Book Fundamentals Of Quantum Chemistry And Spectroscopy

Book Description

تهتم كيمياء الكم بدراسة بنى الذرات والجزيئات وعلاقتها بالخصائص الكيميائية وما ينشأ عنها من ظواهر عديدة، مثل تشكل الروابط، وتشكل المركبات المختلفة وحصول التفاعلات الكيميائية، كما تهتم كيمياء الكم بدراسة العلاقة بين طاقة الجزئ وبنيته، وتحديد الشروط التي يتم فيها تغير هذه الطاقة سواء عن طريق التفاعلات الكيميائية التي هي في حقيقة الأمر تغيرات بنيوية، أو عن طريق التفاعل بين الجزيئات من جهة وبين الحقول الكهرطيسية الخارجية، كالضوء، والحقول الكهربائية أو المغناطيسية والأمواج الميكروية من جهة أخرى.

يتطلب فهم هذه الظواهر التخلي عن بعض المفاهيم السائدة في الفيزياء الكلاسيكية واعتماد بعض المفاهيم والمبادئ التي لم تكن مألوفة قبل مطلع القرن العشرين، لهذا تقوم كيمياء الكم على أساس من ميكانيك الكم الذي يختلف عن الميكانيك الكلاسيكي (أو النيوتني) في أمور أساسية نوجز بعضها فيما يلي:

إننا نستطيع، من وجهة النظر الكلاسيكية، أن نراقب الحوادث الفيزيائية والكيميائية ونقيسها دون الإخلال بسيرها، أي أننا نسلم هنا باستقلالية الحوادث عن المراقب الذي يقوم برصدها وعن أجهزة القياس التي يستخدمها في عمليات القياس. نستطيع مثلاً أن نراقب حركة الجسم الساقط سقوطاً حراً وأن نقيس سرعته وتسارعه دون أن نغير من حركته إلا أن الأمر يختلف عن هذا تماماً في مجال الحوادث الذرية لأن نتائج القياس هنا تتعلق بأسلوب القياس والشروط التي جرى فيها وبنوع الأجهزة التي استخدمت فيه.

ومن الأمور الأخرى التي تميز ميكانيك الكم عن الميكانيك الكلاسيكي، هي أنه يمكن من وجهة النظر الكلاسيكية، قياس عدة مقادير خاصة بالجسيم في آن واحد بينما نجد في عالم الذرات والجسيمات أن هذا الأمر غير ممكن دائماً. إذ يمكن قياس بعض المقادير في آن واحد ولا يمكن قياس أو معرفة قيمة بعضها الآخر. مثلاً يمكن قياس العزم الزاوي لجسيم يدور حول نقطة، ولكن لا يمكن معرفة جميع مركبات العزم الزاوي على المحاور الإحداثيات الثلاثة بأن واحد.

لا يمكن إذن أن تفهم الظواهر الذرية أو الجزيئية استناداً إلى الصور والمفاهيم الكلاسيكية، بل لا بد لفهمها من وضع مبادئ جديدة وإتباع نهج جديد في التفكير يقوم على أساس هذه المبادئ. تصاغ هذه المبادئ بشكل رياضي محدد، وتبنى عليها استنتاجات متنوعة بطرق رياضية أيضاً.

في هذا الإطار يأتي هذا الكتاب حيث يبدأ بتقديم خلاصة عن الحركات الاهتزازية والأمواج وذلك لأن الجسيمات لها طبيعة موجية وجسيمية بآن واحد، ولأن الدوال التي تعبر عن حالات هذه الجسيمات وخصائصها هي دوال أو توابع موجية بشكل عام. وسيبين للقارئ من خلال دراسة الحركات الاهتزازية والأمواج المستقرة أن الانقطاع في قيم الطاقة إنما ينشأ عن الطبيعة الموجية وعن الشروط الحدية التي يخضع لها النظام المدروس. كما وسيبين بعد ذلك كيف تصاغ المبادئ الأساسية في كيمياء الكم وكيف يمكن التوصل إلى معادلة الموجة التي تدعى معادلة شرودنغر. ولم يدرس حركة جسيم في حفرة جهد (أو كمون) وسيستنتج بعض الخصائص الأساسية لدوال الموجة. كما سيدرس، في فصل خاص، خصائص المجموعات الخطية والمؤثرات الهامة (Operators) في الميكانيك الكم، ولا سيما المؤثرات التي تقابل مقادير فيزيائية قابلة للقياس، وسيعرض لمفهوم المعادلات ذات القيم والدوال الخاصة، وسيبين كيف يمكن حساب قيم المقادير الفيزيائية باستخدام دوال الموجة.

وسيدرس أيضاً الحركة الدورانية والعزم الزاوي بشيء من التفصيل، نظراً لما لهذه الحركة من أهمية في دراسة بنى الذرات، وسننتقل بعد ذلك إلى دراسة ذرة الهيدروجين وإيجاد حلول معادلة شرودنغر لهذه الذرة، وأشكال المدارات الذرية وخصائصها، ومستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين. وسيدرس بعد ذلك الذرات متعددة الالكترونات ونعرض لمفاهيم أساسية مثل مفهوم التشكل الإلكتروني (configuration) ومفهوم الحد (Term) والتعدد (Multiplicity)، وسيعطي أيضاً بعض التكاملات الأساسية اللازمة في إجراء الحسابات الكوانتية على الذرات الخفيفة، علماً بأن بعض هذه التكاملات ينشر لأول مرة في هذا الكتاب بشكل تحليل (غير عددي).

وسيتكلم بعد ذلك عن الجزيئات، وسيشرح طريقة التركيب الخطي للمدارات الذرية في حساب المدارات الجزيئية ( LCAO-MO)، وسيبحث في الروابط الكيميائية وأنواعها. وسيعرض من خلال دراسته لمواضيع الكتاب لبعض النظريات الأساسية مثل نظرية التحول (Variation Theorem)، ونظرية الاضطربات (Peturbation Theory).

وسيتكلم أيضاً عن أهم الطرق التقريبية المستخدمة حالياً في حساب المدارات الجزيئية ودوال الموجة للجزيئات. ومن الطبيعي في نهاية المطاف، أن ينوه عن الطرق الدقيقة في الحسابات الكوانتية مثل طرق (ab-initio) وطريقة تفاعل التشكلات (configuration interaction)، مع عرض بعض الاتجاهات الحديثة في إيجاد حلول معادلة شرودنغر وحساب الطاقة بشكل دقيق.

وسينتقل بعد ذلك إلى دراسة المبادئ الأساسية في علم الطيوف وسيدرس كيف تتأثر الجزيئات بحقل خارجي، وسيدرس امتصاص الجزيئات للضوء ويقارن النظرية مع القياسات التجريبية، وسيعرض لدراسة طيف الحركة الدورانية لجسم صلب، ولطيف الحركة الاهتزازية التوافقية، ويتكلم عن قواعد الانتقاء، مع بعض التطبيقات. وسيعرض أيضاً لدراسة طيف الطنين النووي المغناطيسي (NMR) وسينوه عن التقنيات الحديثة في دراسة بنى الجزيئات.

يجمع هذا الكتاب بين دفّتيه خلاصة جهد مكثف بذله المؤلف خلال عدة سنوات من العمل الجاد، وهو مبين على المحاضرات التي ألقاها على طلابه في بعض الجامعات العربية في مواضيع كيمياء الكم وأساسيات علم الطيوف. ويسد هذا الكتاب في الواقع فراغاً هاماً في المكتبة العربية، إذ هو الكتاب الأول من مستواه في مجال كيمياء الكم باللغة العربية.

Copyright reserved

The book cannot be previewed or downloaded in order to preserve the copyright of the author and publishing house
Not available digitally or on paper through the Noor Library, it is for rating and review

Reviews ( 0 )

Quotes ( 0 )

  Search for another book