La chimie quantique, l'une des principales conséquences de la mécanique quantique
Certains phénomènes rencontrés au XIXe siècle, comme le rayonnement du corps noir ou les spectres atomiques, ne pouvaient pas expliquer les mécaniques classiques formées selon les lois de Newton et les lois de l'électromagnétisme de Maxwell. À cet égard, ils ont entrepris de compléter ce que nous appelons aujourd'hui la mécanique quantique. Plusieurs étapes importantes ont été franchies au cours de ce processus. La première était que Max Planck déclarait en 1900 que l'énergie de rayonnement électromagnétique était quantifiée, c'est-à-dire que l'énergie de rayonnement d'une longueur d'onde ou d'une fréquence donnée ne pouvait pas prendre n'importe quelle valeur et devait être un multiple d'E=hsein (étant la constante de h Planck et la fréquence non).
Après cela, en 1905, Albert Einstein a expliqué l'effet photoélectrique, indiquant que le rayonnement électromagnétique dans certains métaux peut provoquer la libération de certains électrons, et que le rayonnement électromagnétique est également composé de photons, et que lorsque la lumière attaque la matière, chaque électron, prenant l'énergie d'un photon, peut sortir de la structure du métal si cette énergie est supérieure à une valeur.
Pour conclure, Louis De Broglie établit, en 1923, le principe de la double nature de corpuscule. Selon ce principe, les électrons et autres structures au niveau des atomes avaient à la fois un caractère d'onde et de corpuscule, et la longueur d'onde dépendait du moment linéaire m·v:
λ=h/mv
Ce double caractère permettait d'expliquer tous les phénomènes qui se produisaient en eux. Par exemple, un fil d'électron, passant par une fente, donnait des motifs de diffraction tels que le rayonnement.
C’est en gardant ces principes à l’esprit qu’en 1925, Werner Heisenberg et Erwin Schrödinger formulèrent séparément ce que l’on appelle la mécanique matricielle et la mécanique des ondes. Pendant quelque temps, ils se disputèrent, chacun voulant défendre le sien et dévaloriser ce que l'autre avait fait. en 1926, cependant, Erwin Schrödinger lui-même a prouvé que les deux déclarations étaient compatibles.
En 1928, Paul Dirac fusionne la mécanique quantique et la théorie de la relativité pour faire place à la magnitude spin.
La naissance de la chimie quantique
On peut dire que la chimie quantique elle-même est l'une des principales conséquences ou applications de la mécanique quantique. En effet, en résolvant l'équation de Schrodinger, on peut étudier l'évolution d'un système chimique sans entrer dans un laboratoire. Et cela permet d'étudier des structures qui n'ont pas encore été synthétisées ou des phénomènes qui ne peuvent pas être obtenus en laboratoire et qui se produisent dans des conditions extrêmes. Cette équation, cependant, ne peut être résolue analytiquement que pour les systèmes à un seul électron. Pour les autres cas, diverses approches ont été développées.
En ce sens, la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) a été une étape importante dans la chimie quantique. grâce au développement fourni par Kohn et Sham en 1965, l'énergie du système entier est exprimée comme fonctionnelle de la densité d'électrons, il suffit donc de connaître les coordonnées de tous les électrons (3N variables) plutôt que la densité d'électrons (selon trois variables). Le fait est que l'on ne connaît pas la forme exacte de cette fonction de densité et qu'on utilise actuellement une fonction différente pour chaque type de système.
L'intelligence artificielle l'accompagne
L'un des problèmes de la chimie quantique est qu'elle a un coût de calcul élevé. Après tout, lorsque les équations de la mécanique quantique sont résolues, il est nécessaire de considérer explicitement les électrons des atomes. En ce sens, aujourd'hui, grâce à l'apprentissage automatisé, il est possible d'obtenir des champs de force avec une précision similaire à celle du DFT. Cela contribue grandement à l'étude des systèmes périodiques de structures solides, qui pourraient non seulement permettre l'étude de supercellules plus grandes, mais aussi simuler des intervalles de temps beaucoup plus longs dans les dynamiques moléculaires.
Fondamentalement, on pense que de cette façon, avec le coût de calcul de la mécanique classique, on peut obtenir des résultats aussi précis que la mécanique quantique.
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