Vad är datorkemi?

Beräkningskemi använder matematik och datorer för att lösa kemiska problem. Genom att använda datorprogramvara kan kemister simulera experimentella resultat och hitta egenskaper hos ämnen. Fältet för beräkningskemi hjälper till att utforska saker som annars skulle vara svåra eller kostsamma att hitta på grund av den lilla naturen hos molekyler, atomer och nanopartiklar. Mycket av fältet är baserat på Schrodinger-ekvationen, som modellerar atomer och molekyler med hjälp av matematik. Ab initio, semi-empirisk och molekylär mekanik är metoder för beräkningskemi som ofta används för att analysera molekylstrukturer.

Beräkningskemiprocessen börjar med att titta på en teori, till exempel den elektroniska strukturteorin. Detta hjälper till att bestämma rörelsen hos elektronerna i en molekyl. Vid denna punkt, med matematiska ekvationer, kan en grunduppsättning bestämmas baserat på beräkningarna. Denna information kan matas in i datorprogramvara för att beskriva sådana saker som vågfunktionen, som kan användas för att skapa modeller med andra fysiska egenskaper hos molekylen. Kemister kan se en modell av molekylens orbital, börja förutsäga experimentella strukturer och titta på molekylens energi.

Genom att använda ab initio kan kemister se på ett ämnes fysiska egenskaper och använda Schrodinger-ekvationen för att ta reda på fysikaliska egenskaper hos molekyler. Detta inkluderar sådana saker som molekylers geometri, dipolmomentet och en reaktions energi. Vibrationsfrekvenser, reaktionshastighet och fri energi kan också hittas med ab initio. Eftersom dessa fysiska egenskaper är oerhört svåra att lösa är det nödvändigt för beräkningskemiker att förenkla dem tillräckligt för att de fysiska egenskaperna kan hittas och fortfarande vara korrekta.

Molekylär mekanik är en metod för beräkningskemi som används i biokemiska experiment och applikationer. Denna metod kan användas för större strukturer såsom enzymer och förlitar sig på traditionell fysik, men kan inte beräkna elektroniska egenskaper i ämnen. Fältet för beräkningskemi förändras ständigt när teknologin utvecklas och nya teorier utvecklas.

Dessa tekniker gör det möjligt för kemister att undersöka strukturer som skulle vara nästan omöjliga att se på annat på grund av deras extremt små storlek. Nanopartiklar, som är mindre än atomer, kan modelleras för användning i applikationer som elektronik, sprängämnen och medicin. Eftersom mycket av beräkningskemi baseras på modellering av kända egenskaper, finns det utrymme för fel i dessa experiment. Det är därför avancerad utbildning och kunskap inom kemi och forskning är nödvändig för att arbeta inom beräkningskemi.