كيمياء الكم

الكيمياء الكمومية Quantum chemistry هوفرع من الكيمياء النظرية يقوم بتطبيق ميكانيكا الكم ونظرية الحقل الكمومي لحل قضايا ومسائل في الكيمياء. أحد تطبيقات الكيمياء الكمومية هي دراسة سلوك الذرات والجزيئات فيما يخص قابليتها للتفاعل. تقع الكيمياء الكمومية على الحدود بين الكيمياء والفيزياء ويشارط بها مختصون من كلا الفرعين.

سبب تسميته بهذا الاسم يرجع إلى الأعداد الكمية التي هي تعبير عن أعداد تظهر كنتيجة رياضية منطقية تحدد أحجام وأشكال المجالات الإلكترونية.

نشأة كيمياء الكم

مضى ما يزيد عن سبع سنين على نظرية بور (أونظرية الكم القديمة كما تسمّى أيضاً) وهي لا تزال في بداية العقد الثاني من القرن العشرين تراوح مكانها دون تقدّمٍ ملموس يتماشى مع إنجازات الفيزياء من الناحية التجريبية. كان هذا الأمر ممّا أرّق العالم الشاب هايزنبرگ (22 سنة) والذي افترض أنّه قد آن الأوان لنقلة نوعيّة وتغيير جذري في نمط التفكير. كان هايزنبرج يرى أنّ المشكلة الحقيقية في نظريّة بور هي تلك المسارات التي نفرض أنّ الإلكترون يدور فيها، فهي ممّا لا يمكن للباحثين التأكّد منه تجريبيّاً، وبدلاً من الاعتماد على مثل هذه الفرضيات "التقليدية" اقترح هايزنبرج الاهتمام أكثر بما يمكن حتى يقاس بالتجربة. عكف هايزنبرج على وضع الأسس الرياضية لفكرته، وبالعمل قام بتقديمها، قبل ذهابه في رحلة فهميّة طويلة في العام 1923، مكتوبةً لرئيسه في العمل ماكس بورن (Max Born) الذي وضعها في الإطار الرياضي السليم وقام بنشرها مباشرة. كانت تلك أوّل مرّة يظهر فيها مصطلح ميكانيكا الكمّ (Quantum mechanics).

لم تَلْقَ ميكانيكا الكمّ حماساً لدى الفيزيائيين، فقد كانت مغرقةً في التجريد لا يكاد المتعامل معها يستطيع حتى يتخيّل بها أيّ شيء، كانت مجرّد أرقام ومصفوفات! سليم أنّها تعطي نتائج سليمة ولكنّها أشبه بآلة لا يُعهد كيف من الممكن أن تعمل، تعطيها المعطيات فتعطيك النتائج. كان الفيزيائيون –الجيل القديم منهم بالذات- بحاجة إلى أشياء ملموسة أوعلى الأقل قابلة للتخيّل، وكان شرودنگر أحد هؤلاء الفيزيائيين القدامى فأخذ يبحث عن مسلك أقل تجريداً وأكثر قبولاً من ميكانيكا هايزنبرگ وبورن (والتي عهدت فيما بعد بميكانيكا المصفوفات Matrix mechanics لاعتمادها من الناحية الرياضية على المصفوفات)، فكان أنْ عثر شرودنگر ضالّته المنشودة في فرضية دي برولّي (De Broglie) واضعاً بذلك الأساس لما عهد فيما بعد بميكانيكا الأمواج (Wave mechanics).

أهمية كيمياء الكم

القوانين الكلاسيكية تنطبق على الاجسام الكبيرة. أما الأجسام الصغيرة لا تنطبق عليها القوانين تنطبق قوانين الميكانيكا الكلاسيكية على الاجسام الكبيرة وعند تطبيق هذه القوانين على الاجسام الصغيرة مثل : الذرات أوالالكترونات. وجد ان هذه القوانين فشلت في تفسير الظواهر الطبيعية وسلوك هذه الاجسام ولذلك ظهرت نظرية ميكانيكا الكم التي استطاع تفسير سلوك هذه الاجسام بجانب انها تفسر أيضا سلوك الأجسام الكبيرة.

ومن أبرز الظواهر التي فشلت الميكانيكا الكلاسيكية في تفسيرها ونجحت ميكانيكا الكم هي :