Sejarah kimia
Tak lama setelah menerbitkan makalahnya pada tahun 1916, Lewis terlibat dalam penelitian militer. Dia tidak kembali ke subjek ikatan kimia sampai tahun 1923, saat dia dengan suka rela meringkas modelnya dalam sebuah monograf pendek berjudul Valence and the Structure of Atoms and Molecules. Perhatiannya kembali pada masalah ini sebagian besar terinspirasi oleh aktivitas kimiawan Amerika
dan peneliti General Electric Irving Langmuir, yang antara 1919 dan 1921 mempopulerkan dan menjelaskan model Lewis. Langmuir kemudian memperkenalkan istilah ikatan kovalen. Pada tahun 1921, Otto Stern dan Walther Gerlach menetapkan konsep spin mekanis kuantum dalam partikel subatomik.
Untuk kasus yang tidak melibatkan kepemilikan bersama, Lewis pada tahun 1923 mengembangkan teori pasangan elektron asam dan basa: Lewis mendefinisikan ulang asam sebagai atom atau molekul apapun dengan oktet yang tidak lengkap sehingga mampu menerima elektron dari atom lain; basa, tentu saja, donor elektron. Teorinya dikenal sebagai konsep asam dan basa Lewis. Pada tahun 1923, G.
N. Lewis dan Merle Randall menerbitkan Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, risalah modern pertama tentang termodinamika kimia.
Tahun 1920-an adalah saksi cepatnya adopsi dan aplikasi ikatan pasangan elektron model Lewis di bidang kimia organik dan kimia koordinasi. Dalam kimia organik, hal ini terutama disebabkan oleh upaya kimiawan Inggris Arthur Lapworth, Robert Robinson, Thomas Lowry, dan Christopher Ingold; sementara dalam kimia koordinasi, model ikatan Lewis dipromosikan melalui upaya kimiawan Amerika Maurice Huggins dan kimiawan Inggris Nevil Sidgwick.
Pada tahun 1924, fisikawan kuantum Prancis Louis de Broglie menerbitkan tesisnya, dimana ia memperkenalkan teori revolusioner gelombang elektron berdasarkan dualitas gelombang-partikel dalam tesisnya. Pada masanya, interpretasi gelombang dan partikel dari cahaya dan materi dipandang saling bertentangan satu sama lain, namun de Broglie menyarankan bahwa karakteristik yang tampaknya berbeda ini justru
merupakan perilaku yang sama jika diamati dari perspektif yang berbeda- bahwa partikel dapat berperilaku seperti gelombang, dan gelombang (radiasi) dapat berperilaku seperti partikel. Proposal Broglie menawarkan penjelasan tentang gerak terbatas elektron di dalam atom. Publikasi pertama gagasan Broglie tentang "gelombang materi" tidak banyak menarik perhatian para fisikawan lain, namun salinan tesis doktoralnya jatuh
ke tangan Einstein, yang menanggapinya dengan sangat antusias. Einstein menekankan pentingnya karya Broglie secara eksplisit dan dengan mengembangkan lebih lanjut mengenai hal itu.
Pada tahun 1925, fisikawan kelahiran Austria Wolfgang Pauli mengembangkan prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahwa tidak ada dua elektron yang mengelilingi satu inti atom yang dapat menempati keadaan kuantum yang sama secara bersamaan, seperti yang dijelaskan oleh empat bilangan kuantum. Pauli memberikan kontribusi besar pada mekanika kuantum dan teori medan kuantum- dia
dianugerahi Hadiah Nobel bidang Fisika 1945 atas penemuan prinsip pengecualian Pauli- dan juga fisika zat padat (English: solid-state physics), dan dia berhasil membuat hipotesis tentang adanya neutrino. Selain karya aslinya, ia menulis sintesis lanjutan dari beberapa bidang teori fisika yang dianggap klasik menurut literatur ilmiah.
Pada tahun 1926 di usia yang ke-39, fisikawan teoretis Austria Erwin Schrödinger menghasilkan makalah yang memberi dasar mekanika gelombang kuantum. Dalam makalah tersebut, dia menggambarkan persamaan diferensial parsialnya yang merupakan persamaan dasar mekanika kuantum yang memiliki hubungan dengan mekanika atom seperti hubungan antara persamaan gerak Newton dengan astronomi planet. Dengan mengadopsi sebuah proposal yang
dibuat oleh Louis de Broglie pada tahun 1924 yang menyatakan bahwa partikel materi memiliki sifat dualisme dan dalam beberapa situasi bertindak seperti gelombang, Schrödinger memperkenalkan sebuah teori yang menggambarkan perilaku sistem tersebut melalui persamaan gelombang yang sekarang dikenal sebagai persamaan Schrödinger. Pemecahan persamaan Schrödinger, tidak seperti pemecahan persamaan Newton, adalah
fungsi gelombang yang hanya dapat dikaitkan dengan kemungkinan kejadian fisika. Urutan kejadian orbit planet yang mudah divisualisasikan, dalam mekanika kuantum, digantikan oleh gagasan probabilitas yang lebih abstrak. (Aspek teori kuantum ini membuat Schrödinger dan beberapa fisikawan lainnya sangat tidak bahagia, dan dia mengabdikan sebagian besar sisa hidupnya untuk merumuskan
keberatan filosofis terhadap interpretasi teorinya yang telah diterima secara umum, dan bahwa dia telah melakukan banyak hal untuk menciptakan teori tersebut.)
Fisikawan teoretis Jerman Werner Heisenberg adalah salah satu pencipta kunci mekanika kuantum. Pada tahun 1925, Heisenberg menemukan cara untuk merumuskan mekanika kuantum dalam istilah matriks. Untuk penemuan itu, dia dianugerahi Hadiah Nobel bidang Fisika pada tahun 1932. Pada tahun 1927 dia menerbitkan prinsip ketidakpastiannya, dimana dia membangun filosofi yang mempopulerkan
namanya. Heisenberg mampu menunjukkan bahwa jika Anda mempelajari sebuah elektron dalam sebuah atom Anda bisa menunjukkan letaknya (lokasi elektron) atau arah perginya (kecepatan elektron), tapi tidak mungkin untuk mengungkapkan keduanya pada saat bersamaan. Dia juga memberikan kontribusi penting pada teori hidrodinamika aliran turbulen, inti atom, feromagnetisme, sinar
kosmik, dan partikel subatomik, dan dia berperan dalam merencanakan reaktor nuklir Jerman Barat pertama di Karlsruhe, bersama dengan sebuah reaktor riset di Munich, pada tahun 1957. Terdapat kontroversi yang cukup besar seputar karyanya tentang penelitian atom selama Perang Dunia II.
Beberapa melihat kelahiran kimia kuantum seiring dengan penemuan persamaan Schrödinger dan penerapannya pada atom hidrogen pada tahun 1926. Namun, artikel 1927 dari Walter Heitler dan Fritz Londonref>W. Heitler and F. London, Wechselwirkung neutraler Atome und Homöopolare Bindung nach der Quantenmechanik, Z. Physik, 44, 455 (1927). sering dikenal sebagai tonggak pertama dalam sejarah kimia kuantum. Ini adalah aplikasi pertama mekanika
kuantum pada molekul hidrogen diatomik, dan dengan juga pada fenomena ikatan kimia. Pada tahun-tahun berikutnya banyak kemajuan yang dicapai oleh, di antaranya Edward Teller, Robert S. Mulliken, Max Born, J. Robert Oppenheimer, Linus Pauling, Erich Hückel, Douglas Hartree, Vladimir Aleksandrovich Fock.
Namun, skeptisisme tetap ada terhadap kekuatan umum mekanika kuantum yang diterapkan pada sistem kimia kompleks. Situasi sekitar tahun 1930 dijelaskan oleh Paul Dirac:
Hukum mendasar fisika yang diperlukan untuk teori matematika dari sebagian besar fisika dan keseluruhan kimia telah sepenuhnya diketahui, dan kesulitannya adalah bahwa penerapan sebenarnya dari hukum ini menyebabkan persamaan menjadi terlalu rumit untuk dapat dipecahkan. Oleh karena itu, menjadi sangat diharapkan bahwa aproksimasi metode praktis untuk menerapkan
mekanika kuantum harus dikembangkan, yang dapat mengarah pada penjelasan tentang fitur utama sistem atom kompleks tanpa terlalu banyak komputasi.
Oleh karena itu, metode mekanika kuantum yang dikembangkan pada tahun 1930an dan 1940an sering disebut sebagai fisika molekular atau fisika atom teoretis untuk menggarisbawahi fakta bahwa teori tersebut lebih merupakan aplikasi mekanika kuantum pada kimia dan spektroskopi daripada jawaban atas pertanyaan yang relevan secara kimia. Pada tahun 1951, artikel yang merupakan
tonggak dalam kimia kuantum adalah makalah seminal Clemens C. J. Roothaan tentang persamaan Roothaan. Ini membuka jalan menuju pemecahan persamaan medan swakonsisten untuk molekul kecil seperti hidrogen atau nitrogen. Komputasi tersebut dilakukan dengan bantuan tabel integral yang dihitung menggunakan komputer tercanggih di masanya.