كيمياء الكم المعروفة أيضًا باسم الكيمياء الفيزيائية أو ميكانيكا الكم، هي فرع من فروع الكيمياء التي تطبق مبادئ ومعادلات ميكانيكا الكم على دراسة الجزيئات، وتركز على ترشيد وشرح سلوك الجسيمات الكمومية داخل الذرة تسمى الجسيمات دون الذرية، وهناك ثلاثة أنواع من الجسيمات دون الذرية داخل كل ذرة: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.
كيمياء الكم
يتضمن تعريف كيمياء الكم في النطاق الكامل تحليلًا نظريًا للبروتونات والنيوترونات والإلكترونات بالإضافة إلى التركيب الإلكتروني والديناميكيات الجزيئية، حيث تعتبر البنية الإلكترونية والديناميات الجزيئية موضوعات مركزية في كيمياء الكم.
يركز موضوع التركيب الإلكتروني على السلوك الإلكتروني للذرات والجزيئات من أجل التنبؤ أو تفسير تفاعلها أو خصائصها الكيميائية والفيزيائية، كما يدرس الحالات الأرضية والحالات المثارة والحالات الانتقالية التي تحدث أثناء التفاعلات الكيميائية، ويتضمن موضوع الديناميات الجزيئية تحليل الحركة الفيزيائية والفضاء التوافقي للذرات والجزيئات.
تاريخ كيمياء الكم
بدأت أصول كيمياء الكم في عام 1926 مع معادلة شرودنجر للفيزيائي “إروين شرودنغر”، تليها مقالة في عام 1927 من الفيزيائيين “والتر هيتلر”، “فريتز لندن”. كانت هذه المقالة هي التفسير الأول في ميكانيكا الكم للترابط الجزيئي في جزيء الهيدروجين ثنائي الذرة والرابطة الكيميائية، ثم ظهر مجال كيمياء الكم عندما تم العثور على الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، الجسيمات دون الذرية الثلاثة المذكورة سابقًا، حيث تم اكتشاف خصائص كل من هذه الجسيمات دون الذرية كالتالي:
- الإلكترونات: أسسها “ج. طومسون” في عام 1897، وهي عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة، ويمكن أن تكون إما مرتبطة بنواة الذرة أو حرة.
- البروتونات: أسسها “إرنست رذرفورد” في أوائل القرن العشرين، هي جسيمات موجبة الشحنة موجودة داخل نواة الذرة.
- النيوترونات: أسسها “جيمس تشادويك “عام 1932، هي جسيمات محايدة في الشحنة وتوجد داخل نواة الذرة.
معادلة شرودنجر
اقترح الفيزيائي إروين شرودنجر النموذج الميكانيكي الكمومي للذرة، حيث عالج الإلكترونات على أنها موجات. واقترح أن الإلكترونات توجد في المدارات المحيطة بالنواة. كما اقترح أن الموقع الدقيق للإلكترون لا يمكن أبدًا أن يُعرف على وجه اليقين المطلق، ولكن بدلاً من ذلك، يمكن تحديد الموقع المحتمل للإلكترون (الاتجاه المداري)، وأيضًا، فإن احتمال العثور على هذا الإلكترون يكون أكبر بالقرب من النواة.
