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
.