Teorētiskā ķīmija

Pārskats

Teorētiskie ķīmiķi izmanto dažādus rīkus. Šie rīki ietver analītiskos modeļus (piemēram, LCAO-MO, lai aproksimētu elektronu uzvedību molekulās) un skaitliskās un skaitliskās simulācijas.

Ķīmijas teorētiķi rada teorētiskos modeļus. Pēc tam viņi atrod lietas, ko eksperimentālie ķīmiķi var izmērīt, izmantojot šos modeļus. Tas palīdz ķīmiķiem meklēt datus, kas var pierādīt, ka modelis neatbilst patiesībai. Dati palīdz izvēlēties starp vairākiem atšķirīgiem vai pretējiem modeļiem.

Ja dati neatbilst modelim, ķīmiķi cenšas veikt vismazākās izmaiņas modelī, lai tas atbilstu datiem, lai tie atbilstu datiem. Dažos gadījumos ķīmiķi izmet modeli, ja laika gaitā tam neatbilst daudzi dati.

Teorētiskajā ķīmijā izmanto fiziku, lai izskaidrotu vai prognozētu ķīmiskos novērojumus. Pēdējos gados tā galvenokārt ir saistīta ar kvantu ķīmiju (kvantu mehānikas pielietošana ķīmijas problēmām). Teorētiskās ķīmijas galvenās daļas ir elektroniskā struktūra, dinamika un statistiskā mehānika.

Visas šīs jomas tiek izmantotas ķīmisko reaktivitāšu prognozēšanas procesā. Citas, ne tik centrālās pētniecības jomas, ietver tilpuma ķīmijas matemātisko aprakstu dažādās fāzēs. Ķīmiķi teorētiķi vēlas izskaidrot ķīmisko kinētiku (molekulu savienošanās ceļu).

Daudzus no šiem darbiem zinātnieki dēvē par "skaitļošanas ķīmiju". Izrēķinu ķīmija parasti izmanto teorētisko ķīmiju, lai risinātu rūpnieciskas un praktiskas problēmas. Izrēķinu ķīmijas piemēri ir projekti, kuru mērķis ir aproksimēt ķīmiskos mērījumus, piemēram, dažāda veida posthartrī-Foka, blīvuma funkcionālās teorijas, pusempīriskās metodes (piemēram, PM3) vai spēku lauku metodes. Daži ķīmijas teorētiķi izmanto statistisko mehāniku, lai radītu saikni starp mikroskopiskajām kvantu pasaules parādībām un sistēmu makroskopiskajām tilpuma īpašībām.

Galvenās teorētiskās ķīmijas jomas

Kvantu ķīmija

Kvantu mehānikas izmantošana ķīmijā

Skaitļošanas ķīmija

Datorkodeksu izmantošana ķīmijā

Molekulārā modelēšana

Metodes molekulāro struktūru modelēšanai bez obligātas atsauces uz kvantu mehāniku. Piemēram, molekulārā doķēšana, proteīnu-proteīnu doķēšana, zāļu dizains, kombinatoriskā ķīmija.

Molekulārā dinamika

Klasiskās mehānikas pielietojums atomu un molekulu kopas kodolu kustības simulēšanai.

Molekulārā mehānika

Iekšmolekulārās un starpmolekulārās mijiedarbības potenciālās enerģijas virsmu modelēšana, izmantojot mijiedarbības spēku summu.

Matemātiskā ķīmija

Molekulārās struktūras apspriešana un prognozēšana, izmantojot matemātiskās metodes, ne vienmēr atsaucoties uz kvantu mehāniku.

Teorētiskā ķīmiskā kinētika

Ar reaktīvām ķīmiskām vielām saistītu dinamisko sistēmu un tām atbilstošo diferenciālvienādojumu teorētiska izpēte.

Ķīmiskā informātika (pazīstama arī kā ķīmiskā informātika)

Datortehnikas un informācijas metožu izmantošana, ko piemēro dažādām problēmām ķīmijas jomā.

Saistītās lapas

Vēsturiski pētnieki izmanto teorētisko ķīmiju, lai pētītu:

• Atomu fizika: elektroni un atomu kodoli.
• Molekulārā fizika: elektroni, kas apņem molekulu kodolus, un kodolu kustība. Šis termins parasti attiecas uz molekulu, kas sastāv no dažiem atomiem gāzes fāzē, izpēti. Taču daži uzskata, ka molekulārā fizika ir arī ķīmisko vielu tilpuma īpašību izpēte molekulu izteiksmē.
• Fizikālā ķīmija un ķīmiskā fizika: izmantojot fizikālās metodes, piemēram, lāzera metodes, skenēšanas tuneļmikroskopu u. c. Formālā atšķirība starp abām jomām ir tāda, ka fizikālā ķīmija ir ķīmijas nozare, bet ķīmiskā fizika ir fizikas nozare. Tā nav skaidra atšķirība.
• Daudzu ķermeņu teorija: efekti, kas parādās sistēmās ar lielu sastāvdaļu skaitu. Tās pamatā ir kvantu fizika - galvenokārt otrās kvantizācijas formālisms - un kvantu elektrodinamika.