Che cos'è la chimica computazionale?
La chimica computazionale utilizza matematica e computer per risolvere problemi chimici. Utilizzando software per computer, i chimici possono simulare risultati sperimentali e trovare proprietà di sostanze. Il campo della chimica computazionale aiuta a esplorare cose che altrimenti sarebbero difficili o costose da trovare a causa della natura minuscola di molecole, atomi e nanoparticelle. Gran parte del campo si basa sull'equazione di Schrodinger, che modella gli atomi e le molecole usando la matematica. Ab initio, meccanica semi-empirica e molecolare sono metodi di chimica computazionale spesso usati per analizzare le strutture molecolari.
Il processo di chimica computazionale inizia osservando una teoria, come la teoria della struttura elettronica. Questo aiuta a determinare il movimento degli elettroni all'interno di una molecola. A questo punto, utilizzando equazioni matematiche, è possibile determinare un set di basi in base ai calcoli. Queste informazioni possono essere inserite nel software per descrivere cose come la funzione d'onda, che può essere usata per creare modelli di altre caratteristiche fisiche della molecola. I chimici possono vedere un modello degli orbitali della molecola, iniziare a predire strutture sperimentali e guardare l'energia della molecola.
L'uso di ab initio consente ai chimici di esaminare le proprietà fisiche di una sostanza e utilizzare l'equazione di Schrodinger per scoprire le caratteristiche fisiche delle molecole. Ciò include cose come la geometria delle molecole, il momento di dipolo e l'energia di una reazione. Le frequenze vibrazionali, la velocità di reazione e l'energia libera possono anche essere trovate usando ab initio. Poiché queste caratteristiche fisiche sono estremamente difficili da risolvere, è necessario che i chimici computazionali le semplifichino abbastanza da poterle trovare e mantenere accurate le caratteristiche fisiche.
La meccanica molecolare è un metodo di chimica computazionale utilizzato negli esperimenti e nelle applicazioni di biochimica. Questo metodo può essere utilizzato per strutture più grandi come gli enzimi e si basa sulla fisica tradizionale, ma non è in grado di calcolare le proprietà elettroniche delle sostanze. Il campo della chimica computazionale è in continua evoluzione man mano che la tecnologia avanza e vengono sviluppate nuove teorie.
Queste tecniche consentono ai chimici di esaminare strutture che sarebbero quasi impossibili da osservare altrimenti, a causa delle loro dimensioni estremamente ridotte. Le nanoparticelle, che sono più piccole degli atomi, possono essere modellate per l'uso in applicazioni come l'elettronica, gli esplosivi e la medicina. Poiché gran parte della chimica computazionale si basa sulla modellizzazione di proprietà note, c'è spazio per l'errore in questi esperimenti. Questo è il motivo per cui sono necessarie formazione avanzata e conoscenze in chimica e ricerca per lavorare in chimica computazionale.