Квантова хімія

КВА́НТОВА ХІ́МІЯ — між­дисциплінарний роз­діл знань про природу, знаходиться на стику хімії, фізики, математики та кібернетики. К. х. використовує ідеї та методи квантової механіки при роз­рахунках поведінки електронів і атом. ядер у хім. реакціях, а також для поясне­н­ня властивостей молекуляр. систем. Така потенц. можливість стала зро­зумілою ще на поч. 20 ст., однак на практиці подібні роз­рахунки довго залишалися неможливими внаслідок складності рівнянь квант. механіки для систем, які складаються з великої кількості електронів та ядер (атоми, молекули, нанокластери, кри­сталічні та аморфні тверді тіла). Найрозпо­всюдженіший варіант теор. роз­рахунку властивостей багаточастинк. систем базується на роз­вʼязан­ні стаціонар. рівня­н­ня Шредінґера Hψ = Eψ, де H — оператор Гамільтона, E та ψ — повна енергія та хвильова функція від­повід­но. Рівня­н­ня Шредінґера — диференц. лінійне рівня­н­ня другого порядку в частин. похідних. Хвильова функція y залежить від просторових та спінових координат усіх мікрочастинок системи, за допомогою якої фактично можна роз­рахувати макро­скопічні системи. Спін мікрочастинок враховується спец. зав­да­н­ням хвильової функції у ви­гляді т. зв. детермінанта Слетера. Основоположником К. х. в Україні вважають Ю. Кругляка, який після наук. стажува­н­ня у США (1963) вперше в країні створив лаб. квант. хімії в Ін­ституті фіз. хімії АН УРСР (згодом була реорганізована у від­діл квант. механіки молекул Ін­ституту теор. фізики АН УРСР) у Києві. Особливо бурхливий роз­виток К. х. отримала у результаті досліджень австр. фізика В. Кона, який за­пропонував та роз­робив теорію функціонала густини, що до­зволило значно спростити схему роз­рахунків і врахувати кореляц. поправки до енергії, та англ. математика і фізика Дж. Попла, наук. колектив під керівництвом якого створив і продовжує по­стійно удосконалювати компʼютерні про­грами, здатні роз­глядати молекулярні системи великих роз­мірів (лауреати Нобелів. премії з хімії 1988). Нині роботи з роз­витку методів К. х. та її за­стосува­н­ня у наук. дослідже­н­нях проводять у багатьох установах НАНУ та ВНЗах України. Так, в Ін­ституті хімії поверх­ні НАНУ (Київ) діє від­діл квант. хімії та фізико-хімії наносистем, у якому досліджено широке коло адсорбцій. явищ та хім. пере­творень на поверх­ні твердого тіла, що зна­йшли свою інтер­претацію на під­ґрунті квантово-хім. роз­рахунків (кер. В. Лобанов). У Ін­ституті фіз. хімії НАНУ під керівництвом П. Стрижака проводяться квантово-хім. дослідже­н­ня, спрямов. на зʼясува­н­ня каталіт. властивостей нанокластерів металів, їхніх оксидів і вуглец. нано­структур, зокрема вуглец. нанотрубок та графену, в окисно-від­новних та кислотно-основних процесах. Б. Мінаєв у Черкас. університеті за­стосовує методи К. х. до роз­гляду багатьох аспектів фото- та біо­хім. активації молекуляр. кисню. На каф. хімії Донец. університету економіки і торгівлі під керівництвом О. Дмитрука проводяться квантово-хім. дослідже­н­ня реакцій. здатності орган. сполук і механізмів їхніх пере­творень у радикал. процесах окисне­н­ня. Тематика наук. досліджень Д. Бабʼюка у Чернів. університеті зосереджена на квант. описі адіабатич. динаміки бімолекуляр. хім. реакцій у рамках нестаціонар. під­ходу та на бомівському формулюван­ні квант. траєкторій у дослідже­н­нях динаміки реакцій. У Харків. університеті на каф. хім. матеріало­знавства В. Іванов ви­вчає теорію звʼязаних кластерів та нелінійно-оптич. властивостей спряжених систем. Теорію матриці густини та ефекти дис­персій. взаємодій роз­виває А. Лузанов в Ін­ституті монокри­сталів НАНУ (Харків). У пер­спективі роз­виток К. х. спрямов. на ви­вче­н­ня динаміки транс­формації молекуляр. систем та детальніший аналіз поверхонь потенц. енергії у за­стосуван­ні до динаміч. задач.

Завантажити статтю