Atomic Hypothesis and the Concept of Molecular Structure

\"تخیل و حدس زدن زیرکانه ابزار قدرتمندی برای کسب دانش علمی هستند... \" 1. H. van't Hoff دهه های گذشته شاهد رشد سریع شیمی کوانتومی و افزایش فوق العاده در تعداد بسیار دقیق بوده است. محاسبات اولیه ساختار الکترونیکی مولکول ها نتایجی با دقت قابل تحسین به دست می دهد. این پیشرفت چشمگیر مرحله جدیدی را در توصیف مکانیک کوانتومی ماده در سطح مولکولی باز کرده است. در وهله اول، نتایج بسیار دقیق، آزمایش‌های سختی از مکانیک کوانتومی ارائه می‌کنند. ثانیاً، روش‌های کمّی محاسباتی از ابتدا می‌توانند به طور هم افزایی با تکنیک‌های تجربی مختلف ترکیب شوند، بنابراین توصیف عددی دقیق خواص مولکولی را بهتر از آنچه قبلاً پیش‌بینی می‌شد ممکن می‌سازد. با این حال، نقش نظریه در افشای قوانین اساسی طبیعت و تولید مجموعه‌های روزافزون داده‌ها با دقت بالا تمام نشده است. علاوه بر این، باید ابزاری برای نظام‌بندی، شناخت قاعده‌مندی‌ها و نسبت‌سازی بی‌شمار حقایق ثابت‌شده فراهم کند تا از این طریق از هرج و مرج کامل اجتناب شود. مشکلات اضافی توسط توابع موج مولکولی ارائه شده توسط روش‌های شیمی کوانتومی محاسباتی سطح بالا نشان داده می‌شوند. آنها اصولاً شامل تمام اطلاعات مربوط به سیستم مولکولی هستند، اما به قدری پیچیده هستند که نمی توان فوراً با عبارات ساده و معنی دار فیزیکی فهمید. هر دوی این جنبه‌ها، طبقه‌بندی و تفسیر، مدل‌های مفهومی را می‌طلبد که ترجیحاً تصویری، شفاف، به‌طور شهودی جذاب و مستدل باشند و گاهی برای اهداف نیمه کمی مفید باشند.

"Imagination and shrewd guesswork are powerful instruments for acquiring scientific knowledge . . . " 1. H. van't Hoff The last decades have witnessed a rapid growth of quantum chemistry and a tremendous increase in the number of very accurate ab initio calculations of the electronic structure of molecules yielding results of admirable accuracy. This dramatic progress has opened a new stage in the quantum mechanical description of matter at the molecular level. In the first place, highly accurate results provide severe tests of the quantum mecha­ nics. Secondly, modern quantitative computational ab initio methods can be synergetically combined with various experimen­ tal techniques thus enabling precise numerical characterization of molecular properties better than ever anticipated earlier. However, the role of theory is not exhausted in disclosing the fundamental laws of Nature and production of ever increasing sets of data of high accuracy. It has to provide additionally a means of systematization, recognition of regularities, and ratio­ nalization of the myriads of established facts avoiding in this way complete chaos. Additional problems are represented by molecular wavefunctions provided by the modern high-level computational quantum chemistry methods. They involve, in principle, all the information on molecular system, but they are so immensely complex that can not be immediately understood in simple and physically meaningful terms. Both of these aspects, categorization and interpretation, call for conceptual models which should be preferably pictorial, transparent, intuitively appealing and well-founded, being sometimes useful for semi­ quantitative purposes.