Chimie quantique - Définition et Explications

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La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.

La description du comportement électronique des atomes et des molécules pour expliquer leurs réactivités est une application de la chimie quantique.

Bref historique

Comme les études sur la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) sont considérées comme étant à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux...) entre la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), elles ne font donc généralement pas partie de la chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.), mais ce que l'on considère comme le premier calcul de chimie quantique fut fait par les scientifiques allemands Walter Heitler et Fritz London sur la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) en 1927. La méthode de Heitler et London fut étendue aux États-Unis par les chimistes John C. Slater et Linus Pauling (Linus Carl Pauling (28 février 1901 à Portland, Oregon, États-Unis -...) pour devenir la méthode " Valence-Bond (VB) " (ou Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)). Dans cette méthode, l'attention est surtout portée sur l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) des paires électroniques, et elle corrèle assez bien avec la manière classique de représentation des liaisons chimiques par les chimistes.

Une autre approche développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) par Friedrich Hund et Robert S. Mulliken, dans laquelle les électrons sont décrits comme des fonctions mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...) délocalisées sur l'entier de la molécule. L'approche de Hund-Mulliken plus communément appelée méthode des orbitales moléculaires, même si elle se montre moins intuitive pour les chimistes est celle qui permet le mieux à prédire les propriétes des molécules, et est donc la méthode la plus utilisée de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...).

Les équations de la chimie quantique devenant très rapidement trop complexes pour être résolues exactement, il est courant d'en faire une résolution numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) approchée à l'aide de supercalculateurs.

Modèles et approximations utilisés en chimie quantique

  • Description de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) par une fonction d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...)
  • L'approximation de Born-Oppenheimer (L'approximation de Born-Oppenheimer, également connue sous le nom d'approximation adiabatique, est...)
  • L'approximation orbitale (Un système chimique (molécules, ions...) est constitué de noyaux et d'électrons. Dans le cadre...)
  • L'approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) de Slater

Méthodes de calcul

  • Méthode Hartree-Fock
  • Méthode post-Hartree-Fock
  • Méthodes Monte Carlo Quantiques
  • Méthodes semi-empiriques
  • Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de la fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...)

Quelques scientifiques impliqués dans le développement de la chimie quantique:

  • Erich Hückel
  • Rudolph Pariser
  • Robert G. Parr
  • John Pople
  • Henry Eyring
  • Bernard Vidal
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