, volent cadascun defensar el seu i devaluar el que l'altre havia fet. no obstant això, en 1926, el propi Erwin Schrödinger va demostrar que totes dues expressions eren compatibles.
Finalment, en 1928, Paul Dirac va unir la mecànica quàntica amb la teoria de la relativitat, fent així un buit a la magnitud spin.
L'origen de la química quàntica
Es pot dir que la química quàntica és una de les principals conseqüències o aplicacions de la mecànica quàntica. De fet, l'equació de Schrodinger permet analitzar l'evolució d'un sistema químic, sense entrar en un laboratori. Això permet analitzar estructures que encara no s'han sintetitzat o analitzar fenòmens que no es poden obtenir en el laboratori i que es produeixen en condicions extremes. Aquesta equació, no obstant això, només pot ser resolta analíticament per a sistemes d'un sol electró. Per a la resta dels casos s'han desenvolupat múltiples aproximacions.
En aquest sentit, la Teoria de la Densitat Funcional (DFT) va suposar una fita important dins de la química quàntica. a través del desenvolupament de Kohn i Sham en 1965, l'energia de tot el sistema es representa com a funcional de la densitat electrònica, per la qual cosa és suficient conèixer la densitat electrònica (segons tres variables) en lloc de les coordenades de tots els electrons (variable 3N). La qüestió és que no sabem com és la forma concreta d'aquesta densitat funcional, i avui dia s'utilitza un funcional diferent per a cada tipus de sistema.
Amb intel·ligència artificial
Un dels problemes de la química quàntica és que té un alt cost computacional. En definitiva, quan es resolen les equacions de la mecànica quàntica, és necessari tenir en compte explícitament els electrons dels àtoms. En aquest sentit, avui dia, a través de l'aprenentatge automatitzat, és possible aconseguir àrees de força amb una precisió similar a la DFT. Això ajuda molt a l'estudi dels sistemes periòdics d'estructures sòlides, ja que a més de permetre l'anàlisi de superceldas més grans, podrien simular intervals de temps molt més llargs en dinàmiques moleculars.
En definitiva, es considera que d'aquesta manera es poden obtenir resultats de precisió similars als de la mecànica quàntica amb el cost computacional de la mecànica clàssica.
-> Pilar bàsic de la ciència moderna
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian