Chimie quantique relativiste

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La chimie quantique relativiste intègre les résultats issus de la chimie quantique et de la mécanique relativiste pour rendre compte des propriétés des éléments chimiques et de la structure de leurs corps simples, en particulier pour les éléments les plus lourds du tableau périodique. Un exemple bien connu a trait à la couleur de l’or, qui n’est pas de couleur argentée comme la plupart des autres métaux en raison d’effets relativistes.

Le terme effets relativistes est issu de l’histoire de la mécanique quantique. Initialement, la mécanique quantique a été développée sans tenir compte de la théorie de la relativité^[1]. Par convention, les effets relativistes font référence aux écarts entre, d’une part, les valeurs calculées par les modèles qui tiennent compte de relativité et, d’autre part, celles calculées par les modèles qui n’en tiennent pas compte^[2].

Les effets relativistes en chimie peuvent être considérés comme des perturbations, ou de petites corrections, à la théorie non relativiste de la chimie, développée à partir des solutions de l’équation de Schrödinger. Ces corrections affectent les électrons de manière différente en fonction de leur vitesse par rapport à la vitesse de la lumière. Les effets relativistes sont plus importants pour les éléments lourds parce que ce n’est que dans ces éléments que les électrons atteignent des vitesses relativistes^[3]. Dans les représentations les plus répandues du tableau périodique, ces éléments de numéros atomiques élevés sont présents dans la partie inférieure. Ce sont par exemple les lanthanides et les actinides^[4], éléments de la 6^e période et la 7^e période du tableau.