**الكيمياء الكمومية** أو كيمياء الكم (بالإنجليزية: Quantum chemistry)‏ هو فرع من الكيمياء النظرية يقوم بتطبيق ميكانيكا الكم ونظرية الحقل الكمومي وتقريب بورن-أوبنهايمر 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، ويشارك بها مختصون من كلا الفرعين.

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

نظرة عامة
---------

يعتمد الكيميائيون الكميون التجريبيون بشكل كبير على المطيافية (التحليل الطيفي) الذي يمكن من خلاله الحصول على المعلومات المتعلقة بتكميم الطاقة على المقياس الجزيئي. الأساليب الشائعة هي التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (IR)، والرنين المغناطيسي النووي الطيف (NMR)، والفحص المجهري بالمسبار الماسح.

تسعى كيمياء الكم النظرية (والتي تصنَّف اعمالها ايضًا تحت فئة الكيمياء الحاسوبية) إلى إيجاد تنبؤات النظرية الكمية حيث أن الذرات والجزيئات تملك طاقات منفصلة، ونظرًا لأن هذه المهمة تسبب عند تطبيقها على الأنواع متعددة الذرات معضلة الاجسام المتعددة لذلك يتم إجراء هذه الحسابات باستخدام أجهزة الحاسوب.

ينطوي ذلك على تفاعل عميق بين الأساليب التجريبية والنظرية. ويقوم الكيميائيون الكميون بهذه الطريقة بالتحقيق في الظواهر الكيميائية.

تدرس كيمياء الكم الحالة القاعية للذرات والجزيئات الفردية، والحالات المثارة، والحالات الانتقالية التي تحدث أثناء التفاعلات الكيميائية.

الهيكل الإلكتروني
-----------------

إن الخطوة الأولى في حل أي معضلة كيميائية كميّة هي عادة حل معادلة شرودنغر (أو معادلة ديراك في كيمياء الكم النسبية) عن طريق مؤثر هاملتوني. وهذا ما يسمى تحديد البنية الإلكترونية للجزيء. يمكننا القول أنّ البنية الإلكترونية لجزيء أو بلورة تدل اساسًا على خواصها الكيميائية. لا يمكن الحصول على حل دقيق لمعادلة شرودنغر إلا من أجل ذرة الهيدروجين (على الرغم من أن الحلول الدقيقة لحالة طاقات الحالة المرتبطة في أيون الهيدروجين الجزيئي قد تم تحديدها حسب شروط دالة لامبرت). بما أن جميع الأنظمة الذرية أو الجزيئية الأخرى تضم حركات ثلاثة أو أكثر من الجسيمات فإن معادلات شرودنغر لا يمكن حلها بدقة ولذلك يجب البحث عن حلول تقريبية.

نموذج الموجة
------------

إن أساس ميكانيكا الكم والكيمياء الكميّة هو نموذج الموجة، حيث تكون الذرة عبارة عن نواة صغيرة كثيفة موجبة الشحنة تحيط بها الإلكترونات. تم اشتقاق نموذج الموجة من الدالة الموجية وهي مجموعة من المعادلات المحتملة المشتقة من التطور الزمني لمعادلة شرودنغر التي تطبًّق على توزيع الاحتمالية المتموجة للجسيمات دون الذرية. وعلى عكس نموذج بور السابق للذرة يصف نموذج الموجة الإلكترونات بأنها سحابة تتحرك في المدارات، ويتم تمثيل مواقعها بتوزيعات احتمالية بدلًا من نقاط محددة. تكمن قوة هذا النموذج في قدرته التنبؤية. ويتنبأ خصيصًا بنموذج العناصر المتماثلة كيميائيًا الموجودة في الجدول الدوري. سُمّي نموذج الموجة بهذا الاسم لأن الإلكترونات تبدي خصائص تقليدية مرتبطة بالموجات (مثل التداخل). عندما نحل معادلة شرودنغر لذرة الهيدروجين في هذا النموذج نحصل على حل يعتمد على بعض الأرقام المسماة بالأعداد الكمية والتي تصف المدار وهو المكان الأكثر احتمالًا لوجود الإلكترون. ويسمى ذلك n العدد الكمي الرئيسي من أجل الطاقة L، أو العدد الكمي الثانوي الذي يرتبط بالزخم الزاوي ويرمز بـ ml للاتجاه و MS للدورة. يمكن لهذا النموذج أن يشرح الخطوط الجديدة التي ظهرت في التحليل الطيفي للذرات. بالنسبة إلى الذرات متعددة الإلكترونات يجب علينا إدخال بعض القواعد لأن الإلكترونات تملأ المدارات بطريقة تقلل من طاقة الذرة لحدها الأدنى من أجل زيادة الطاقة الكلية لها، منها: مبدأ استبعاد باولي، وقاعدة هوند، ومبدأ أوفباو.

رابطة التكافؤ
-------------

على الرغم من أن الأساس الرياضي للكيمياء الكمية قد وُضع في عام 1926 بواسطة شرودنغر، إلا أنه من المعروف بشكل عام أن أول حساب حقيقي في كيمياء الكم أجراه الفيزيائيين الألمانيين فالتر هايتلر وفريتز لندن على جزيء الهيدروجين (H2) في عام 1927. توسعت دراسات هايتلر ولندن بسبب دراستها من قبل الفيزيائي النظري الأمريكي جون سي سلاتر والكيميائي النظري الأمريكي لينوس بولينج لتنتج دراسة رابطة التكافؤ (VB). يتم التركيز في هذه الطريقة على التفاعلات الزوجية بين الذرات، ولذلك تتوافق هذه الطريقة بشكل كبير مع رسومات الكيميائيين الكلاسيكيين للروابط. وهي تركز على كيفية دمج المدارات الذرية لتشكيل روابط كيميائية فردية عند تشكل جزيء. يتغير مفهوم الرابطة الكيميائية عندما يتم النظر في المركبات العضوية، عندها تحتاج إلى تطبيق أفكار الرنين والتهجين التي لا تتوافق مع النظرة الكيميائية للزوج المشترك الثابت من الإلكترونات بين الجزيئات.

الديناميكيات الكيميائية
-----------------------

خطوة أخرى يمكن أن تتشكل من حل معادلة شرودنغر عن طريق مؤثر هاملتوني لدراسة حركة الجزيئات. ويسمى الحل المباشر لمعادلة شرودنغر بالديناميكيات الجزيئية الكمية.

ديناميكيات كيميائية ثابتة الحرارة
---------------------------------

يتم تمثيل التفاعلات بين الذرات في الديناميكيات ثابتة الحرارة باحتمالات مفردة قياسية تسمى أسطح الطاقة المحتملة. يسمى ذلك تقريب بورن وأوبنهايمر الذين طرحاه في عام 1927. تم تنفيذ التطبيقات الرائدة لذلك في الكيمياء بواسطة رايس ورامسبيرغر في عام 1927 وكاسل في عام 1928، وتم التوسع بها في نظرية رايس ورامسبيرغر وكاسل وماركوس (RRKM) في عام 1952 من قبل ماركوس الذي أخذ بعين الاعتبار نظرية الحالة الانتقالية التي وُضعت من قبل الكيميائي فيرينغ في عام 1935. توفر هذه الطرق تقديرات بسيطة لمعدلات التفاعل غير الجزيئي من بعض خصائص السطح المحتمل.

ديناميكيات كيميائية متغيرة الحرارة
----------------------------------

تتكون الديناميكيات متغيرة الحرارة من التفاعل بين العديد من أسطح الطاقة المحتملة الثنائية (المقابلة للحالات الإلكترونية الكمية المختلفة للجزيء). وتسمى حالات الاقتران هذه بالاقتران متغير الحرارة. وقد تم انجاز عمل مميز في هذا المجال من قبل ستيكلبيرغ ولانداو وزينر في ثلاثينيات القرن العشرين، وسمّيَ عملهم تحول لانداو- زينر.

أهمية كيمياء الكم
-----------------

تنطبق قوانين الميكانيكا الكلاسيكية على الأجسام الكبيرة وعند تطبيق هذه القوانين على الأجسام الصغيرة مثل: الذرات أو الإلكترونات،
وجد أن هذه القوانين فشلت في تفسير الظواهر الطبيعية وسلوك هذه الأجسام ولذلك ظهرت نظرية ميكانيكا الكم
Quantum mechanism التي استطاعت تفسير سلوك هذه الأجسام بجانب أنها تفسر أيضا سلوك الأجسام الكبيرة.

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

1. نظرية بور لذرة الهيدروجين
2. الطيف الذري والجزئي
3. إشعاعات الجسم الأسود
4. ظاهرة التأثير الكهروضوئي
5. ظاهرة تأثير كومتون
6. نموذج جسيم في صندوق (نموذج الالكترون الحر)

انظر أيضاً
----------

* كيمياء حاسوبية
* فيزياء المادة المكثفة
* كيمياء الكم النسبية

المصادر
-------

1. ↑  "معلومات عن كيمياء الكم على موقع d-nb.info". d-nb.info. مؤرشف من الأصل في 2019-12-13.
2. ↑  "معلومات عن كيمياء الكم على موقع jstor.org". jstor.org. مؤرشف من الأصل في 2019-11-09.
3. ↑  "معلومات عن كيمياء الكم على موقع thes.bncf.firenze.sbn.it". thes.bncf.firenze.sbn.it. مؤرشف من الأصل في 2019-12-13.

|  |  |
| --- | --- |
| مشاريع شقيقة | في كومنز صور وملفات عن: كيمياء الكم |



| * ع
* ن
* ت
فروع الكيمياء |
| --- |
| 
* الجزيئات الحيوية
* الجدول الدوري
* المركبات غير العضوية

 |
| الفيزيائية | 
* كيمياء كهربائية
* كيمياء حرارية
* ترموديناميكا كيميائية
* علم السطوح
* كيمياء الحرارة المنخفضة
* مطيافية
* علم البلورات
* فيزياء كيميائية
* حركية تفاعل
	+ كيمياء الفيمتو
* كيمياء الكم
* كيمياء ضوئية
* كيمياء التوازن
* كيمياء أرضية ضوئية

 |
| العضوية | 
* كيمياء حيوية
	+ علم الأحياء الجزيئي
	+ علم الأحياء الخلوي
* كيمياء عضوية حيوية
* بيولوجيا كيميائية
* كيمياء سريرية
* كيمياء عصبية
* كيمياء فيزيائية حيوية

* كيمياء فراغية
* كيمياء عضوية فيزيائية
* تفاعل عضوي
* اصطناع كامل/اصطناع جزئي
* كيمياء دوائية
	+ علم الأدوية
* كيمياء الفوليرين
* كيمياء مبلمرات
* كيمياء النفط

 |
| اللاعضوية | 
* معقد تناسقي
* كيمياء مغناطيسية
* كيمياء عضوية فلزية
* كيمياء حيوية لاعضوية
* كيمياء عضوية فلزية حيوية
* كيمياء تجميعية
* علم البلورات
* كيمياء الحالة الصلبة
* علم الفلزات
* علم المواد
* كيمياء البلورات

 |
| تحليلية | 
* تحليل آلي
* مطيافية
	+ مطيافية الأشعة تحت الحمراء
	+ مطيافية رامان
	+ مطيافية الأشعة المرئية وفوق البنفسجية
	+ مطيافية الرنين المغناطيسي النووي
* مطيافية الكتلة
	+ مطيافية كتلة مزودة ببلازما مقترنة بالحث
	+ التفاظ/تأيين الليزر بمساعدة المطرس
* عملية فصل
* استشراب
	+ استشراب غازي
	+ استشراب السائل رفيع الإنجاز
* كيمياء الفيمتو
* علم البلورات
* معايرة (كيمياء)
* كيمياء رطبة

 |
| أخرى | 
* كيمياء نووية
	+ كيمياء إشعاعية
	+ كيمياء الأشعة
	+ كيمياء أكتينيداتية
* كيمياء كونية/كيمياء فلكية/كيمياء نجمية
* كيمياء أرضية
	+ كيمياء جغرافية حيوية

* كيمياء بيئية
	+ كيمياء الغلاف الجوي
* كيمياء صلصالية
* كيمياء النفط
* كيمياء غذائية
* كيمياء زراعية

* تعليم الكيمياء
	+ هواة الكيمياء
	+ كيمياء عامة
* كيمياء سرية
* كيمياء شرعية
	+ كيمياء الوفاة

* كيمياء النانو
	+ كيمياء الجزيئات الضخمة
* اصطناع كيميائي
	+ كيمياء خضراء
	+ كيمياء نقرية
	+ كيمياء توافقية
	+ اصطناع حيوي
* كيمياء محوسبة
	+ كيمياء رياضية
	+ قياس كيميائي
* كيمياء نظرية

 |
| انظر أيضًا | 
* تاريخ الكيمياء
* جائزة نوبل في الكيمياء
* التسلسل الزمني لتاريخ الكيمياء
	+ ترتيب زمني لاكتشاف العناصر الكيميائية
* "العلم المركزي"
* تفاعل كيميائي
	+ تحفيز
* عنصر كيميائي
* مركب كيميائي
* ذرة
* جزيء
* أيون
* مادة كيميائية
* رابطة كيميائية

 |
| 
* **التصنيف**
* **البوابة**
* **كومنز**
* **مشروع ويكي**

 |

* أيقونة بوابةبوابة الفيزياء
* أيقونة بوابةبوابة الكيمياء
* أيقونة بوابةبوابة كيمياء فيزيائية
* أيقونة بوابةبوابة ميكانيكا الكم

|  |  |
| --- | --- |
| ضبط استنادي: وطنية عدلها في ويكي بيانات | 
* الملف الاستنادي المتكامِل (GND)
* المكتبة القومية الإسرائيلية (J9U)
* مكتبة الكونغرس (LCNAF)
* مكتبة لاتفيا الوطنية (LNB)
* مكتبة البرلمان القومي الياباني (NDL)
* قاعدة البيانات الوطنية التشيكية (NLCR AUT)

 |