چرا مکانیک کوانتمی؟

ابتدا علم "مکانیک" را معرفی کنیم:

به طور کلی "مکانیک" علم مطالعه رفتار اجسام فیزیکیِ تحت نیرو است؛  هنگامی که برایند نیرو های وارد بر جسم برابر صفر باشد و جسم در حالت ساکن باشد، مطالعه ی رفتار جسم مربوط به زیر شاخه ی  "استاتیک" یا همان "مکانیک اجسام ساکن" میباشد. و هنگامی که جسم در حال حرکت باشد، مطالعه ی رفتار جسم مربوط به زیر شاخه ی "دینامیک" خواهد بود.
"ایزاک نیوتن" را بنیان گذار علم مکانیک میدانند. او با ارائه سه قانون خود در رابطه با حرکت اجسام که به قوانین اول، دوم و سوم نیتون مشهورند، قوانین ابتدایی و مهم در رابطه با رفتار اجسام را به جامعه بشری معرفی کرد.
اما تمام اجسام از قوانین نیوتن تبعیت نمیکنند. "مکانیک نسبیتی" (Relativistic Mechanics)، تعمیم قوانین نیوتن برای اجرامی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت میکنند، میباشد. مکانیک نسبیتی را " آلبرت انیشتین" به جهانیان معرفی کرد.
مکانیک کوانتم علم مطالعه رفتار اجسام ریز و میکروسکوپی (رفتار اتم ها و ذرات تشکیل دهنده آنها) است.

سوال اساسی این است که اتم ها و ذرات تشکیل دهنده آنها، چگونه رفتار میکنند که قوانین جدیدی برای مطالعه رفتار آنها مورد نیاز است؟
برای پاسخ به این سوال باید نتایج چند آزمایش را بررسی کنیم که در هفته های آتی درصفحات وبلاگ برای شما خوانندگان عزیز قرار داده خواهد شد.

شیمی فیزیک

تعریف شیمی فیزیک

شیمی فیزیک علم مطالعه ی قوانین فیزیکی حاکم بر خواص و رفتار سیستم های شیمیایی است.

به طور کلی سیستم های شیمیایی را میتوان از دید "میکروسکوپی" و "ماکروسکوپی" نگاه کرد.

تعریف دید میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک چیست؟

دید میکروسکوپی بر پایه ی مفهوم ملکول استوار است در حالی که دید ماکروسکوپیک خواص مقایس بزرگ سیستم را مورد بررسی قرار میدهد.

شاخه های شیمی فیزیک:

شیمی فیزیک به چهار دسته تقسیم می شود؛

ترمودینامیک Thermodynamics

 مطالعه ی خواص تعادلی سیستم و روابط میان آنهاست، ترمودینامیک علمی ماکروسکوپی است. بررسی خواص سیستم ها در حالت تعادل و روابط میان آنها در شاخه ی ترمودینامیک تعادلی (equilibrium thermodunamics) است.
ترمودینامیک غیر تعادلی (nonequilibrium theromodynamics) بررسی خواص سیستم ها در حالت غیرتعادلی است که به آن ترمودینامیک برگشت ناپذیر نیز میگویند، (Irreversible thermodynamics)، که مباحث شاخه ترمودینامیک غیرتعادلی بسیار شبیه به گرایش سینتیک میباشد.

---

سینتیک و کاتالیز Kinetics & Catalysis

علم مطالعه سرعت فرایند های شیمیایی و حتی فیزیکی است، سرعت فرایند هایی از قبیل واکنش های شیمیایی، نفوذ ذرّات و شارش بار الکتریکی در یک سلول الکتروشیمیایی موارد مطالعه ی این گرایش است. این گرایش از شیمی فیزیک با گرایش ترمودینایک غیرتعادلی ارتباط تنگاتنگی دارد.

---

شیمی کوانتمی Quantum Chemistry

ملکول ها ، اتم ها و ذارت تشکیل دهنده ی آنها که شامل الکترون ها، نوترون ها و پروتون ها و... میباشند از قواعد فیزیک نیتونی تبعیت نمی کنند. در عوض قواعد حرکت آنها توسط قوانین مکانیک کوانتم توضیح داده میشوند.
کاربرد مکانیک کوانتم در شیمی را شیمی کوانتمی میگویند. واضح است که دید شیمی کوانتمی یک دید میکروسکوپیک است.
     

---

ترمودینامیک آماری Statistical Thermodynamics

خواص و رفتار ماکروسکوپیک سیستم نتیجه ی اتفاقات میکروسکوپیکی است که در دنیای ملکولها می افتد، رابطه ی بین علم ماکروسکوپیک ترمودینامیک و علم میکروسکوپی کوانتم را علم ترمودیناکی آماری برقرار میکند.
علم ترمودینامیک آماری محاسبه ی خواص ماکروسکوپیک سیستم از طریق اطلاعات ملکولهای سازنده ی سیستم را امکانپذیر می سازد.
ترمودنامیک آماری برای ما مشخص میسازد که چرا قوانین ترمودینامیک وجود دارند و چگونه این قوانین از دنیای ملکولها نشات می گیرند.

---

ارتباط بین شاخه های شیمی فیزیک در این شکل نشان داده شده است.

در دو وبسایت زیر توضیحات بیشتری در رابطه با رشته "شیمی فیزیک" کاربردها و گرایش های آن خواهید یافت:
شیمی فیزک(ویکیپدیا)
شیمی فیزیک(دانشنامه رشد)

منبع: شیمی فیزیک نوشته ایرا لوین