شیمی کوانتوم و معمای اتم

📚نویسنده:جمال عبدالله زاده دانشجوی شیمی محض 📚
خیلی از ما در زندگی شخصی این ضرب المثل مشهور را شنیده ایم که می گویند:《فلان شخص اتم را کشف نکرده بابا کاری نکرده.》 این ضرب المثل زیبا به نظرم معنایی عمیق و ظریف دارد؛ یعنی کشف اتم آن قدر سخت و دشوار و پیچیده است که نماد انجام کارهای سخت شده و کار سخت را با کشف اتم مقایسه می کنند.این در واقع نشان دهنده این است که کشف اتم فوق العاده ارزشمند و جالب است و از دیرباز بشر نسبت به دنیای شیمی کنجکاو بوده است.علم شیمی هم دقیقا به این موضوع می پردازد و تمام داستان و ماجرای علم شیمی بر پایه همین اتم است.اتم از الکترون ها و هسته تشکیل شده است و بلوک بنیادی سازنده مولکول هاست.ولی شناخت اجزای سازنده و ساختار و خواص اتم در علم شیمی تا حد زیادی مبتنی بر روش های غیرمستقیم، انتزاعی و تئوری است و نمی توان با وجود اتم مثل سایر اشیای معمولی دنیای اطرافمان برخورد کنیم و بگوییم:" اتم را با دست هایم لمس کرده ام و محکم در آغوش گرفته ام و می بینم و.. و این جور حرف ها." چرا؟ راه حل آن چیست؟ در شیمی کوانتوم برای شناخت ماهیت اتم به آن تابع موج نسبت می دهند.تابع موج در واقع پرونده ریاضی اتم از دیدگاه شیمی کوانتوم است و هر اتم را با تابع موج آن توصیف می کنند.تابع موج اتم نیز بر اساس احتمال حضور الکترون ها در فضای اتم و همچنین موضع و حرکت آنها تعریف می شود.پس الکترون ها این ذرات بنیادی با رفتار و خصلت موج گونه خود کلیت فضای اتم را ایجاد می کنند.طبق نظریه موج_ذره دوبرویی الکترون ها هم توانایی بروز خاصیت موجی  را دارند و هم توانایی بروز خاصیت ذره ای را دارند ولی نمی توانند هم زمان هر دو خاصیت را بروز دهند؛ یک مثال ساده از دنیای ما انسان ها برای درک این مطلب این است که نمی توانیم هم بخندیم و هم نخندیم. اتم ها وقتی به هم وصل می شوند در اثر برهمکنش و هم پوشانی الکترون های آنها پیوند کووالانسی و یونی ایجاد می شود.ترازهای انرژی اتم کوانتیده هستند و نمی توانند هر مقدار دلخواهی داشته باشند و این سنگ بنای نظری شیمی کوانتوم است که به ما کمک می کند خواص اتم را عمیق تر درک کنیم.چون انرژی در علم شیمی بسیار بنیادی و مهم بوده و بر اساس مفهوم انرژی با محاسبات شیمی پایداری یا ناپایداری ساختار اتم را توجیه می کنیم.در قرن نوزدهم شیمیدان مشهور اسکاتلندی آرچیبالد اسکات کوپر نظریه ساختار شیمیایی را ارائه داد ولی در آن زمان هنوز شیمیدان ها نمی دانستند اتم دقیقا چیست و مولکول ها چگونه از مولکول ها درست می شوند.به همین دلیل شیمیدان برجسته آمریکایی لینوس پاولینگ می گوید "در ۱۸ سالگی بزرگترین سوال زندگی من این بود که فرق بین اتم و مولکول دقیقا چیست."
با پیشرفت علم شیمی اگرچه مواد جدیدی با خواص جدید سنتز شده و سرعت پیشرفت علم فوق العاده زیاد بوده است و صدها واکنش شیمیایی جدید و نظریه و قانون جدید طی سالیان متمادی به تدریج کشف شده اند ولی تاروپود و شالوده علم شیمی و ماهیت آن بر اساس همان معمای اتم است و اغراق نکرده ام اگر بگویم شیمی هنوز هم که هنوز است بر پایه معمای اتم و مولکول می چرخد و توسعه و ترقی پیدا می کند و شاخ و برگ می گیرد.

✍️✍️دوستان عزیز می توانید ما را در کانال تلگرام اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال به نشانی t.me/JimiChem دنبال کنید؛ ایستگاه اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال رسانه ای جالب و جذاب برای علاقه مندان و عاشقان علم شیمی است به ویژه آنان که همواره به معنا و ماهیت و فلسفه شیمی می اندیشند و از آن لذت می برند ✍️✍️جمال عبدالله زاده تاریخ: ۱۱ مرداد ۱۴۰۴ خورشیدی