Kuantum Kimyasına Giriş
Maddelerin hareketleri Isaac Newton'un ortaya koyduğu klasik mekanik kanunları ile açıklanır. Ancak elektron, atom çekirdeği gibi çok küçük taneciklerin hareketlerini açıklamak için bu klasik mekanik kurallarının yeterli olmadığı görülmüştür. Küçük taneciklerin hareketleri kuantum mekaniği prensipleri ile açıklanabilir. Kuantum mekaniğinin doğuşu ise ışığın tanecikli yapısının olduğunu gösteren çalışmalara dayanır.
Kuantum kimyası, kuantum mekaniği prensipleri ile kimyasal problemleri çözen bir bilim dalıdır. Kuantum kimyası kimyanın bütün dallarında kullanılır. Fizikokimya alanında kuantum mekaniği prensipleri, gazların entropi ve ısı kapasitesi gibi termodinamik özelliklerin hesaplanmasında ve moleküler özelliklerin teorik olarak hesaplanmasında, kimyasal reaksiyonlara ilişkin teorik hız sabitlerinin bulunmasında ve molekül içi ve arası kuvvetlerin hesaplanmasında kullanılır.
Molekül için enerji seviyeleri, bağ uzunlukları ve bağ açıları tam doğru olarak hesaplanabilmiştir. Daha büyük moleküller için yaklaış hesaplamalar yapılır. Moleküler kuantum mekaniği hesaplamaları bilgisayarların artan gücüyle hızla artmaktadır.
Kuantum mekaniği spektroskopi anlayışının temelini oluşturur. Spektroskopi, moleküllerin tanımlanması ya da kosantrasyonlarının belirlenmesi için kullanılır. Fakat spektroskopi özellikle fizikokimyada moleküller hakkında bilgi edinmek için önemlidir. Mikrodalga ve uzak infrared spektralar atom çekirdekleri arası mesafe ve bağ açıları üzerine bilgi sağlar. İnfrared ve Raman spektroskopisi titreşim frekansları hakkında bilgi verir. Görünür ve Ultraviole spektroskopisi dissosiyasyon enerjileri ve elektronik uyarılmış haller hakkında bilgi verir.
Lazerlerin gelişimispektroskopi üzerinde önemli bir etki yapmıştır. Nükleer magnetik rezonans ve elektron spin rezonans spektroskopisi kimyanın pratiğinde önemli bir yer tutmaktadır. Nükleer magnetik rezonnansta spine sahip çekirdeklerden yararlanılırken, elektron spin rezonansta meleküllerdeki çiftleşmemiş elektronlardan yararlanılır.
Yukarıda bahsedilenlerden de kolayca anlaşılacağı gibi kuantum kimyası makro boyutta gözlenen özelliklerin doğmasına neden olan mikro olaylarla ilgilenir diyebiliriz.
Kuantum Teorisinin Doğuşu
Ondokuzuncu yüzyılın ikinci yarısında, fizikçiler eksiksiz gözüken konu alanları ile gurur duyuyorlardı. Newton Kanunları ve Maxwell'in elektromagnetik dalga teorisi ilgilendikleri olayları başarılı şekilde açıklıyordu.
Oysa düşük sıcaklıklara gidildikçe ve kısa ve uzun dalga boylu radyasyonlarla deneyler yapıldığında klasik kanunların atomik ve moleküler seviyedeki olayları açıklayamadıkları görüldü. Bu problemler katıların düşük sıcaklıklardaki ısı kapasiteleri, fotoeletrik etki, bir siyah cisimdeki radyasyonun dağılımı ve atomların spektrumuydu.
Kaynaklar |