En principio, toda la química puede explicarse a través de las leyes de la física. La cinética demuestra no ser la excepción. Las conexiones directas entre la mecánica cuántica y la cinética pueden no ser inmediatamente evidentes (en comparación con la cinética y la mecánica estadística, donde es obvio que esta última puede usarse para encontrar la frecuencia de colisiones entre especies químicas que conducen a reacciones químicas), pero existen.
A un nivel muy básico, podemos usar métodos de estructura electrónica basados en la mecánica cuántica para encontrar las energías de los reactivos, productos y estados de transición. También podemos encontrar entropías de estas especies a través del muestreo, y usar aproximaciones como la ecuación de Eyring para obtener estimaciones de tasas. También se pueden emplear otras aproximaciones, pero la estructura electrónica nos permite acceder a las energías de activación con bastante facilidad.
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(Si conoce las energías de las energías de activación de búsqueda A, B, C es trivial. La búsqueda de energía de Gibbs es menos trivial ya que la entropía es complicada, pero en principio se puede hacer ya que conocemos toda la superficie de energía y algunas aproximaciones bastante buenas como armónicas existen osciladores / potenciales de morse).
En realidad, encontrar tasas (versus energías de activación) a partir de los primeros principios es un problema complicado que queda para la dinámica cuántica. Al igual que el resto de la química cuántica, el costo computacional es un problema que impide el tratamiento exacto y las personas están trabajando en el desarrollo de aproximaciones baratas y efectivas que puedan revelar cuál es la dinámica de los sistemas cuánticos y lo que significa para la cinética macroscópica. Esto no siempre es evidente a primera vista: los sistemas cuánticos a menudo muestran un comportamiento oscilatorio coherente a corto plazo que no es similar a la descomposición que se nos enseña en los módulos de cinética de la química general. Sin embargo, a una temperatura suficientemente alta y después de un tiempo suficientemente largo (es decir, temperatura ambiente y escalas de tiempo no espectroscópicas), estos sistemas también muestran disipación de la manera que cabría esperar.
Los modelos cuánticos de juguetes simples en particular han tenido mucho éxito en la predicción de ciertos tipos de reacciones. La teoría de Marcus, por ejemplo, fue elaborada por Rudy Marcus para las tasas de transferencia de electrones entre sitios que interactúan débilmente (originalmente solo iones de metales de transición en solución) en la década de 1960, lo que lo llevó a ganar el premio Nobel de Química de 1992 después de décadas de experimentos que validaron su modelo (incluido un predicción aparentemente inesperada de que las tasas de transferencia de electrones disminuyen a medida que la transferencia se vuelve energéticamente favorable, más allá de cierto punto). Muchas personas han trabajado en generalizar este modelo a otros regímenes (a riesgo de autopromoción, he realizado algunos trabajos en el área, que se pueden leer desde la transferencia electrónica de fase condensada más allá de la aproximación Condon si puede acceder a J.Chem.Phys detrás del muro de pago o en mi sitio web) y esta es un área de investigación razonablemente activa. También hay muchos otros enfoques en los que muchas personas están trabajando (salto de superficie, dinámica molecular ab-initio integral de ruta, etc.), y dejaré que los expertos en esas áreas comenten los detalles.
