Hvad er computerkemi?

Computational kemi bruger matematik og computere til at løse kemiske problemer. Ved at bruge computersoftware kan kemikere simulere eksperimentelle resultater og finde egenskaber ved stoffer. Området computerkemi hjælper med at udforske ting, som ellers ville være vanskeligt eller dyrt at finde på grund af den lille natur molekyler, atomer og nanopartikler. Meget af feltet er baseret på Schrodinger-ligningen, der modellerer atomer og molekyler ved hjælp af matematik. Ab initio, semi-empirisk og molekylær mekanik er metoder til beregningskemi, der ofte bruges til at analysere molekylstrukturer.

Beregningskemiprocessen begynder med at se på en teori, såsom den elektroniske strukturteori. Dette hjælper med at bestemme bevægelsen af ​​elektronerne i et molekyle. På dette tidspunkt kan man ved hjælp af matematiske ligninger bestemmes et basissæt baseret på beregningerne. Denne information kan indføres i computersoftware for at beskrive sådanne ting som bølgefunktionen, som kan bruges til at skabe modeller af andre fysiske egenskaber ved molekylet. Kemikere kan se en model af molekylets orbitaler, begynde at forudsige eksperimentelle strukturer og se på molekylets energi.

Brug af ab initio giver kemikere mulighed for at se på et stofs fysiske egenskaber og bruge Schrodinger-ligningen til at finde ud af fysiske egenskaber ved molekyler. Dette inkluderer sådanne ting som molekylers geometri, dipolmomentet og en reaktions energi. Vibrationsfrekvenser, reaktionshastighed og fri energi kan også findes ved hjælp af ab initio. Da disse fysiske egenskaber er ekstremt vanskelige at løse, er det nødvendigt for beregningskemikere at forenkle dem nok til, at de fysiske egenskaber kan findes og stadig er nøjagtige.

Molekylær mekanik er en metode til beregningskemi, der bruges i biokemiske eksperimenter og applikationer. Denne metode kan bruges til større strukturer såsom enzymer og er afhængig af traditionel fysik, men er ikke i stand til at beregne elektroniske egenskaber i stoffer. Beregningskemisk felt ændres konstant, når teknologien skrider frem og nye teorier udvikles.

Disse teknikker tillader kemikere at undersøge strukturer, der ville være næsten umulige at se på ellers på grund af deres ekstremt lille størrelse. Nanopartikler, som er mindre end atomer, kan modelleres til anvendelse i applikationer som elektronik, sprængstoffer og medicin. Da meget af computerkemi er baseret på modellering af kendte egenskaber, er der plads til fejl i disse eksperimenter. Dette er grunden til, at avanceret uddannelse og viden inden for kemi og forskning er nødvendig for at arbejde i computerkemi.