La chimie quantique ???

[SAM 0]

Bonjour à tous,
Quelle est la différence entre la chimie (organique et analytique) et la chimie quantique ???

Quels sont les différences entre la chimie quantique et la physique quantique ???

Merci d'avance

[dg2 2 042]

Salut,

la chimie quantique, c'est rien d'autre que la mécanique quantique appliquée à la chmie, c'est-à-dire à la structure des molécule. C'est la seule façon de prédire rigoureusement la structure des molécules, puisque le comportement, la forme de celles-ci relève de la mécanique quantique. En pratique, même des molécules simples sont effroyablement compliquées à étudier dans ce cadre là car les calculs deviennent très vite épouvantablement complexes. Il existe cependant un certain nombre de méthodes d'approximation qui permettent de prédire ou d'expliquer la structure des molécules (méthode de Lewis, méthode VSEPR, etc). Ces méthodes sont beaucoup plus faciles à utiliser.

La chmie analytique est la branche de la chimie qui a pour objet la séparation des constituants d'un échantillon de matière leur identification et la détermination de leurs quantités respectives. (cf http://www.unine.ch/chim/chw/pdf/chapitre1.pdf ).

La chmie organique estla branche de la chimie qui s'intéresse aux molécules à base de carbone (c'est-à-dire un paquet de trucs), cf http://www.u-psud.fr/codeugsv2.nsf/histoire1.htm!OpenPage .

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 20-12-2004).]

[belier 0]

C'est "on ne peut plus clair!"

[SAM 0]

(théorie quantique) = (mécanique quantique) ???

Merci d'avance

[dg2 2 042]

Oui.

Historiquement, il y a eu la mécanique quantique dite "non relativiste", qui décrit bien les phénomènes à l'échelle atomique les plus simples (l'atome d'hydrogène par exemple) à l'aide de ce que l'on appelle l'équation de Schrödinger. Quand on est en présence d'un problème où interviennent des vitesses de l'ordre de la vitesse de la lumière ou des énergies de l'ordre de l'énergie de masse des particules, on fait de la mécanique quantique relativiste, où l'équation de Schrödinger est remplacée par l'équation de Dirac. Certaines propriétés de l'atome d'hydrogène comme la fameuse raie à 21cm ne sont pas expliquées par la MQ non relativiste mais par l'équation de Dirac. Quand on s'intéresse à la physique dans les accélérateurs de particules (essentiellement les collisions entre particules), on fait de la théorie quantique des champs. Là encore, certaines raies d'émission de l'atome d'hydrogène (l'effet Lamb) nécessitent d'y faire appel. Quand on s'intéresse à la structure et la stabilité des molécules, on fait de la chimie quantique. Toutes sont des manifestations différentes de la mécanique quantique, et qui poursuivent des buts différents, avec ont donc des techniques et même un vocabulaire qui leur sont propres, mais qui sont basées sur des concepts semblables. J'espère que c'est plus clair.

[belier 0]

Ce ne serait pas alors : théorie quantique = théorie quantique
Et mécanique quantique = application de la théorie quantique à
la mécanique ?

[SAM 0]

Est-ce que la théorie quantique à un lien avec l'univers, le big bang, les trous noir.... ???
Si oui lesquels ???

Merci d'avance

[herisson 0]

quote:

---

-Est-ce que la théorie quantique à un lien avec l'univers, le big bang, les trous noir.... ???
-Si oui lesquels ???

---

-"Certainement oui" (mais la théorie reste à faire et les expériences aussi).
-On ne sait pas encore
(enfin, on a certains résultats, par exemple le fait que les trous noirs devraient émettre un rayonnement, rayonnement de Hawking, c'est un résultat de physique quantique)

(je sais c'est pas très complet mais il est tard... tôt)

[dg2 2 042]

Pour développer un peu la réponse de hérisson...

La physique quantique est omniprésente dans quantité de processus physiques. Elle explique la plupart des processus de rayonnement, la structure des atomes, les propriétés des corps solides, etc, etc. Elle est donc omniprésente dans à peu près toute l'astrophysique et la physique de tous les jours.

Concernant les trous noirs, ces objets sont des prédictions de la relativité générale. Néanmoins, Stephen Hawking a montré que si l'on incorpore la mécanique quantique dans la description des trous noirs, alors ceux-ci ne devraient pas etre complètement "noirs", mais ils rayonnent un peu. En pratique, cet effet est si faible pour les trous noirs stellaires qu'il est complètement inobservable. Il est observable uniquement pour des trous noirs de très petite masse (quelques milliards de tonnes), trous noirs qu'aucun processus astrophysique connu ne permet de créer, mais qui pourraient éventuellement etre créés à des époques beaucoup plus anciennes de l'histoire de l'univers. On n'a à l'heure actuelle jamais détecté le rayonnement de tels trous noirs, ce qui signifie qu'ils ne sont pas très nombreux et que selon toute vraisemblance, ils ne jouent pas de role important dans l'univers. Néanmoins leur détection serait un grand moment dans l'histoire de la physique (et dans celle de Hawking car il obtiendrait le Prix Nobel aussi sec).

Pourquoi est-on si sur que les trous noirs rayonnent ? Parce que la mécanique quantique prédit que le vide (c'est à dire, pour paraphraser un proverbe célèbre, "ce qui reste quand on a tout enlevé") n'est pas complètement "vide", mais est siège d'une certaine forme d'"agitation" que l'on appelle fluctuations quantiques du vide. En gros, des paires de particules de matière et d'anti matière sont constamment créées pour s'annihiler aussitot. On est sur de cela car dans certaines circonstances, on peut mettre en évidence ces particules. Par exemple, en appliquant un champ électrique très intense, on peut séparer un électron et un anti électron ainsi créés (car ceux ci subissent des forces opposées dans un champ électrique). Evidemment, ceci a un cout d'un point de vue énergétique : l'énergie des particules ainsi extraites du vide est très inférieure à celle déployée pour fabriquer le champ électrique, mais en pratique cela marche.

De la meme façon, on pense que l'on peut faire la meme chose dans un champ gravitationnel très intense comme on en trouve au voisinage des trous noirs : une paire de particules peut etre créée par des fluctuations quantiques du vide au voisinage d'un trou noir et il est possible (quoique peu probable) que l'une d'elle soit suffisamment loin du trou noir pour s'en échapper alors que l'autre est plus proche du trou noir et soit happée par celui-ci. Dans ce cas, l'énergie "dépensée" par le trou noir pour créer la paire de particules n'est pas complètement récupérée (il n'absorbe que l'une des deux), et le trou noir va donc perdre de la masse (alors qu'il a absorbé une particule) : il va donc finir par s'évaporer. Comme un tel événement est rare, la perte de masse est très lente et il faut une durée considérablement plus grande que l'age de l'univers pour qu'un trou noir stellaire ne s'évapore complètement.

Cependant, ce phénomène pourait dans une version très similaire etre mis en évidence expérimentalement. La relativité générale indique qu'il n'y a pas de différence fondamentale entre un champ gravitationnel et une accélération, aussi on peut espérer produire ce rayonnement en se contentant d'accélérer un miroir. Les calcul montre qu'un observateur situé loin du miroir accéléré va le voir émettre un très léger rayonnement (proportionnel à son accélération). C'est ce que l'on appelle l'effet Unruh. Là encore, l'énergie dépensée pour accélérer le miroir est très supérieure à celle qu'il va rayonner, mais en principe cela marche, et des gens tout à frait sérieux essaient de mettre cela en évidence, et il n'est en fait pas si irréaliste que cela d'espérer le voir dans un futur pas trop éloigné (en pratique, le rayonnement étant très faible, il faut etre sur qu'il ne provient pas d'un quelconque échauffement résultant de frottements dans le système mécanique qui accélère le miroir, ce qui est très difficile).

En fait, tout ceci est très intéressant pour la cosmologie, car on pense que ce phénomène s'est produit dans l'univers primordial. Cette fois, ce serait l'expansion de l'univers qui séparerait les particules créées par paires. Et cela s'est peut etre bien produit si l'univers a connu une époque d'expansion très rapide (la fameuse inflation). La conséquence de ceci est que cette fois les particules ainsi créées ne le sont pas de façon uniforme dans l'univers, ce qui donne une possibilité de créer des fluctuations de densité dans l'univers, fluctuations qui ont ensuite évolué pour former les structures (galaxies, amas de galaxie...) que l'on observe aujourd'hui.

Le phénomène de création de particules par le champ gravitationnel n'a pas étéé mis en évidence pour l'instant, mais ne fait pas beaucoup de doute chez les spécialistes de la question. Ce qui est moins certain, c'est le fait que les objets astrophysiques ce soit formés à partir de telles fluctuations. Néanmoins, il faut bien avoir à l'esprit que créer des fluctuations de densité dans l'univers est "difficile" et tous les scénarios proposés sont d'une façon ou d'une autre un peu "exotiques". Celui de l'inflation est à l'heure actuelle le moins tiré par les cheveux (quoique ce genre d'affirmation soit un peu une question de gout). Un des objectifs des missions d'observation du rayonnement fossile (COBE, WMAP, Planck) est précisément de tester cette idée là, qui pour l'instant s'accomode fort bien des observations. L'avenir dira si un autre modèle plus performant doit etre élaboré pour rendre compte de ces observations sans cesse plus précises.

[SAM 0]

dg2, merci beaucoup pour tes réponses.

[SAM 0]

Salut,
On peut dire que la mécanique quantique c'est de la physique quantique ?

merci

[dg2 2 042]

Oui.