Teoretična kemija

Pregled

Teoretični kemiki uporabljajo številna orodja. Ta orodja vključujejo analitične modele (na primer LCAO-MO za približek obnašanja elektronov v molekulah) ter računalniške in numerične simulacije.

Teoretiki v kemiji ustvarjajo teoretične modele. Nato na podlagi teh modelov poiščejo stvari, ki jih lahko izmerijo kemiki eksperimentatorji. To kemikom pomaga pri iskanju podatkov, ki lahko dokažejo, da model ne drži. Podatki pomagajo pri izbiri med več različnimi ali nasprotnimi modeli.

Če se podatki ne morejo ujemati z modelom, poskušajo kemiki narediti najmanjšo spremembo modela, da bi se ujemal s podatki. V nekaterih primerih kemiki model zavržejo, če se sčasoma veliko podatkov ne prilega.

Teoretična kemija uporablja fiziko za razlago ali napovedovanje kemijskih opazovanj. V zadnjih letih se ukvarja predvsem s kvantno kemijo (uporaba kvantne mehanike za probleme v kemiji). Glavni deli teoretične kemije so elektronska struktura, dinamika in statistična mehanika.

Vsa ta področja se uporabljajo pri napovedovanju kemijske reaktivnosti. Druga manj osrednja raziskovalna področja vključujejo matematični opis kemije v razsutem stanju v različnih fazah. Teoretični kemiki želijo pojasniti kemijsko kinetiko (pot, po kateri se molekule združujejo).

Znanstveniki veliko tega dela imenujejo "računalniška kemija". Računalniška kemija običajno uporablja teoretično kemijo za reševanje industrijskih in praktičnih problemov. Primeri računalniške kemije so projekti za aproksimacijo kemijskih meritev, kot so nekatere vrste post Hartree-Fock, teorija funkcionalne gostote, semiempirične metode (kot je PM3) ali metode polja sil. Nekateri kemijski teoretiki uporabljajo statistično mehaniko, da ustvarijo povezavo med mikroskopskimi pojavi kvantnega sveta in makroskopskimi skupnimi lastnostmi sistemov.

Glavna področja teoretične kemije

Kvantna kemija

Uporaba kvantne mehanike v kemiji

Računalniška kemija

Uporaba računalniških kod v kemiji

Molekularno modeliranje

Metode za modeliranje molekulskih struktur brez nujnega sklicevanja na kvantno mehaniko. Primeri so molekularno spajanje, spajanje protein-protein, načrtovanje zdravil, kombinatorna kemija.

Molekularna dinamika

Uporaba klasične mehanike za simulacijo gibanja jeder v skupku atomov in molekul.

Molekularna mehanika

Modeliranje površin potencialne energije znotraj- in medmolekulskih interakcij s pomočjo vsote interakcijskih sil.

Matematična kemija

Razprava in napovedovanje molekularne strukture z uporabo matematičnih metod, ne da bi se nujno sklicevali na kvantno mehaniko.

Teoretična kemijska kinetika

Teoretična študija dinamičnih sistemov, povezanih z reaktivnimi kemikalijami, in njihovih ustreznih diferencialnih enačb.

Kemijska informatika (znana tudi kot kemijska informatika)

Uporaba računalniških in informacijskih tehnik za reševanje različnih problemov na področju kemije.

Sorodne strani

Zgodovinsko gledano raziskovalci uporabljajo teoretično kemijo za preučevanje:

• Atomska fizika: elektroni in atomska jedra.
• Molekularna fizika: elektroni, ki obdajajo molekularna jedra, in gibanje jeder. Ta izraz se običajno nanaša na preučevanje molekul, sestavljenih iz nekaj atomov v plinski fazi. Nekateri pa menijo, da je molekularna fizika tudi preučevanje prostorskih lastnosti kemikalij v smislu molekul.
• Fizikalna kemija in kemijska fizika: uporaba fizikalnih metod, kot so laserske tehnike, skenirni tunelski mikroskop itd. Formalno razlikovanje med obema področjema je, da je fizikalna kemija veja kemije, kemijska fizika pa veja fizike. To ni jasna razlika.
• Teorija mnogih teles: učinki, ki se pojavljajo v sistemih z velikim številom sestavin. Temelji na kvantni fiziki - predvsem na drugem kvantizacijskem formalizmu - in kvantni elektrodinamiki.