Atoms in molecules
کوانٹم کیمسٹری میں، مالیکیولز میں ایٹموں کا کوانٹم تھیوری (کیو ٹی اے آئی ایم)، جسے بعض اوقات مالیکیولز میں ایٹم (اے آئی ایم) کہا جاتا ہے، مالیکیولر اور کنڈینسڈ میٹر الیکٹرانک سسٹمز (جیسے کرسٹل) کا ایک نمونہ ہے جس میں مالیکیولر ڈھانچے کی اہم اشیاء-ایٹم اور بانڈز-کسی نظام کے قابل مشاہدہ الیکٹران ڈینسٹی ڈسٹری بیوشن فنکشن کے قدرتی تاثرات ہیں۔ کسی مالیکیول کی الیکٹران کثافت کی تقسیم ایک امکان کی تقسیم ہے جو اس اوسط طریقے کو بیان کرتی ہے جس میں الیکٹرانک چارج نیوکلئی کے ذریعہ لگائے گئے پرکشش میدان میں حقیقی جگہ میں تقسیم ہوتا ہے۔ کیو ٹی اے آئی ایم کے مطابق، سالماتی ساخت الیکٹران کثافت کے مستحکم نکات کے ساتھ ساتھ الیکٹران کثافت کے میلان کے راستوں سے ظاہر ہوتی ہے جو ان نکات پر شروع ہوتے ہیں اور ختم ہوتے ہیں۔ کیو ٹی اے آئی ایم کو بنیادی طور پر پروفیسر رچرڈ بیڈر اور میک ماسٹر یونیورسٹی میں ان کے تحقیقی گروپ نے کئی دہائیوں کے دوران تیار کیا تھا، جس کا آغاز 1960 کی دہائی کے اوائل میں سادہ مالیکیولز کی نظریاتی طور پر حساب شدہ الیکٹران کثافت کے تجزیے سے ہوا اور 90 کی دہائی میں کرسٹل کی نظریاتی اور تجرباتی طور پر ناپی گئی الیکٹران کثافت دونوں کے تجزیے کے ساتھ اختتام پذیر ہوا۔ کیو ٹی اے آئی ایم کی ترقی اس مفروضے سے کارفرما تھی کہ چونکہ ایٹموں اور بندھنوں کے تصورات کیمسٹری کی تشریح، درجہ بندی، پیش گوئی اور بات چیت میں ہر جگہ مفید رہے ہیں اور جاری ہیں، اس لیے ان کی ایک اچھی طرح سے متعین جسمانی بنیاد ہونی چاہیے۔ کیو ٹی اے آئی ایم سالماتی ساخت کے مفروضے کے مرکزی آپریشنل تصورات کو بازیافت کرتا ہے، جو کہ ایٹموں کی ایک فعال گروہ بندی ہے جس میں خصوصیات کے ایک اضافی اور خصوصیت والے سیٹ کے ساتھ، بانڈز کی تعریف کے ساتھ جو ایٹموں کو جوڑتے ہیں اور ساخت فراہم کرتے ہیں۔ کیو ٹی اے آئی ایم الیکٹران کثافت کی ٹوپولوجی کی بنیاد پر کیمیائی بندھن اور کیمیائی نظام کی ساخت کی وضاحت کرتا ہے۔ بانڈنگ کے علاوہ، کیو ٹی اے آئی ایم جگہ کو بالکل ایک نیوکلئس پر مشتمل جوہری حجم میں تقسیم کرکے، فی ایٹم کی بنیاد پر کچھ جسمانی خصوصیات کے حساب کی اجازت دیتا ہے، جو الیکٹران کثافت کے مقامی کشش کے طور پر کام کرتا ہے۔ کیو ٹی اے آئی ایم میں ایٹم کو ایک مناسب کھلے نظام کے طور پر بیان کیا گیا ہے، یعنی۔ ایک ایسا نظام جو توانائی اور الیکٹران کی کثافت کا اشتراک کر سکتا ہے جو تھری ڈی اسپیس میں مقامی ہے۔ ان خصوصیات کے ریاضیاتی مطالعہ کو عام طور پر ادب میں چارج ڈینسٹی ٹوپولوجی کہا جاتا ہے۔ کیو ٹی اے آئی ایم اس حقیقت پر مبنی ہے کہ الیکٹران کثافت کی تقسیم کی اکثریت کی غالب ٹپوولوجیکل خاصیت مضبوط میکسیما کی موجودگی ہے جو خصوصی طور پر مرکزوں پر واقع ہوتی ہے، جن میں سے کچھ جوڑے الیکٹران کثافت کی چوٹیوں سے ایک دوسرے سے جڑے ہوتے ہیں۔ الیکٹران ڈینسٹی ڈسٹری بیوشن کے گریڈینٹ ویکٹر فیلڈ کے لحاظ سے، یہ ایک مالیکیول کی تین جہتی طاسوں (ایٹموں) میں مکمل، غیر اوور لیپنگ پارٹیشننگ سے مطابقت رکھتا ہے جو مشترکہ دو جہتی علیحدگی (انٹراٹومک سطحوں) کے ذریعے ایک دوسرے سے جڑے ہوتے ہیں۔ ہر بین جوہری سطح کے اندر، الیکٹران کی کثافت متعلقہ انٹرنیوکلیئر سیڈل پوائنٹ پر زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے، جو کہ نیوکلئی کے متعلقہ جوڑے کے درمیان کم از کم رج پر بھی واقع ہوتی ہے، رج کی تعریف سیڈل پوائنٹ پر شروع ہونے والے گریڈینٹ ٹریجیکٹوریز (بانڈ پاتھ) کے جوڑے سے کی جاتی ہے اور نیوکلئی پر ختم ہوتی ہے۔ چونکہ کیو ٹی اے آئی ایم ایٹم ہمیشہ الیکٹران کثافت کے گریڈینٹ ویکٹر فیلڈ میں صفر بہاؤ والی سطحوں سے جڑے ہوتے ہیں، اس لیے ان میں دیگر ذیلی نظام کی تعریفوں کے مقابلے میں کچھ منفرد کوانٹم مکینیکل خصوصیات ہوتی ہیں، جن میں منفرد الیکٹرانک حرکی توانائی، سالماتی الیکٹرانک وائریل تھیوریم سے مشابہت رکھنے والے الیکٹرانک وائریل تھیوریم کا اطمینان اور کچھ دلچسپ تغیراتی خصوصیات شامل ہیں۔ کیو ٹی اے آئی ایم آہستہ آہستہ کیمیائی نظاموں سے متعلق ممکنہ سوالات کو حل کرنے کا ایک طریقہ بن گیا ہے، مختلف حالات میں کیمسٹری میں اس سے پہلے شاید ہی کسی دوسرے ماڈل یا نظریہ کے ذریعے سنبھالا گیا ہو۔ ایپلی کیشنز کیو ٹی اے آئی ایم کا اطلاق بعض نامیاتی کرسٹل کی وضاحت پر کیا جاتا ہے جو پڑوسی مالیکیولز کے درمیان غیر معمولی طور پر کم فاصلے پر ہوتے ہیں جیسا کہ ایکس رے ڈفریکشن کے ذریعے مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، مالیکیولر کلورین کے کرسٹل ڈھانچے میں دو مالیکیولز کے درمیان تجرباتی Cl.Cl فاصلہ 327 پیکو میٹر ہے جو 350 پیکو میٹرز کے وین ڈیر والز ریڈیائی کے مجموعے سے کم ہے۔ ایک کیو ٹی اے آئی ایم کے نتیجے میں 12 بانڈ کے راستے ہر کلورین ایٹم سے دوسرے کلورین ایٹموں تک شروع ہوتے ہیں جن میں انو میں موجود دوسرا کلورین ایٹم بھی شامل ہے۔ اس نظریہ کا مقصد دھاتی ہائیڈروجن کی دھاتی خصوصیات کو بھی اسی طرح بیان کرنا ہے۔ اس نظریہ کا اطلاق نام نہاد ہائیڈروجن-ہائیڈروجن بانڈز پر بھی ہوتا ہے کیونکہ وہ فینانتھرین اور کریسین جیسے مالیکیولز میں پائے جاتے ہیں۔ ان مرکبات میں دو آرتھو ہائیڈروجن ایٹموں کے درمیان فاصلہ دوبارہ ان کے وین ڈیر والس ریڈی سے کم ہوتا ہے اور اس نظریہ پر مبنی سلیکو تجربات کے مطابق، ان کے درمیان ایک بندھن کے راستے کی نشاندہی کی جاتی ہے۔ دونوں ہائیڈروجن ایٹموں میں ایک جیسی الیکٹران کثافت ہوتی ہے اور بند خول ہوتے ہیں اور اس لیے وہ نام نہاد ڈائی ہائیڈروجن بانڈز سے بہت مختلف ہوتے ہیں جو (CH3) 2NHBH3 جیسے مرکبات کے لیے پیش کیے جاتے ہیں اور نام نہاد ایگسٹک تعاملات سے بھی مختلف ہوتے ہیں۔ مرکزی دھارے کی کیمسٹری میں دو غیر بندھن والے ایٹموں کی قربت غیر مستحکم سٹیرک پسپائی کا باعث بنتی ہے لیکن کیو ٹی اے آئی ایم میں مشاہدہ شدہ ہائیڈروجن ہائیڈروجن تعاملات حقیقت میں مستحکم ہوتے ہیں۔ یہ اچھی طرح سے جانا جاتا ہے کہ کنکڈ فینانتھرین اور کریسین دونوں اپنے لکیری آئسومرز اینتھراسین اور ٹیٹریسین سے تقریبا 6 کیلوری/مول (25 کے جے/مول) زیادہ مستحکم ہیں۔ ایک روایتی وضاحت کلیئرز رول کے ذریعے دی گئی ہے۔ کیو ٹی اے آئی ایم سے پتہ چلتا ہے کہ فینانتھرین کے لیے 8 کیلوری/مول (33 کے جے/مول) کا حساب شدہ استحکام کاربن سے ہائیڈروجن میں الیکٹران کی منتقلی سے پیدا ہونے والے 8 کیلوری/مول (33 کے جے/مول) کے ذریعے مرکب کے غیر مستحکم ہونے کا نتیجہ ہے، جو ایچ ایچ بانڈ کے راستے کی وجہ سے استحکام کے 12.1 کیلوری (51 کے جے/مول) سے آفسیٹ ہوتا ہے۔ دو ہائیڈروجن ایٹموں کے درمیان اہم نقطہ پر الیکٹران کی کثافت کم ہے، 0.012 e فینانتھرین کے لیے۔ بانڈ کے راستے کی ایک اور خاصیت اس کی منحنیت ہے۔ کیو ٹی اے آئی ایم میں مطالعہ کیا گیا ایک اور مالیکیول بائیفینائل ہے۔ اس کے دو فینائل حلقے ایک دوسرے کے حوالے سے 38 ڈگری کے زاویے پر مبنی ہوتے ہیں جن میں پلانر مالیکیولر جیومیٹری (مرکزی سی-سی بانڈ کے گرد گردش میں سامنے آتی ہے) 2.1 کیلوری/مول (8.8 کے جے/مول) سے غیر مستحکم ہوتی ہے اور عمودی 2.5 کیلوری/مول (10.5 کے جے/مول) سے غیر مستحکم ہوتی ہے۔ اس گردش کی رکاوٹ کی کلاسیکی وضاحتیں آرتھو ہائیڈروجن ایٹموں (پلانر) کے درمیان سٹیریک پسپائی اور دونوں رنگوں (عمودی) پر پائی کثافت کی ڈیلوکلائزیشن کو توڑنا ہیں۔ کیو ٹی اے آئی ایم کا اطلاق پروٹین میں حل شدہ ترجمہ کے بعد کی تبدیلیوں کی الیکٹران ٹوپولوجی کا مطالعہ کرنے کے لیے بھی کیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، لائسین-ارجنائن سے ماخوذ جدید گلائکیشن اینڈ پروڈکٹس کے ایک سیٹ میں کوولینٹلی بانڈڈ فورس مستقل الیکٹرانک ڈھانچے کے حسابات کا استعمال کرتے ہوئے اخذ کیے گئے تھے اور پھر بانڈ کے راستوں کو ہر ایک لاگو کمپیوٹیشنل کیمسٹری فنکشنل میں فرق کی وضاحت کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ مزید برآں، کیو ٹی اے آئی ایم کا استعمال گلوکوسیپین اور قریبی پانی کے مالیکیولز کے درمیان ہائیڈروجن بانڈز کے بانڈ پاتھ نیٹ ورک کی شناخت کے لیے کیا گیا تھا۔ کیو ٹی اے آئی ایم میں ڈائی ہیڈرل اینگل کو 38° سے 0° تک کم کرنے پر توانائی میں اضافہ کئی عوامل کا مجموعہ ہے۔ غیر مستحکم کرنے والے عوامل منسلک کاربن ایٹموں کے درمیان بانڈ کی لمبائی میں اضافہ (کیونکہ انہیں قریب آنے والے ہائیڈروجن ایٹموں کو ایڈجسٹ کرنا پڑتا ہے) اور کاربن سے ہائیڈروجن میں الیکٹرانک چارج کی منتقلی ہیں۔ مستحکم کرنے والے عوامل میں پائی الیکٹرانوں کی ایک دائرے سے دوسرے دائرے میں منتقلی میں اضافہ ہوتا ہے اور جو توازن کو کم کرتا ہے وہ آرتھو ہائیڈروجن کے درمیان ہائیڈروجن-ہائیڈروجن بانڈ ہوتا ہے۔ ہائیڈروجن بانڈ اپنے ناقدین کے بغیر نہیں ہے۔ ایک کے مطابق، اس کے آئسومرز کے مقابلے میں فینانتھرین کے نسبتا استحکام کو گونج استحکام کا موازنہ کرکے مناسب طریقے سے سمجھایا جا سکتا ہے۔ ایک اور نقاد کا استدلال ہے کہ فینانتھرین کے استحکام کو مرکزی ڈبل بانڈ میں زیادہ موثر پائی-پائی اوورلیپ سے منسوب کیا جاسکتا ہے۔ بانڈ کے راستوں کے وجود پر سوال نہیں اٹھایا جاتا ہے بلکہ اس سے حاصل ہونے والی مستحکم توانائی ہے۔ میک ماسٹر یونیورسٹی پاپلیئر گروپ ہوم پیج ملٹی ڈبلیو ایف این ہوم پیج اے آئی ایم 2000 ہوم پیج اے آئی ایم اے ایل ہوم پیج ایکس ڈی ہوم پیج کوانٹم کیمسٹری حوالہ جات ایٹم اور مالیکیول ایٹم ان مالیکیولز پیج میک ماسٹر یونیورسٹی پاپلیئر گروپ ہوم پیج ملٹی ڈبلیو ایف این ہوم پیج اے آئی ایم اے ایل ہوم پیج ایکس ڈی ہوم پیج کوانٹم کیمسٹری کیمیائی بانڈنگ