„Quantenchemie“ – Versionsunterschied

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Die '''Quantenchemie''' ist die Anwendung der [[Quantenmechanik]] auf [[Chemie|chemische]] Problemstellungen, z. B. die Beschreibung der elektronischen Struktur von [[Atom]]en und [[Molekül]]en und die Auswirkungen auf ihre Reaktionsfähigkeit und somit ein Teilgebiet der [[Theoretische Chemie|Theoretischen Chemie]]. (Quantenmechanische Untersuchungen an ''Atomen'' werden als Grenzlinie zwischen Chemie und [[Physik]] angesehen und nicht zwingend der Quantenchemie zugeordnet.) Die Grundlage für die meisten quantenchemischen Methoden ist die [[Schrödingergleichung]]. Da diese jedoch selbst innerhalb der [[Born-Oppenheimer-Näherung]] nur für sehr einfache Systeme lösbar ist, müssen weitere Näherungen eingeführt werden.
Die '''Quantenchemie''' ist die Anwendung der [[Quantenmechanik]] auf [[Chemie|chemische]] Problemstellungen, z.&nbsp;B. die Beschreibung der elektronischen Struktur von [[Atom]]en und [[Molekül]]en und die Auswirkungen auf ihre Reaktionsfähigkeit und somit ein Teilgebiet der [[Theoretische Chemie|Theoretischen Chemie]].<ref>{{Literatur |Autor=Errol G. Lewars |Titel=Computational Chemistry |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2016 |Sprache=en |ISBN=978-3-319-30914-9 |DOI=10.1007/978-3-319-30916-3 |Online=http://link.springer.com/10.1007/978-3-319-30916-3 |Abruf=2023-04-24}}</ref> Dabei werden quantenmechanische Untersuchungen an ''[[Atomphysik|Atomen]]'' als Grenzwissenschaft zwischen der Chemie und der [[Physik]] angesehen. Die Grundlage für die meisten quantenchemischen Methoden ist die [[Schrödingergleichung]]. Da diese jedoch selbst innerhalb der [[Born-Oppenheimer-Näherung]] nur für sehr einfache Systeme lösbar ist, müssen weitere Näherungen eingeführt werden.


== Geschichte ==
Als eines der ersten wurde das [[Wasserstoff]]-Molekül quantenchemisch untersucht und berechnet, und zwar 1927 von den deutschen Wissenschaftlern [[Walter Heitler]] und [[Fritz London]]. Die von ihnen entwickelte Methode wurde von den amerikanischen Chemikern [[John C. Slater]] und [[Linus Carl Pauling|Linus Pauling]] zur [[Valenzstrukturtheorie|Valence-Bond (VB)]]- oder ''Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)-Methode'' erweitert. In ihr wird der Fokus auf die Betrachtung der paarweisen Wechselwirkung zwischen Atomen gelegt, sie passt somit gut zur klassischen Betrachtung der [[chemische Bindung|chemischen Bindung]].
Als eines der ersten wurde das [[Wasserstoff]]-Molekül quantenchemisch untersucht und berechnet, und zwar 1927 von den deutschen Wissenschaftlern [[Walter Heitler]] und [[Fritz London]]. Die von ihnen entwickelte Methode wurde von den amerikanischen Chemikern [[John C. Slater]] und [[Linus Carl Pauling|Linus Pauling]] zur [[Valenzstrukturtheorie|Valence-Bond (VB)]]- oder ''Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)-Methode'' erweitert. In ihr wird der Fokus auf die Betrachtung der paarweisen Wechselwirkung zwischen Atomen gelegt, sie passt somit gut zur klassischen Betrachtung der [[chemische Bindung|chemischen Bindung]].


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Mit beiden Ansätzen sind über mathematische [[Näherungsverfahren]] Vorhersagen über stoffliche Eigenschaften möglich.
Mit beiden Ansätzen sind über mathematische [[Näherungsverfahren]] Vorhersagen über stoffliche Eigenschaften möglich.


== Methoden, Modelle und Themengebiete (Auswahl) ==
Die Anwendbarkeit der Quantenchemie in Form von Computerberechnungen findet sich unter [[Computerchemie]].

Einige weiterführende Thematiken sind:
Einige weiterführende Thematiken sind:
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* [[Car-Parrinello-Methode]]
* die [[Hartree-Fock-Methode]] (SCF-Verfahren (SCF: self-consistent field))
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* [[Dichtefunktionaltheorie (Quantenphysik)|Dichtefunktionaltheorie]] (DFT)
* [[Hartree-Fock-Methode]] ([[Self-Consistent-Field-Methode|SCF]]-Verfahren)
* post-HF Methoden (z. B. [[Configuration Interaction]], [[Coupled Cluster|Coupled-Cluster]])
* post-HF Methoden (z. B. [[Configuration Interaction]], [[Coupled Cluster|Coupled-Cluster]])
* [[Quanten-Monte-Carlo-Methode]]
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* die [[Dichtefunktionaltheorie (Quantenphysik)|Dichtefunktionaltheorie]]
* [[Theoretische Chemie#Semiempirische Methoden|Semiempirische Methoden]]
* [[Theoretische Chemie#Semiempirische Methoden|Semiempirische Methoden]]
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* [[Car-Parrinello-Methode]]


== Persönlichkeiten (Auswahl) ==
Folgende Personen waren bzw. sind für die Entwicklung der Quantenchemie von Bedeutung:
Die folgende Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, führt jedoch beispielhaft einige Personen auf, die einschlägige Beiträge zur Quantenchemie geleistet haben.<ref>{{Literatur |Autor=Karl Jug |Titel=Zweihundert Jahre Entwicklung der Theoretischen Chemie im deutschsprachigen Raum |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2015 |ISBN=978-3-662-43364-5 |DOI=10.1007/978-3-662-43365-2 |Online=https://link.springer.com/10.1007/978-3-662-43365-2 |Abruf=2023-04-24}}</ref>
* [[Erich Hückel]]
* [[Erich Hückel]]
* [[Hans Hellmann (Physiker)|Hans Hellmann]]
* [[Hans Hellmann (Physiker)|Hans Hellmann]]
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* [[Michele Parrinello]]
* [[Michele Parrinello]]
* [[Reinhart Ahlrichs]]
* [[Reinhart Ahlrichs]]
* [[Walter Kohn]]
* [[Werner Kutzelnigg]]
* [[Werner Kutzelnigg]]


== Literatur ==
== Literatur ==
{{Siehe auch|Theoretische Chemie}}
* Kostas Gavroglu, Ana Simões: ''Neither Physics nor Chemistry. A History of Quantum Chemistry.'' MIT Press, 2011, ISBN 0-262-01618-4
* F. Jensen: ''Introduction to Computational Chemistry''. John Wiley & Sons, Chichester 1999, ISBN 978-0-471-98425-2.
* Attila Szabo, Neil S. Ostlund: ''Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory,'' Dover Publications Inc., 1996, ISBN 978-0486691862

== Weblinks ==
* [https://www.qmcathome.org/ QMC@home] [[BOINC]]-Projekt (Verteiltes Rechnen) der Uni Münster zur [[Quanten-Monte-Carlo-Methode]]


== Einzelnachweise ==
<references />
{{Navigationsleiste Teilbereiche der Chemie}}
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Version vom 24. April 2023, 10:37 Uhr

Die Quantenchemie ist die Anwendung der Quantenmechanik auf chemische Problemstellungen, z. B. die Beschreibung der elektronischen Struktur von Atomen und Molekülen und die Auswirkungen auf ihre Reaktionsfähigkeit und somit ein Teilgebiet der Theoretischen Chemie.[1] Dabei werden quantenmechanische Untersuchungen an Atomen als Grenzwissenschaft zwischen der Chemie und der Physik angesehen. Die Grundlage für die meisten quantenchemischen Methoden ist die Schrödingergleichung. Da diese jedoch selbst innerhalb der Born-Oppenheimer-Näherung nur für sehr einfache Systeme lösbar ist, müssen weitere Näherungen eingeführt werden.

Geschichte

Als eines der ersten wurde das Wasserstoff-Molekül quantenchemisch untersucht und berechnet, und zwar 1927 von den deutschen Wissenschaftlern Walter Heitler und Fritz London. Die von ihnen entwickelte Methode wurde von den amerikanischen Chemikern John C. Slater und Linus Pauling zur Valence-Bond (VB)- oder Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)-Methode erweitert. In ihr wird der Fokus auf die Betrachtung der paarweisen Wechselwirkung zwischen Atomen gelegt, sie passt somit gut zur klassischen Betrachtung der chemischen Bindung.

Eine alternative Annäherung an die Natur der chemischen Bindung wurde von Friedrich Hund und Robert S. Mulliken entwickelt, die Elektronen als delokalisiert in Form mathematischer Funktionen beschreibt. Die als Hund-Mulliken- oder verbreiteter als Molecular Orbital (MO)-Methode bezeichnete Beschreibung ist für den klassischen Chemiker weniger intuitiv und trotzdem inzwischen bei weitem gebräuchlicher.

Mit beiden Ansätzen sind über mathematische Näherungsverfahren Vorhersagen über stoffliche Eigenschaften möglich.

Methoden, Modelle und Themengebiete (Auswahl)

Einige weiterführende Thematiken sind:

Persönlichkeiten (Auswahl)

Die folgende Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, führt jedoch beispielhaft einige Personen auf, die einschlägige Beiträge zur Quantenchemie geleistet haben.[2]

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Errol G. Lewars: Computational Chemistry. Springer International Publishing, Cham 2016, ISBN 978-3-319-30914-9, doi:10.1007/978-3-319-30916-3 (englisch, springer.com [abgerufen am 24. April 2023]).
  2. ↑ Karl Jug: Zweihundert Jahre Entwicklung der Theoretischen Chemie im deutschsprachigen Raum. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-43364-5, doi:10.1007/978-3-662-43365-2 (springer.com [abgerufen am 24. April 2023]).
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