شغف العلم الذي لا ينتهي

نبذة عن كيمياء الكم وعالم الذرة

نبذة عن كيمياء الكم وعالم الذرة

نبذة عن كيمياء الكم وعالم الذرة


بقلم / هالة عاطف عبد الرؤف سعد الدين

مراجع / د. هبة هاشم- دكتورة الكيمياء العضوية-قسم الكيمياء- جامعة عين شمس

بدايةً قد كان علم الكيمياء نظامًا لاكتشاف و توثيق المواد التى لها تأثيرعلاجي أو غذائي.
و خلال الفترة من القرن السادس عشر حتى الثامن العشر كان من المعروف أن المادة تتكون من مركبات تتنوع وتختلف بناءًا على العناصر الكيميائية المكونة لها والتى كان يبلغ عددها فى ذلك الوقت 90 عنصر لكل منها وزن ذرى فريد.

وقد كان التنوع فى الأوزان الذرية مثير ، حيث وجِدَ أن الليثيوم ،الصوديوم ،البوتاسيوم والسيزيوم يتفاعلون مع الماء بقوة، وأن نشاط هذه الذرات وقوة تفاعلها يزداد بزيادة أوزانها الذرية ، أدى هذا الاكتشاف إلى ترتيبهم فى الجدول الدورى فى القرن التاسع عشر.

وفى القرن العشرين ، درس الكيميائيون تركيب الذرات وتم إكتشاف الإلكترونات عام 1897 من قِبَل العالم طومسون حيث أظهر وجود جسيمات أساسية أخرى فى الذرة.

بعد أربعة عشر عامًا ، اكتشف رذرفورد أن معظم كتلة الذرة تكمُن فى نواة صغيرة يبلغ نصف قطرها 100000مرة أصغر من الذرة ، فى غضون ذلك افترض ماكس بلانك أن الضوء عبارة عن حزمة من الفوتونات .

أدت هذه الاكتشافات إلى مفاهيم جديدة ،وبدمج هذه المفاهيم والاكتشافات تظهر أفكار جديدة منها نظرية الكم- المبدء الأساسي لعلم كيمياء الكم.

 

تقدم هذه النظرية تفسيرات لظواهر العالَم الذرى كله، فى هذا العالَم المجهرى تُقاس المسافات بوحدات النانوميتر والفانتوميتر ( (fermi

 

فما هي إذأ كيمياء الكم؟؟؟

كيمياء الكم هى فرع من فروع الكيمياء يَستخدم مبادئ ميكانيكية لمعالجة عدد من الجوانب والظواهر المرتبطة بالنظم والتفاعلات الكيميائية.

ويشار إليها أيضا بالكيمياء الحاسوبية حيث يتم استخدام الخوارزميات الحاسوبية لحل معادلة شرودنجر لنظام كيميائي معين للتنبؤ بسلوكه أو خصائصه .

 

وتقوم بشكل أساسي على حل معادلة شرودنغر، تلك المعادلة الرياضية التى تصف حالة النظم الكمومية التي تعتمد على الزمن، حيث تتنبأ بمسار التفاعلات وتتنبأ بنتائجها وبالتالي يمكن رسم صورة زمنية واضحة لنظام ما.

 

و لقد أدى حل معادلة شرودنجر لذرة الهيدروجين إلى تحديد مستويات الطاقة أو المدارات التى تصور الصورة الكمية الكيميائية  للذرة.و من خلال معرفة مستويات الطاقات يمكن تحديد عدد من الخصائص مثل البنية الإلكترونية والكميات الديناميكية الحرارية وثوابت المعدل والبيانات الطيفية. وحيث أن لا يمكن حل معادلة شرودنغر إلا لذرة الهيدروجين ( لبساطة تركيبها الذرى )، فإستنادًا إلى هذه الأساليب المختلفة يمكن إجراء عمليات المحاكاة والحسابات على مجموعة متنوعة من الأنظمة التى تترواح من أنظمة صغيرة تتكون من حفنة من الذرات إلى بروتينات كاملة .

 

وهكذا تعد الكيمياء النظرية أداة قوية نستطيع من خلالها إما بشرح القياسات التجريبية أو التنبؤ بالسلوكيات التى لم يتم ملاحظتها بعد.

ويعد أيضا تصميم الأدوية الحاسوبية أيضا أحد أكثر التطبيقات للكيمياء الحاسوبية حيث يمكن فحص آلاف المركبات بسهولة وسرعة من حيث البنية والطاقة والتأثير البيولوجي.

وهناك دراسات في معهد بيتسبرغ بالولايات المتحدة الأمريكية على القوى الكيميائية الأساسية التى تتحكم فى التكوين والبنية الذرية والخصائص الإلكترونية الضوئية لجسميات النانو من أجل تطبيقات المعالجة البيئية والتحفيز .

 

و لنظرية الكم العديد من المقاربات الرياضية لكن الفلسفة هى نفسها بشكل أساسي ،وتعتبر ميكانيكا الكم هى أساس الكيمياء لأنها تتعامل مع الجسيمات دون الذرية وكذلك الذرات والجزيئات والعناصر والمركبات والأنظمة الأكبر بكثير .

 

على المستوى دون الذرى لا توجد حدود بين الجسيمات والموجات ففي الواقع يجب النظر إلى كل من الجسيمات وخصائص الموجة فى وقت واحد لنظام ما ( فمثلا لا يمكن النظر للإلكترون على أنه جسيم فقط حيث أن للإلكترون حركة موجية وبالتالى فإننا لا نستطيع أن نفصل بين الجسيم وحركته الموجية ).

فبدراسة ميكانيكا الكم نجد أنها تقودنا إلى فهم المادة والكون خارج الإدراك العام للمادة بحواسنا العادية .

كانت هذه نبذة بسيطة عن عالم الكم ولنا معها لقاءات أخرى بإذن الله .

 

 

 


ليست هناك تعليقات