Квантовая химия. 
Квантовая механика и квантовая химия

Начало квантовой химии положено в работах, выполненных в 1927 г.

1927 г. — К. Барроу точно решает уравнение Шрёдингера для молекулярного катиона водорода Н2.

В. Гайтлер и Ф. Лондон впервые приближенно решают уравнение Шрёдингера для молекулы водорода Н₂ на основании модели взаимодействия, зависящего от взаимной ориентации спинов двух электронов. Химическая связь в разработанном при этом методе валентных связей предполагается двуцентровой и двухэлектронной, что соответствует представлениям классической теории химического строения.

Постепенно формируется понятие об орбитали как об одноэлектронной волновой функции (Р. Малликен).

Ф. Хунд формулирует основную идею метода молекулярных орбиталей при решении уравнения Шрёдингера, заключающуюся в том, что движение электрона в молекуле определяется полем, создаваемым всеми атомными ядрами и остальными электронами.

М. Стрэтт выдвигает идею о существовании в металлах энергетических зон.

1928 г. — Д. Хартри предлагает метод самосогласованного поля для нахождения решений уравнения Шрёдингера многих частиц, основываясь на одноэлектронных функциях (орбиталях).

Дж. Гонг и затем Дж. Слэтер предлагают вид многоэлектронной волновой функции, получившей впоследствии название детерминанта Слэтера.

• 1928— 1930 гг. — Ф. Блох и Л. Бриллюэн разрабатывают основы зонной теории твердых тел.
• 1929 г. — Д. Э. Леннард-Джонс высказывает идею о разделении всех электронов молекулы на внутренние и валентные. Последние определяют в основном химические свойства молекулы.
• 1929— 1930 гг. — В. Фок развивает метод самосогласованного ноля для системы электронов, описываемой волновой функцией, учитывающей их перестановочную симметрию.

Дж. Слэтер вводит функции для описания радиальной зависимости атомной орбитали, получившие название слэтеровских орбиталей.

1931 г. — Л. Полинг обобщает результаты расчетов молекулы водорода Гайтлером и Лондоном на многоатомные молекулы, формулируя спиновую теорию валентности.

Л. Полинг предлагает теорию резонанса, определившую одно из направлений развития метода валентных связей и в последующие годы широко применявшуюся различными исследователями, особенно в органической химии.

Э. Хюккель разрабатывает простой метод молекулярных орбиталей для рассмотрения л-электронных систем, ставший первой успешной попыткой описания и даже предсказания свойств более крупных, чем водород, молекул. Элементы метода и в настоящее время широко иснользуются как основание качественной теории квантовой химии. Дальнейшее его совершенствование привело к созданию расширенного метода Хюккеля.

• 1932 г. — Р. Малликен окончательно вводит понятие молекулярной орбитали как одноэлектронной волновой функции для описания электронов в молекулах.
• 1935 г. — Б. Свирлс формулирует метод, являющийся релятивистским аналогом метода Хартри — Фока, получившего впоследствии название метода Дирака — Фока — (Брейта).
• 1930;1940 гг. — метод Хартри — Фока используется в основном для расчета атомных структур.
• 1930—1960 гг. — период разработки приближенных решений уравнения Шрёдингера для молекулярных систем и концепций для объяснения химической связи и структуры молекул.
• 1948—1950 гг. — Р. Мак-Вини и С. Бойс вводят в практику квантово-химических расчетов гауссовы функции для построения базисных функций, используемых для описания движения электронов в атомах и молекулах.
• 1950 г. — начало использования в квантово-химических расчетах приближения конфигурационного взаимодействия, являвшегося доминирующим методом учета электронной корреляции вплоть до 1980 гг.
• 1951 г. — К. Роотхан вводит в методе Хартри — Фока представление молекулярных орбиталей в виде линейных комбинаций атомных орбиталей.

Дж. Слэтер формулирует основы Х_н-метода, предшественника современного метода функционала плотности (DFT).

• 1960—1970 гг. — начало интенсивного внедрения вычислительных машин и квантово-химических программ для получения все более точных решений уравнения Шрёдингера для атомных и молекулярных систем.
• 1962 г. — создан первый фонд обмена квантово-химическими программами (Quantum Chemistry Program Exchange), способствовавший их распространению.

Р. Хоффман вводит в широкую практику квантово-химические расчеты молекул расширенным методом Хюккеля.

1964 г. — П. Хоэнберг и В. Кои формулируют и доказывают теорему о том, что энергия, волновая функция и все другие молекулярные электронные свойства однозначно определяются ее электронной плотностью.

Дж. Поил и сотр. разрабатывают серию нолуэмнирических квантово-химических методов, основанных на приближении нулевого дифференциального перекрывания.

• 1965 г. — В. Кон и Л. Шэм предлагают практический метод нахождения электронной плотности и энергии системы через электронную плотность, ставший вычислительной основой метода функционала плотности.
• 1970—1980 гг. — квантово-химические методы в полуэмпирических вариантах теории начинают широко и успешно использоваться для расчета и объяснения свойств разнообразных органических и неорганических молекул, а также протекания различных химических реакций.
• 1980—2000 гг. — период интенсивного развития вычислительной техники и широкого внедрения персональных компьютеров в практику квантово-химических расчетов. Разрабатываются эффективные алгоритмы их реализации. Это способствует резкому расширению круга пользователей квантово-химическими программами и объектов их приложения. Квантово-химические методы начинают применяться для решения проблем промышленной химии: активности, селективности и стабильности катализаторов на основе^{-элементов,} для объяснения и предсказания свойств биомолекул, материалов, путей химических реакций, характера влияния растворителя на скорости и пути реакций, строения и свойств фармацевтических препаратов и др.
• 2000 г. — н.в. — современный период, характеризующийся широким распространением высокосервисных квантовохимических программ; наличием многочисленных публикаций по их практическому использованию; признанием среди химиков практически любой специализации значительных успехов и возможностей методов квантовой химии в решении их задач. Квантово-химическое моделирование используется самой разнообразной аудиторией — студентами, преподавателями, научными работниками и целыми творческими коллективами; материальной базой служит разнообразная вычислительная техника — персональные компьютеры, кластеры компьютеров, суперкомпьютеры. Квантово-химическая теория и эксперимент, взаимно дополняя и корректируя друг друга, способствуют существенному ускорению и глубине исследований в химии, биологии, физике, материаловедении и других направлениях естествознания. Круг изучаемых квантовой химией объектов быстро расширяется. Основное внимание при этом сосредоточено на точных расчетах разнообразных свойств небольших молекулярных систем; рассмотрении наноразмерных частиц — кластеров, макромолекул, фрагментов кристаллических решеток, межмолекулярных взаимодействий и конденсированного состояния вещества, изучении и прогнозировании свойств химического вещества, реакционной способности соединений.