b'\n_START_ARTICLE_\nKvanttikemia\n_START_PARAGRAPH_\nKvanttikemia on fysikaalisen kemian ala, jossa k\xc3\xa4ytet\xc3\xa4\xc3\xa4n kvanttimekaniikkaa kemian ongelmien tarkasteluun. Atomien elektronien ja molekyylien k\xc3\xa4ytt\xc3\xa4ytymist\xc3\xa4 ja reaktioita mallinnetaan matemaattisesti fysiikan ja matematiikan antamin keinoin. Kvanttikemia on l\xc3\xa4heist\xc3\xa4 sukua teoreettiselle fysiikalle._NEWLINE_Kun esimerkiksi molekyylien ominaisuuksia tutkitaan tietokonelaskuilla, ei kenties ole ollenkaan tarpeellista valmistaa itse molekyyli\xc3\xa4 kokeellisesti. Kvanttikemia ja molekyylimallintaminen ovat nykyisen kemiantutkimuksen perusty\xc3\xb6kaluja.\n_START_SECTION_\nHistoria\n_START_PARAGRAPH_\nKvanttikemian historia on jatkoa kvanttimekaniikan historialle ja teorialle. Fyysikko ja kemisti Michael Faraday oli suuressa roolissa kvanttimekaniikan perustan luonnissa l\xc3\xb6yt\xc3\xa4ess\xc3\xa4\xc3\xa4n katodis\xc3\xa4teiden olemassaolon vuonna 1838. Albert Einsteinin suhteellisuusteoria vuodelta 1905 oli seuraus aiemmista kvanttimekaniikan teorioista. Monet pit\xc3\xa4v\xc3\xa4t kvanttikemian syntym\xc3\xa4n\xc3\xa4 Schr\xc3\xb6dingerin yht\xc3\xa4l\xc3\xb6n l\xc3\xb6yt\xc3\xa4mist\xc3\xa4 ja sen soveltamista vetyatomin perustilan ratkaisemiseksi vuonna 1926. Toinen suuri vaikuttaja kvanttikemian tutkimuksen edist\xc3\xa4misess\xc3\xa4 oli amerikkalainen Linus Pauling, joka sai kemian Nobelin palkinnon ty\xc3\xb6st\xc3\xa4\xc3\xa4n vuonna 1954.\n_START_SECTION_\nValenssisidosteoria\n_START_PARAGRAPH_\nValenssisidosteoria tarkastelee yksitt\xc3\xa4isi\xc3\xa4 sidoksia. Siin\xc3\xa4 vierekk\xc3\xa4isten atomien orbitaalit peitt\xc3\xa4v\xc3\xa4t toisiaan ja elektronit, jotka sijaitsevat orbitaaleilla, keskittyv\xc3\xa4t muodostuville sidosorbitaaleille. T\xc3\xa4ten elektronit lokalisoituvat tiettyyn sidokseen. Malli toimii useimmissa kaksiatomisissa molekyyleiss\xc3\xa4, mutta t\xc3\xa4t\xc3\xa4 suuremmissa teoriaa joudutaan laajentamaan hybridiorbitaaleihin.\n_START_SECTION_\nMolekyyliorbitaaliteoria\n_START_PARAGRAPH_\nMolekyyliorbitaaliteoria tarkastelee molekyyliorbitaalien muodostumista yhdistelem\xc3\xa4ll\xc3\xa4 atomien valenssikuoren orbitaaleja. T\xc3\xa4ll\xc3\xb6in molekyyliorbitaaleja muodostuu niin monta kuin atomeilla on valenssiorbitaaleja. Muodostuvat orbitaalit jakautuvat sitoviin ja hajottaviin. Sitovien orbitaalien elektronit keskittyv\xc3\xa4t sidokseen osallistuvien atomien v\xc3\xa4liin, kun taas hajottavien orbitaalien elektronit pyrkiv\xc3\xa4t pois atomien v\xc3\xa4list\xc3\xa4. Vain ne atomiorbitaalit, joiden energiat ovat samaa suuruusluokkaa ja symmetria on sopiva, pystyv\xc3\xa4t muodostamaan molekyyliorbitaaleja.\n_START_SECTION_\nTiheysfunktionaaliteoria\n_START_PARAGRAPH_\nTiheysfunktionaaliteoriaa k\xc3\xa4ytet\xc3\xa4\xc3\xa4n mikroskooppisten systeemien elektronirakenteen tutkimiseen. Pierre Hohenberg ja Walter Kohn loivat perustan teorialle vuonna 1964 osoittamalla elektronisysteemin perustilan elektronitiheyden m\xc3\xa4\xc3\xa4ritt\xc3\xa4v\xc3\xa4n systeemin tilan yksiselitteisesti.\n_START_SECTION_\nKvanttimekaaninen atomimalli\n_START_PARAGRAPH_\nKvanttimekaaninen atomimalli kuuluu kokonaisuudessaan modernin fysiikan piiriin ja esitet\xc3\xa4\xc3\xa4n melko vaativalla matemaattisella kielell\xc3\xa4. Kvanttimekaniikassa elektroni ajatellaan samanaikaisesti sek\xc3\xa4 hiukkaseksi ett\xc3\xa4 aalloksi.  Elektronia tarkastellaan siis aaltoliikkeen\xc3\xa4, johon Erwin Schr\xc3\xb6dinger kehitti aaltoyht\xc3\xa4l\xc3\xb6n. H\xc3\xa4nen mukaansa atomin ytimeen sitoutunut elektroni n\xc3\xa4ytt\xc3\xa4\xc3\xa4 seisovalta aallolta . Aaltoyht\xc3\xa4l\xc3\xb6n ratkaisuista saadaan todenn\xc3\xa4k\xc3\xb6isyystiheys elektronin esiintymiselle atomiytimen ymp\xc3\xa4rist\xc3\xb6ss\xc3\xa4. Ratkaisun avulla vetyatomin elektronille saadaan mahdolliset energiatilat, joihin elektroni voi sijoittua atomiytimen ulkopuolella. N\xc3\xa4m\xc3\xa4 energiatilat esitet\xc3\xa4\xc3\xa4n atomiorbitaaleina, joita kuvaa sarja kvanttiluvuiksi nimettyj\xc3\xa4 lukuja. Kvanttilukuja on nelj\xc3\xa4, joista p\xc3\xa4\xc3\xa4kvanttiluku, sivukvanttiluku ja magneettinen kvanttiluku on saatu aaltoyht\xc3\xa4l\xc3\xb6n ratkaisun perusteella. Lis\xc3\xa4ksi on olemassa nelj\xc3\xa4s kvanttiluku, spinkvanttiluku. \xc2\xa0\n_START_SECTION_\nAb initio-menetelm\xc3\xa4t\n_START_PARAGRAPH_\nAb initio -menetelmill\xc3\xa4 pystyt\xc3\xa4\xc3\xa4n mallintamaan matemaattisesti fysikaalisia ja matemaattisia malleja. Matemaattisen monimutkaisuuden vuoksi Schr\xc3\xb6dingerin yht\xc3\xa4l\xc3\xb6iden analyyttiset ratkaisut eiv\xc3\xa4t tuota kunnollista tulosta, mink\xc3\xa4 takia joudutaan tyytym\xc3\xa4\xc3\xa4n pelkkiin approksimaatioihin._NEWLINE_Jos tarkasteltavana oleva systeemi on pieni (atomit, molekyylit), tavallinen valinta Schr\xc3\xb6dingerin yht\xc3\xa4l\xc3\xb6n ratkaisuun on Hartree-Fock ja siihen pohjautuvat aaltofunktiomenetelm\xc3\xa4t. Suurempiin systeemeihin (kiinte\xc3\xa4 aine, suuret molekyylit, klusterit) paremmin soveltuva menetelm\xc3\xa4 on tiheysfunktionaaliteoria.'