A química cuántica, unha das principais consecuencias da mecánica cuántica
Algúns fenómenos atopados no século XIX, como a radiación do corpo negro ou os espectros atómicos, non podían explicar as mecánicas clásicas ordenadas segundo as leis de Newton e as leis do electromagnetismo de Maxwell. Neste sentido, comezouse a construír o que hoxe coñecemos como mecánica cuántica. Neste proceso establecéronse algúns fitos importantes. A primeira delas foi que Max Planck declarase en 1900 que a enerxía da radiación electromagnética estaba cuantificada, é dicir, que a enerxía da radiación dunha determinada lonxitude de onda ou frecuencia non podía tomar calquera valor, e que debía ser múltiplo de E=hνs (sendo h a constante de Planck e a frecuencia σ).
Posteriormente, en 1905, Albert Einstein expuxo o efecto fotoeléctrico, é dicir, afirmou que nalgúns metais a radiación electromagnética podería provocar a liberación dalgúns electróns, e que a radiación electromagnética estaba composta de fotóns, e que cando a luz atacaba a materia, cada electrón, tomando a enerxía dun fotón, podía saír da estrutura do metal, si esa enerxía era superior a un valor.
Finalmente, Louis De Broglie, en 1923, estableceu o principio de dobre condición de corpúsculo ondulatorio. Segundo este principio, os electróns e outras estruturas a nivel de átomo tiñan ao mesmo tempo a forma de onda e corpúsculo, e a lonxitude de onda depende do momento lineal m·v:
λ=h/mv
Este dobre carácter permitía explicar todos os fenómenos que se producían neles. Por exemplo, un fío de electróns, ao pasar por unha ranura, daba patróns de difracción como a radiación.
Tendo en conta estes principios, en 1925, Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger, cada un polo seu lado, formularon as chamadas Mecánicas matriciais e Mecánica das Ondas. Loitaron durante algún tempo, querendo cada un defender o seu e devaluar o que o outro fixera. con todo, en 1926, o propio Erwin Schrödinger demostrou que ambas as expresións eran compatibles.
Finalmente, en 1928, Paul Dirac uniu a mecánica cuántica coa teoría da relatividad, facendo así un oco á magnitude spin.
A orixe da química cuántica
Pódese dicir que a química cuántica é unha das principais consecuencias ou aplicacións da mecánica cuántica. De feito, a ecuación de Schrodinger permite analizar a evolución dun sistema químico, sen entrar nun laboratorio. Isto permite analizar estruturas que aínda non se sintetizaron ou analizar fenómenos que non se poden obter no laboratorio e que se producen en condicións extremas. Esta ecuación, con todo, só pode ser resolta analiticamente para sistemas dun só electrón. Para o resto dos casos desenvolvéronse múltiples aproximacións.
Neste sentido, a Teoría da Densidade Funcional (DFT) supuxo un fito importante dentro da química cuántica. a través do desenvolvemento de Kohn e Sham en 1965, a enerxía de todo o sistema represéntase como funcional da densidade electrónica, polo que é suficiente coñecer a densidade electrónica (segundo tres variables) en lugar das coordenadas de todos os electróns (variable 3N). A cuestión é que non sabemos como é a forma concreta desta densidade funcional, e hoxe en día utilízase un funcional diferente para cada tipo de sistema.
Con intelixencia artificial
Un dos problemas da química cuántica é que ten un alto custo computacional. En definitiva, cando se resolven as ecuacións da mecánica cuántica, é necesario ter en conta explicitamente os electróns dos átomos. Neste sentido, hoxe en día, a través da aprendizaxe automatizado, é posible conseguir áreas de forza cunha precisión similar á DFT. Isto axuda moito ao estudo dos sistemas periódicos de estruturas sólidas, xa que ademais de permitir a análise de superceldas máis grandes, poderían simular intervalos de tempo moito máis longos en dinámicas moleculares.
En definitiva, considérase que desta maneira pódense obter resultados de precisión similares aos da mecánica cuántica co custo computacional da mecánica clásica.
-> Pilar básico da ciencia moderna
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian