Química Cuántica Tutorial

Admin Abril 5, 2015 Educación 145 0
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¿Has visto el título de enormes proporciones en el catálogo de cursos, pero ¿qué es exactamente la química cuántica? ¿Y cómo lo hacen los científicos utilizan la química cuántica en su trabajo?

Este artículo responde a estas preguntas, proporcionando una muestra del material cubierto en clase grado en química cuántica.

El "Quantum" en Química Cuántica

A finales de 1800, los resultados de varios experimentos ya famosas han llevado a los científicos a cuestionar la validez de la física clásica, en la que la energía puede tomar cualquier valor. Max Planck comenzó a responder a esta pregunta, lo que sugiere que la energía radiada es absorbida o emitida en paquetes discretos. Albert Einstein se ha ampliado la propuesta afirmando que la energía existe sólo en aquellos paquetes discretos llamados fotones. Esta revolucionaria forma de pensar acerca de la energía pronto se extendió a descubrimientos similares sobre la materia y la formulación de una teoría cuántica.

"Quantum" se refiere a discretos, la naturaleza progresiva de las propiedades estudiadas (energía, niveles de energía de los átomos, las órbitas de los electrones alrededor de los átomos). Como analogía floja, si pensamos en la representación física clásica de estas propiedades como una línea, entonces la mecánica cuántica pueden ser considerados como puntos a lo largo de esa línea desconectados.


Ecuación

Schrodinger

Los postulados de la mecánica cuántica se pueden expresar mediante ecuaciones diferenciales o matrices/álgebra lineal. La mayoría de los cursos de grado en química cuántica abordan el tema a través de ecuaciones diferenciales, y la ecuación de onda de Schrödinger es el punto de partida.

La ecuación de Schrödinger es una descripción del comportamiento ondulatorio de las partículas. Mediante la aplicación de algunos operadores matemáticos, la ecuación Schrodinger puede producir el impulso, la posición, la energía, y otra partícula observable (aunque no necesariamente al mismo tiempo).

Partícula en una caja

El problema de la partícula en una caja es un ejercicio de comprensión de la física fundamental de la ecuación de Schrödinger y sus soluciones.

Tal vez pensaba más correctamente como "partícula en una línea," el problema muestra un escenario en el que una partícula está confinada a una caja unidimensional, y puede viajar en el eje x entre 0 y una longitud no especificada "a." Con esta sencilla solución de problemas de matemáticas, los estudiantes pueden ver por sí mismos que la energía de la partícula se cuantifica, como es la práctica de encontrar otro observable y considerar el significado físico de las respuestas.

Otras Aplicaciones de la Química Cuántica

Un título en química cuántica supuesto también discutir la mecánica cuántica de una partícula en una caja tridimensional, en un anillo, y un átomo de hidrógeno (en particular, un electrón en un átomo de hidrógeno). Los estudiantes de química cuántica puede esperar orbitales matemáticamente electrónicos Nuevo campo para el átomo de hidrógeno, y para aproximar el comportamiento de los electrones en el helio, otros átomos y moléculas.

La química cuántica se utiliza en una amplia gama de investigación, incluyendo la nanotecnología, la química teórica, la estructura molecular y la unión, y la espectroscopia. Las posibles aplicaciones son infinitas.

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