Теоретическая химия

Академическая область J. Ван'т Хофф (1852–1911), первый лауреат Нобелевской премии по химии, широко считается одним из самых блестящих химиков-теоретиков в истории.

Теоретическая химия - это раздел химии, который разрабатывает теоретические обобщения, которые являются частью теоретического арсенала современной химии: например, концепции химической связи, химической реакции, валентности, поверхности потенциальной энергии, молекулярных орбиталей, орбитальных взаимодействий, активации молекул и т. д..

• 1 Обзор
• 2 Отрасли теоретической химии
• 3 Тесно связанные дисциплины
• 4 См. Также
• 5 Библиография

Теоретическая химия объединяет принципы и общие для всех отраслей химии понятия. В рамках теоретической химии происходит систематизация химических законов, принципов и правил, их уточнение и детализация, построение иерархии. Центральное место в теоретической химии занимает учение о взаимосвязи строения и свойств молекулярных систем. Он использует математические и физические методы для объяснения структур и динамики химических систем, а также для корреляции, понимания и прогнозирования их термодинамических и кинетических свойств. В самом общем смысле это объяснение химических явлений методами теоретической физики. В отличие от теоретической физики, в связи с высокой сложностью химических систем, теоретическая химия, помимо приближенных математических методов, часто использует полуэмпирические и эмпирические методы.

В последние годы он в основном состоит из квантовой химии, то есть приложения квантовой механики к проблемам химии. Другие основные компоненты включают молекулярную динамику, статистическую термодинамику и теории растворов электролитов, реакционные сети, полимеризацию, катализ, молекулярный магнетизм и спектроскопия.

Современную теоретическую химию можно условно разделить на изучение химической структуры и изучение химической динамики. Первый включает исследования: электронной структуры, поверхностей потенциальной энергии и силовых полей; колебательно-вращательное движение; равновесные свойства систем конденсированной фазы и макромолекул. Химическая динамика включает: бимолекулярную кинетику и столкновительную теорию реакций и переноса энергии; мономолекулярная теория скоростей и метастабильные состояния; конденсированная фаза и макромолекулярные аспекты динамики.

Квантовая химия

Применение квантовой механики или фундаментальных взаимодействий к химическим и физико-химическим проблемам. Спектроскопические и магнитные свойства относятся к числу наиболее часто моделируемых.

Вычислительная химия

Применение научных вычислений в химии, включая схемы аппроксимации, такие как Хартри – Фок, пост-Хартри – Фока, теория функционала плотности, полуэмпирические методы (например, PM3 ) или методы силового поля. Форма молекулы - наиболее часто предсказываемое свойство. Компьютеры также могут прогнозировать колебательные спектры и вибронную связь, а также собирать и преобразовывать инфракрасные данные в частотную информацию и преобразовывать их Фурье. Сравнение с предсказанными колебаниями подтверждает предсказанную форму.

Молекулярное моделирование

Методы моделирования молекулярных структур без обязательного обращения к квантовой механике. Примерами являются стыковка молекул, стыковка белок-белок, разработка лекарств, комбинаторная химия. Соответствие формы и электрического потенциала является движущим фактором в этом графическом подходе.

Молекулярная динамика

Применение классической механики для моделирования движения ядер группы атомов и молекул. Перестройка молекул внутри ансамбля контролируется силами Ван-дер-Ваальса и поддерживается температурой.

Молекулярная механика

Моделирование внутри- и межмолекулярного взаимодействия поверхностей потенциальной энергии с помощью потенциалов. Последние обычно параметризуются на основе расчетов ab initio.

Математическая химия

Обсуждение и предсказание молекулярной структуры с использованием математических методов без обязательного обращения к квантовой механике. Топология - это раздел математики, который позволяет исследователям предсказывать свойства гибких тел конечных размеров, таких как кластеры.

Теоретическая химическая кинетика

Теоретическое исследование динамических систем, связанных с реактивными химикаты, активированный комплекс и соответствующие им дифференциальные уравнения.

Химинформатика (также известная как хемоинформатика )

Использование компьютерных и информационных технологий, применяемых к информации о культурах для решения проблемы в области химии.

Исторически основная область применения теоретической химии лежала в следующих областях исследований:

• Атомная физика : Дисциплина, имеющая отношение к с электронами и атомными ядрами.
• Молекулярная физика : Дисциплина электронов, окружающих молекулярные ядра, и движения ядер. Этот термин обычно относится к изучению молекул, состоящих из нескольких атомов в газовой фазе. Но некоторые считают, что моль Экулярная физика также занимается изучением объемных свойств химических веществ с точки зрения молекул.
• Физическая химия и химическая физика : химия исследуется с помощью физических методов, таких как лазерные методы, сканирующий туннельный микроскоп и т. Д. Формальное различие между двумя областями состоит в том, что физическая химия - это отрасль химии, а химическая физика - это отрасль физики. На практике это различие довольно расплывчато.
• Теория многих тел : дисциплина, изучающая эффекты, которые проявляются в системах с большим количеством составляющих. Он основан на квантовой физике - в основном формализме второго квантования - и квантовой электродинамике.

Таким образом, теоретическая химия возникла как отрасль исследований. С появлением теории функционала плотности и других методов, таких как молекулярная механика, диапазон применения был расширен на химические системы, которые имеют отношение к другим областям химии и физики, включая биохимия, физика конденсированного состояния, нанотехнология или молекулярная биология.

• Список нерешенных проблем химии

• Аттила Сабо и Нил С. Остлунд, Современная квантовая химия: Введение в продвинутую теорию электронной структуры, Dover Publications; Новое издание Ed (1996) ISBN 0-486-69186-1, ISBN 978-0-486-69186-2
• Роберт Г. Парр и Вэйтао Ян, плотностно-функциональная теория атомов и молекул, Oxford Science Publications; впервые опубликовано в 1989 г.; ISBN 0-19-504279-4, ISBN 0-19-509276-7
• D. Дж. Таннор, В. Казаков и В. Орлов, Управление фотохимическим ветвлением: новые процедуры для поиска оптимальных импульсов и глобальных верхних границ, в зависящей от времени квантовой молекулярной динамике, Дж. Брокхов и Л. Латауверс, ред., 347-360 ( Пленум, 1992)