آموزشی علم شیمی

[HAN]

شیمی فیزیک بر پایهٔ فیزیک پیشرفته «مدرن» بنا شده‌است. اصولاً می‌توان تمام سیستم‌های شیمیایی را با استفاده از تئوری مکانیک کوانتوم شرح داد. این تئوری از لحاظ ریاضی پیچیده بوده و عمیقاً شهودی است. به هر حال در عمل و به‌طور واقعی تنها بررسی سیستم‌های سادهٔ شیمیایی قابل بررسی با مفاهیم مکانیکی کوانتوم امکان‌پذیر است و در اکثر مواقع باید از تقریب استفاده کرد «مانند تئوری کاری دانسیته». بنابراین درک کامل مکانیک کوانتوم برای تمامی مباحث شیمی کاربرد ندارد؛ زیرا نتایج مهم این تئوری «بخصوص اربیتال اتمی» با استفاده از مفاهیم ساده‌تری قابل درک و به‌کارگیری هستند.

 

[HAN]

با اینکه در بسیاری موارد ممکن است مکانیک کوانتوم نادیده گرفته شود، اما از مفهوم اساسی آن، یعنی کوانتومی‌کردن انرژی، نمی‌توان صرف نظر کرد. شیمی‌دان‌ها برای بکارگیری کلیه روش‌های طیف نمایی به آثار و نتایج کوانتوم وابسته‌اند. علم فیزیک هم ممکن است مورد بی‌توجهی واقع شود، اما به هر حال برآیند نهایی آن «مانند رزونانس مغناطیسی هسته‌ای» پژوهیده و مطالعه می‌شود.

 

[HAN]

یکی دیگر از تئوری‌های اصلی فیزیک مدرن که نباید نادیده گرفته شود نظریه نسبیت است. این نظریه که از دیدگاه ریاضی پیچیده‌است، شرح کامل فیزیکی علم شیمی است. مفاهیم نسبیتی تنها در برخی از محاسبات خیلی دقیق ساختمان هسته، به‌ویژه در عناصر سنگین‌تر، کاربرد دارند و در عمل تقریباً با شیمی پیوند ندارند.

 

[HAN]

ساختار شیمیایی شامل هندسهٔ مولکولی، ساختار الکترونی و ساختار کریستالی مولکول است. هندسه مولکولی اشاره به آرایش فضایی اتم‌ها در یک مولکول و نحوهٔ چیدمان پیوندهای شیمیایی اتم‌ها باهم می‌باشد. هندسهٔ مولکولی می‌تواند بسیار ساده باشد، مانند اکسیژن دواتمی یا مولکول‌های نیتروژن، یا بسیار پیچیده باشد مانند پروتئین‌ها یا مولکول دی‌ان‌ای. هندسه مولکولی را می‌توان تقریباً با استفاده از یک فرمول ساختاری نشان داد. ساختار الکترونی توصیف اشغال اوربیتال‌های مولکولی یک مولکول توسط الکترون‌ها است. نظریهٔ ساختار شیمیایی در دهه‌های ۱۸۵۰ و ۱۸۶۰ توسط شیمی‌دان‌های مختلف، از جمله فریدریش آگوست ککیوله، آرچیبالد اسکات کوپر و الکساندر بوتلروف توسعه داده شد. این شیمیدانان نشان دادند که ترکیبات شیمیایی از گروه‌های فرعی و گروه‌های عاملی تشکیل شده‌اند، اما ساختار با نظم مشخصی بر اساس ظرفیت ظرفیت شیمیایی اتم‌ها شکل گرفته‌اند.