Wat is computationele chemie?
Computationele chemie maakt gebruik van wiskunde en computers om chemische problemen op te lossen. Door computersoftware te gebruiken, kunnen chemici experimentele resultaten simuleren en eigenschappen van stoffen vinden. Het gebied van computationele chemie helpt om dingen te verkennen die anders moeilijk of duur te vinden zouden zijn vanwege de kleine aard van moleculen, atomen en nanodeeltjes. Een groot deel van het veld is gebaseerd op de Schrodinger-vergelijking, die atomen en moleculen met behulp van wiskunde modelleert. Ab initio, semi-empirische en moleculaire mechanica zijn methoden van computationele chemie die vaak worden gebruikt om moleculaire structuren te analyseren.
Het computationele chemieproces begint met het kijken naar een theorie, zoals de elektronische structuurtheorie. Dit helpt om de beweging van de elektronen in een molecuul te bepalen. Op dit punt kan met behulp van wiskundige vergelijkingen een basisset worden bepaald op basis van de berekeningen. Deze informatie kan in computersoftware worden ingevoerd om zaken als de golffunctie te beschrijven, die kunnen worden gebruikt om modellen met andere fysieke kenmerken van het molecuul te maken. Chemici kunnen een model van de orbitalen van het molecuul zien, experimentele structuren beginnen te voorspellen en naar de energie van het molecuul kijken.
Met behulp van ab initio kunnen chemici de fysische eigenschappen van een stof bekijken en de Schrodinger-vergelijking gebruiken om de fysische eigenschappen van moleculen te achterhalen. Dit omvat zaken als de geometrie van moleculen, het dipoolmoment en de energie van een reactie. Trillingsfrequenties, de reactiesnelheid en vrije energie kunnen ook worden gevonden met behulp van ab initio. Omdat deze fysische kenmerken uiterst moeilijk op te lossen zijn, is het voor computationele chemici noodzakelijk om ze voldoende te vereenvoudigen zodat de fysieke kenmerken kunnen worden gevonden en toch nauwkeurig kunnen zijn.
Moleculaire mechanica is een methode voor computationele chemie die wordt gebruikt in biochemie-experimenten en toepassingen. Deze methode kan worden gebruikt voor grotere structuren zoals enzymen en is afhankelijk van traditionele fysica, maar kan geen elektronische eigenschappen in stoffen berekenen. Het gebied van computationele chemie verandert voortdurend naarmate de technologie vordert en nieuwe theorieën worden ontwikkeld.
Met deze technieken kunnen chemici structuren onderzoeken die anders onmogelijk te bekijken zouden zijn vanwege hun extreem kleine formaat. Nanodeeltjes, die kleiner zijn dan atomen, kunnen worden gemodelleerd voor gebruik in toepassingen zoals elektronica, explosieven en medicijnen. Aangezien veel van computationele chemie gebaseerd is op het modelleren van bekende eigenschappen, is er ruimte voor fouten in deze experimenten. Dit is de reden waarom geavanceerde training en kennis in chemie en onderzoek nodig zijn om te werken in computationele chemie.