پاورپوینت کامل و جامع با عنوان مبانی شیمی کوانتومی در 284 اسلاید - دانلود فایل

دانلود فایل پاورپوینت کامل و جامع با عنوان مبانی شیمی کوانتومی در 284 اسلاید

دانلود فایل پاورپوینت کامل و جامع با عنوان مبانی شیمی کوانتومی در 284 اسلاید

دید کلیشیمی کوانتومی ، دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است. اثر شیمی کوانتومی ، در شاخه های وابسته به شیمی قابل لمس است. مثلا :

علمای شیمی فیزیک ، مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها ، در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی) ، در محاسبات نظری خواص مولکولی ، برای محاسبه خواص حالات گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش ، برای فهم نیروهای بین مولکولی و بالاخره برای بررسی ماهیت پیوند درجامدات بکار می برند.
علمای شیمی آلی از مکانیک کوانتومی ، برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها ، محاسبه خواص واسطه های واکنش ، بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی ، پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای NMR استفاده می کنند.
علمای شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده می کنند.
علمای شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است، در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود می برند.

فرضیه پلانک ، سرآغاز مکانیک کوانتومیدر سال 1900، "ماکس پلانک" ، نظریه ای ابداع کرد که با منحنی های تجربی تابش جسم سیاه ، مطابقتی عالی از خود ارائه داد. فرض او این بود که اتمهای جسم سیاه ( ماده ای که تمام نورهای تابیده به آن را جذب کند ) ، تنها قادرند نورهایی را گسیل سازند که مقادیر انرژی آنها توسط رابطه hv داده می شود. در رابطه ، v فرکانس تابش و h ، ثابت تناسب است که به ثابت پلانکمعروف است. با قبول مقدار ، منحنی هایی بدست می آیند که با منحنی های تجربی جسم سیاه کاملا مطابقت دارند. کار پلانک سرآغاز مکانیک کوانتومی بود.

به دنبال پلانک ، "انیشتین" نیز مشاهدات مزبور را بر اساس اندیشه تشکیل نور از اجزایی ذره گونه تشریح کرد که آنها را فوتون نامید که انرژی هر یک از آنها برابر است با:
احتمال و مکانیک کوانتومیموضوع احتمال ، یک نقش اساسی را در مکانیک کوانتومی ایفا می کند. در مکانیک کوانتومی ، سروکار ما با احتمالاتی است که با متغیر پیوسته ای مانند مختصه x درگیرند. صحبت از احتمال پیدا شدن یک ذره در یک نقطه خاص مانند x = 0.5000 حاوی چندان معنایی نیست، زیرا تعداد نقطه ها در روی محور xنامتناهی ، ولی تعداد در اندازه گیریهای ما به هر حال متناهی است و از این رو ، احتمال وصول با دقت به 0.5000 بی نهایت کم خواهد بود.

این است که به جای آن از احتمال یافتن ذره در یک فاصله کوتاه از محور x ، واقع بین x+dx , xصحبت می شود که در آن dx یک طول بینهایت کوچک است. طبیعتا احتمال فوق متناسب با فاصله کوچک dx بوده و و برای نواحی مختلف محور x متغیر خواهد بود. بنابراین احتمال اینکه ذره در فاصله مابین x و x+dx پیدا شود، مساوی g(x)dx است که در اینجا (g(x بیانگر نحوه تغییرات احتمال روی محور x است. تابع (g(x چون برابر مقدار احتمال در واحد طول است، لذا چگالی احتمال نامیده می شود.

چون احتمالات ، اعداد حقیقی و غیر منفی اند، لذا (g(x باید یک تابع حقیقی باشد که همه جا غیر منفی است. تابع موج می تواند هر مقدار منفی و یا مقادیر مختلط را به خود بگیرد و از این نظر به عنوان یک چگالی احتمال محسوب نمی شود. مکانیک کوانتومی به عنوان یک اصل می پذیرد که چگالی احتمال برابر است.
اصل عدم قطعیت هایزنبرگاندیشه "بوهر" مبنی بر اینکه هر الکترون در اتم ، تنها می تواند کمیتهای معین انرژی را دارا باشد، گام مهمی در رشد و تکوین نظریه اتمی بود (مدل اتمی بوهر). نظریه بوهر برای توجیه طیف اتم هیدروژن ، مدلی رضایت بخش ارائه کرد، اما تلاش برای بسط نظریه به منظور تشریح طیف اتمهای دارای بیش از یک الکترون ناموفق بود. دلیل این مشکل به زودی آشکار شد.

در نگرش بوهر ، الکترون به عنوان ذره ای باردار متحرک ، در نظر گرفته می شود. برای پیش بینی دقیق مسیر یک جسم متحرک ، دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه معین ضروری است.اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (19266) نشان می دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون ناممکن است. هرچه تلاش کنیم که یکی از این کمیتها را دقیقتر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر ، نامطمئن تر هستیم.

مشاهده اشیا با دریافت انعکاس پرتوهای نوری که برای روشن کردن آنها بکار رفته است، امکان پذیر است. برای تعیین موقعیت جسمی به کوچکی یک الکترون ، تابشی با طول موج به غایت کوتاه مورد نیاز است. چنین تابشی ، طبعا فرکانس بسیار بالایی خواهد داشت و بسیار پرانرژی خواهد بود. وقتی این تابش به الکترون برخورد کند، سبب تغییر تندی و جهت حرکت آن می شود. از این رو هر گونه تلاش برای تعیین موقعیت الکترون ، اندازه حرکت آن را به شدت تغییر می دهد. فوتونهایی که طول موج بلندتر دارند، کم انرژی ترند و تاثیر کمتری بر اندازه حرکت الکترون می گذارند، ولی به علت بلندی طول موجشان ، نخواهند توانست موقعیت دقیق الکترون را نشان دهند.

از این رو ، این دو نوع عدم قطعیت با هم مرتبطند. به گفته هایزنبرگ ، حاصلضرب عدم قطعیت در مورد یک شیء ، و عدم قطعیت در اندازه حرکت آن ، ، برابر یا بزرگتر از حاصل بخش ثابت پلانک ، h و 4π است:

عدم قطعیت در اندازه گیری ، برای اشیایی به کوچکی الکترون بسیار مهم است، در حالی که برای اشیا با اندازه معمولی بی اهمیت است.

معادله شرودینگر
اصل عدم قطبیت هایزنبرگ نشان می دهد که هر نوع کوشش در راه جامعتر و دقیق کردن مدل بوهر ، بی نتیجه است، زیرا تعیین دقیق مسیر الکترون در یک اتم ناممکن است. از سوی دیگر ، "شرودینگر" ، رابطه دوبروی را برای تدوین معادله ای بکار برد که الکترون را برحسب خصلت موجی آن توصیف می کند.

معادله شرودینگر پایه مکانیک موجی است. معادله برحسب یک تابع موجی برای الکترون نوشته می شود. وقتی معادله برای الکترون در اتم هیدروژن حل می شود، یک سلسله تابع موجی بدست می آید. هر تابع موجی به یک حالت معین انرژی برای الکترون مربوط است و ناحیه ای در اطراف هسته را توضیح می دهد که در آن ، امکان یافتن الکترون وجود دارد. تابع موجی یک الکترون آنچه را که یک اوربیتال نامیده می شود، توضیح می دهد.

شدت هر موج ، با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجی ، ، تابع دامنه است. مقدار برای یک حجم کوچک در هر موقعیتی در فضا ، متناسب با چگالی بار الکترونی در آن حجم است.

می توان تصور کرد که بار الکترون به سبب حرکت سریع الکترون به صورت ابر باردار در فضای دور هسته گسترده شده است. این ابر در برخی نواحی غلیظتر از نواحی دیگر است. احتمال یافتن الکترون در هر ناحیه معین متناسب با چگالی ابر الکترونی در آن ناحیه است. این احتمال در ناحیه ای که ابر الکترونی غلیظتر است، بیشتر خواهد بود. این تفسیر کوششی برای توصیف مسیر الکترون ، به عمل نمی آورند، بلکه فقط پیش بینی می کند که احتمال یافتن الکترون در کجا بیشتر است.

فهرست مطالب:
فصل اول: مکانیک کلاسیک منظومه های ذره ای
مختصات و درجه های آزادی منظومه
سرعت و تکانه ذره
معادله دیفرانسیل حرکت
تکانه زاویه ای
مولفه تکانه زاویه ای
کار انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل
انرژی جنبشی
انرژی پتانسیل
اصل بقای انرژی
مکانیک لاگرانژ،هامیلتون و ژاکوبی
و...
فصل دوم: پایه های مکانیک کوانتومی
کاربرد مکانیک کوانتومی
آزمایش دو شکاف
رابطه دوبروی
اصل عدم قطعیت
و...
فصل سوم: اصول موضوع مکانیک کوانتومی
تابع موجی یا تابع حالت
اصل موضوع اول
شرایط مرزی و نرمالیزه بودن تابع موجی
شرط نرمالیزه
اصل موضوع دوم: اپراتورها
خواص اپراتورها
اپراتور خطی
اپراتور هرمیتیک
تابع ویژه و مقدار ویژه اپراتور
اصل موضوع سوم: مقدار قابل انتظار برای کمیت مشاهده پذبر
اصل موضوع چهارم: معادله شرودینگر
معادله شرودینگر وابسته به زمان و مستقل از زمان
حالت های ایستا
و...
فصل چهارم: مطالعه چند الگوی کوانتومی ساده
ذره آزاد
رابطه عدم قطعیت
بسته موج
ذره در جعبه یک بعدی
نقاط گره تابع موج
ذره در جعبه سه بعدی
مدل ذره در جعبه مکعبی
نوسانگر هارمونیک
توابع ویژه نوسانگر هارمونیک
تجزیه حرکت مولکول
چرخنده صلب
تکانه زاویه ای چرخنده طلب
و...
فصل پنجم: حرکت در فضای سه بعدی
اندازه حرکت زاویه ای سه بعدی
مفهوم فیزیکی جابجایی پذیری اپراتورها
تابع موج چرخنده صلب سه بعدی
و...
فصل ششم: اتم هیدروژن
هامیلتونی اتم هیدروژن
حل معادله و یافتن R
چند جمله ای های لاگر
توابع موج و انرژی الکترونی اتم تک الکترونی
تابع توزیع شعاعی
اسپین الکترون
آزمایش اشترن-گرلاخ
و...
فصل هفتم: اتم های چند الکترونی
روشهای تقریبی
روش تغییر متغیر
اثبات قضیه
روش تغییر پارامتر
روش اختلال
اختلال مرتبه اول
و...

شیمی کوانتومی

معادله شرودینگر

هامیلتونی

اپراتور

چرخنده صلب

مقاله