Química quàntica
Branca de la química / From Wikipedia, the free encyclopedia
La química quàntica és una branca de la química teòrica, que es basa a aplicar tant la mecànica quàntica com la teoria quàntica de camps per tal de resoldre problemes en l'àmbit de la química. La descripció del comportament dels electrons als àtoms i molècules per tal de predir la seva reactivitat és una de les seves aplicacions més immediates. La química quàntica és una disciplina que es troba entre la química i la física, i s'hi han fet contribucions significatives per part de científics d'ambdós camps. La química quàntica té una frontera difusa amb els camps de la física atòmica, la física molecular i la química física.
La química quàntica descriu el comportament fonamental de la matèria a l'escala molecular. Tot i que és teoria és possible descriure qualsevol sistema químic utilitzant aquesta teoria, a la pràctica només els sistemes senzills poden ser explorats de forma realista utilitzant la mecànica quàntica pura, de manera que s'han de fer aproximacions per la majoria de casos pràctics (per exemple, el mètode Hartree-Fok, la teoria del funcional de la densitat DFT, mètodes pertorbatius com el MP2 i MP4 o d'altres com el coupled cluster). Així, no és necessari, en principi, un coneixement exhaustiu de la mecànica quàntica per a la major part d'aplicacions pràctiques, ja que les implicacions més importants d'aquesta teoria (bàsicament l'aproximació que implica l'orbital atòmic) es poden reformular en termes més senzills.
En mecànica quàntica, el hamiltonià d'un sistema, pot ésser expressat com a la suma de dos operadors, un corresponent a l'energia cinètica i l'altre a l'energia potencial. El hamiltonià de l'equació de Schrödinger utilitzada en química quàntica no conté, per exemple, termes deprenents de l'spin de l'electró (com els termes d'interacció spin-òrbita o interacció spin electrònic-spin nuclear) ni termes relativistes, ja que en la majoria de casos aquests són menyspreables. Aquests se solen tractar, si s'escau, de forma pertorbativa.
La solució de l'equació de Schrödinger per a l'àtom d'hidrogen (el sistema químic més senzill possible) dona lloc als orbitals atòmics i a la seva energia relativa. Aquests orbitals es poden utilitzar per descriure àtoms més complexes (com l'heli o el liti) o molècules en el que s'anomena aproximació orbital.