Kvantkeemia on keemia haru, milles probleemide lahendamiseks rakendatakse kvantmehaanikat.
Kvantmehaanika sai alguse Max Plancki aastal 1900 tähelepanekust, et musta keha kiirguse spektri seletamiseks peaks valgus tekkima ja neelduma diskreetsete "energiaportsjonitena" – kvantidena, mis erinevad teineteisest Plancki konstandi ) ja sageduse kordarvu võrra: , kus on sagedus. Kvantmehaanikas kohtab teisigi füüsikalisi suurusi, mis võtavad diskreetseid väärtusi. Oluliseks suuruseks on impulsimoment (): , kus on lainevektor.
Osake 1D karbis mudel
[muuda]
Osake 2D karbis mudel
[muuda]
Osake 3D karbis mudel
[muuda]
Osake ringil mudel
[muuda]
Osake sfääril mudel
[muuda]
The virial theorem relates the expectation kinetic energy of a quantum system to the potential. Let's consider a quantum system in a stationary state, which does not have to be the group state. Let's assume that there is a single particle with position in a potential . The virial theorem relates the expectation kinetic energy to the potential as follows:
Harmooniline kvantostsillaator
[muuda]
For harminic osciallator , thus . Then accoding to the virial theorem the expectation kinetic energy and the expectation potential energy are the same. The total energy is then .
Kineetiline energia avaldub kui , kus . Kuna , siis ning .
Potentsiaalne energia avaldub kui , kus . Kuna , siis ning .
Väljundame kui . Siis .
Vastavalt Heisenbergi määramatuse printsiibile, , seega , ehk , kus sagedus .
Harmoonilise kvantostsillaatori nullenergia võrdub . Kõrgemad energiad on üks teisest suurem võrra.
Vesinikuaatomi Bohri mudel
[muuda]
Kineetiline energia avaldub kui , kus . Kuna Bohri mudelis , siis .
Potentsiaalne energia avaldub kui .
Vesinikuaatomi puhul Coulomb'i potentsiaal on ning , ehk .
Saame avaldada kui .
Aatomi koguenergia on .