Co je výpočetní chemie?

Výpočetní chemie využívá matematiku a počítače k ​​řešení chemických problémů. Pomocí počítačového softwaru mohou chemici simulovat experimentální výsledky a najít vlastnosti látek. Pole výpočetní chemie pomáhá prozkoumat věci, které by jinak bylo obtížné nebo nákladné najít kvůli malé povaze molekul, atomů a nanočástic. Hodně z pole je založeno na Schrodingerově rovnici, která modeluje atomy a molekuly pomocí matematiky. Ab initio, semi-empirická a molekulární mechanika jsou metody výpočetní chemie často používané k analýze molekulárních struktur.

Proces výpočetní chemie začíná pohledem na teorii, jako je teorie elektronických struktur. To pomáhá určit pohyb elektronů v molekule. V tomto bodě lze pomocí matematických rovnic stanovit základní sadu na základě výpočtů. Tyto informace lze vložit do počítačového softwaru k popisu takových věcí, jako je vlnová funkce, kterou lze použít k vytvoření modelů jiných fyzikálních charakteristik molekuly. Chemici mohou vidět model orbitálů molekuly, začít předpovídat experimentální struktury a dívat se na energii molekuly.

Použití ab initio umožňuje chemikům podívat se na fyzikální vlastnosti látky a pomocí Schrodingerovy rovnice zjistit fyzikální vlastnosti molekul. To zahrnuje takové věci, jako je geometrie molekul, dipólový moment a energie reakce. Vibrační frekvence, rychlost reakce a volná energie lze také nalézt pomocí ab initio. Protože tyto fyzikální vlastnosti je velmi obtížné řešit, je nutné, aby je výpočetní chemici dostatečně zjednodušili, aby bylo možné najít a stále přesné fyzikální vlastnosti.

Molekulární mechanika je metoda výpočetní chemie používaná v experimentech a aplikacích biochemie. Tato metoda může být použita pro větší struktury, jako jsou enzymy a spoléhá se na tradiční fyziku, ale není schopna vypočítat elektronické vlastnosti v látkách. Oblast výpočetní chemie se neustále mění s vývojem technologií a vývojem nových teorií.

Tyto techniky umožňují chemikům zkoumat struktury, na které by bylo téměř nemožné podívat se jinak, kvůli jejich extrémně malé velikosti. Nanočástice, které jsou menší než atomy, lze modelovat pro použití v aplikacích, jako je elektronika, výbušniny a medicína. Protože většina výpočetní chemie je založena na modelování známých vlastností, v těchto experimentech existuje prostor pro chyby. To je důvod, proč je pro práci ve výpočetní chemii nezbytné pokročilé školení a znalosti v chemii a výzkumu.