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QuantenmechanikZoomA-Z

Fachgebiet - Quantenphysik

Die Quantenmechanik beschreibt als ein Teilgebiet der Quantenphysik das Verhalten der Materie im atomaren und subatomaren Bereich. Sie ist eine der Hauptsäulen der gesamten modernen Physik.

Begründer der Quantenmechanik waren Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger, weitere wichtige Beiträge wurden unter anderem von Max Born, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac und John von Neumann geleistet.

Die wesentlichen Konzepte der Quantenmechanik wurden in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts erarbeitet, nachdem das Versagen der klassischen Theorien (klassische Mechanik und Elektrodynamik) und die Schwachpunkte der Vorgängertheorien bei der Beschreibung mikroskopischer Systeme erkennbar geworden waren.

Siehe auch: Quantenchemie

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Ab-initio-Methoden - Einführung und NäherungenLevel 445 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

In dieser Lerneinheit soll eine Einleitung in die Thematik Ab-initio-Methoden gegeben werden. Es werden Vereinfachungen erläutert, die die Anwendung der Gesetze der Quantenmechanik auf chemische Fragestellungen ermöglichen. Es wird dabei auf die Born-Oppenheimer- und die Hartree-Fock-Näherung eingegangen. Ebenso wird noch einmal der LCAO-Ansatz erläutert.

Qualitative MO-Theorie - π-SystemeLevel 430 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Diese Lerneinheit beschreibt, wie sich auf qualitativem Weg Molekülorbitale aufstellen lassen. Dabei wird auf lineare und cyclische π-Systeme eingegangen.

Hückel-Theorie - MoleküleigenschaftenLevel 430 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

In dieser Lerneinheit wird die Normierung der Wellenfunktion und die damit einhergehende Vereinfachung des Integrals beschrieben. Die Bedingung für orthogonale Wellenfunktionen wird erklärt. Daraufhin wird am Beispiel von Butadien die Berechnung von Moleküleigenschaften vorgestellt.

Quantenchemie - Einführung und MethodenLevel 430 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Diese Lerneinheit gibt eine Einführung in die Quantenchemie im Molecular Modeling.

Post-SCF-Methoden: Einführung und MethodenLevel 430 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Diese Lerneinheit gibt eine Einleitung in die Post-SCF-Methoden und eräutert zudem noch die verschiedenen Methoden wie Configutarion Interaction und die Störungstheorie.

PraxisLevel 445 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Die Herleitungen in den anderen Lerneinheiten ergeben meist die Energie des Systems. Ableitungen der Energie nach anderen Parametern (Kernkoordinaten, magnetisches Feld...) ergeben andere Moleküleigenschaften. Darauf geht diese Lerneinheit ein. Azulen und Aceton werden als Beispiele behandelt.

Post-SCF-Methoden - DichtefunktionaltheorieLevel 445 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Am Beispiel von Propargylen wird die geeignete Auswahl eines Basissatzes erläutert. Dabei wird auf den Rechenaufwand und auf die Struktur und Energiehyperfläche von Propargylen eingegangen. Außerdem werden die Grundzüge der Dichtefunktionaltheorie vorgestellt.

Hückel-Theorie - Einführung und EnergieberechnungLevel 445 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Diese Lerneinheit geht auf die Hückel-Theorie ein, insbesondere auf die Berechnung von Energien und Säkulardeterminanten am Beispiel von Butadien.

Ab-initio-Methoden - Basissätze und KoeffizientenLevel 445 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

In dieser Lerneinheit wird das Grundprinzip der Basissätze erläutert. Es gibt viele Basissätze, daher ist die Wahl eines geeigneten Basissatzes eine wichtige, aber auch schwierige Aufgabe. Basisfunktionen vom Gauss- oder Slater-Typ werden in dieser Lerneinheit vorgestellt.

Quantenchemie - Das WasserstoffmolekülLevel 430 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Diese Lerneinheit beschreibt den "circulus vitiosus" bei der Berechnung der Wellenfunktion für das Wasserstoff-Molekül. Es wird das Aufstellen der Energiefunktion erläutert.

Qualitative MO-Theorie - beliebige SystemeLevel 430 min.

ChemieTheoretische ChemieMolecular Modeling

Diese Lerneinheit beschreibt Molekülorbitale für beliebige Systeme. Dabei wird zwischen homonuklearen (z.B. Sauerstoff oder Stickstoff) und heteronuklearen (z.B. Stickstoffmonoxid) Molekülen unterschieden. Außerdem wird am Beispiel der Methyl-Gruppe die Aufstellung von Gruppenorbitalen vorgestellt.

Molecular Modelling beim WirkstoffdesignLevel 275 min.

PharmaziePharmazeutische ChemieWirkstoffdesign

Das molekulare Modellieren (Molecular Modelling) umfasst verschiedene, meist computerbasierte Methoden und Techniken für die Herleitung, Darstellung und Manipulation dreidimensionaler chemischer Strukturen und daraus abgeleiteter physikochemischer Moleküleigenschaften sowie für die Modellbildung chemischer Reaktionen. Da die meisten Moleküle flexible Systeme sind, die verschiedene, energetisch gleichwertige Zustände einnehmen können, ist bereits das Modellieren einzelner Moleküle keineswegs trivial und verlangt eine erhebliche Rechenleistung. Noch komplexer ist die Modellbildung und Simulation von Bindungsprozessen, da hier sowohl die Besonderheiten des Targets als auch der untersuchten Liganden sowie des Mediums bzw. Lösungsmittels, in dem die Reaktion abläuft, berücksichtigt werden müssen. Aus diesem Grund stellen die berechneten Modelle einen Kompromiss zwischen möglichst realistischen Parametern und notwendigen Vereinfachungen bzw. Annäherungen an die realen Verhältnisse dar. So werden zur Simplifizierung von Energieberechnungen z.B. die Moleküle analog zu makroskopischen Körpern mit einer bestimmten Oberfläche und Volumen visualisiert und Reaktionen meist unter den so genannten "idealen Bedingungen" (z.B. im Vakuum) berechnet.

Theoretische Chemie: Einführung und historische EntwicklungLevel 145 min.

ChemieTheoretische ChemieGrundlagen

Es wird ein Überblick über die geschichtliche Entwicklung der Quantentheorie und den Vorstellungen vom (atomistischen) Aufbau der Materie gegeben.