Μοριακές Κβαντικές Καταστάσεις και Στατιστική Θερμοδυναμική

Η συνέργεια της Στατιστικής Μηχανικής και της Κβαντομηχανικής δίνει σήμερα πλέον αναμφισβήτητα το θεωρητικό υπόβαθρο για τη δυνατότητα της ταυτόχρονης ερμηνείας, τόσο του μικρόκοσμου, όσο και του μακρόκοσμου, θεμελιώνοντας έτσι τη σύγχρονη Φυσική Επιστήμη. Πράγματι, η Στατιστική Μηχανική συνδέει την κβαντομηχανική περιγραφή του μικρόκοσμου με τη θερμοδυναμική περιγραφή του μακρόκοσμου, αποτελώντας ένα ισχυρό εργαλείο στη μελέτη της φυσικής των ιδιοτήτων των υλικών.

Στο παρόν βιβλίο δίνεται μια εκτεταμένη άποψη της Στατιστικής Θερμοδυναμικής βασισμένη στις σημερινές σύγχρονες γνώσεις  της θεωρίας των Μοριακών Κβαντικών Καταστάσεων.  Ο τελικός στόχος είναι  να αποκτήσει ο αναγνώστης σπουδαστής τις θεμελιώδεις γνώσεις, τόσο της Μορια- κής Κβαντικής Χημείας, όσο και της Στατιστικής Μηχανικής και Θερμοδυναμικής και να εφαρμόζει τις βασικές αρχές των κλάδων αυτών στην επίλυση φυσικών προβλημάτων.

Μέρος του παρόντος συγγράμματος είχε κυκλοφορήσει με τη μορφή σημειώσεων, που χρησιμοποιήθηκαν, από το 1995 μέχρι το 2015, στις παραδόσεις των προπτυχιακών μαθημάτων κορμού της Φυσικοχημείας, μαθημάτων επιλογής και, εν μέρει, στο μεταπτυχιακό κύκλο σπουδών του τμήματος Χημείας και του τμήμα- τος Επιστήμης των Υλικών του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων.

Τα μαθηματικά που χρησιμοποιούνται σε αυτό το βιβλίο αποτελούν μέρος των μαθηματικών που διδάσκονται στους φοιτητές των τμημάτων Χημείας στα Πανεπιστήμια της Ελλάδας και του εξωτερικού. Παρά το γεγονός αυτό, η εμπειρία των συγγραφέων από τη διδασκαλία του αντικειμένου έδειξε ανεπαρκή κατάρτιση των φοιτητών στα μαθηματικά με συνέπεια την αδυναμία μελέτης των διαφόρων συστημάτων σε μικροσκοπικό και μακροσκοπικό επίπεδο. Έτσι, προκειμένου να κατανοηθεί η ηλεκτρονική δομή των ατόμων και των μορίων και οι βασικές έννοιες της Στατιστικής Θερμοδυναμικής, κρίθηκε σκόπιμο να προηγηθεί μια σύντομη ανασκόπηση των μαθηματικών εργαλείων που χρησιμοποιούνται σε αυτό το βιβλίο.

Οι μαθηματικές έννοιες που συμπεριλαμβάνονται στην αρχή του βιβλίου δίνουν τη δυνατότητα στον αναγνώστη σπουδαστή να αναπτύξει ικανότητες για την κατανόηση φυσικών εννοιών και μεγεθών και να αποκτήσει ευχέρεια στην εφαρμογή προσεγγιστικών μεθόδων για την πρόβλεψη αριθμητικών αποτελεσμάτων, χωρίς απαραιτήτως τη χρήση πολύπλοκων μαθηματικών μεθόδων, έτσι ώστε να είναι σε θέση να αναγνωρίσει τις σημαντικές έννοιες και σχέσεις και να κάνει χρήσιμες προβλέψεις.

Παρά το γεγονός ότι το κείμενο, οι εξισώσεις και τα σχήματα του βιβλίου πέρασαν από επανειλημμένες διορθώσεις, είναι βέβαιο ότι, παρ’ όλα αυτά, θα υπάρχουν ακόμη αρκετά λάθη και παραλείψεις. Οποιεσδήποτε παρατηρήσεις και σχόλια των αναγνωστών, υποδείξεις λαθών, ατελειών και βελτιώσεων, θα είναι εξαιρετικά ευπρόσδεκτες από τους συγγραφείς και θα ληφθούν υπόψη σε επόμε- νες εκδόσεις.

Κλείνοντας, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Π. Μπουραζάνη, Γ. Στογιαννίδη και Σ. Τσιγκόια για την πολύτιμη βοήθειά τους κατά την ψηφιοποίηση μέρους του υλικού του βιβλίου.

Αγνή Μυλωνά-Κοσμά (amylona@cc.uoi.gr ) Άγγελος Γ. Καλαμπούνιας (akalamp@cc.uoi.gr )

Ιωάννινα, 2018