Теоретична химия | опитва се да обясни данните от химични експерименти

Преглед

Теоретичните химици използват широк набор от инструменти. Тези инструменти включват аналитични модели (например LCAO-MOs за апроксимиране на поведението на електроните в молекулите) и изчислителни и числени симулации.

Теоретиците в областта на химията създават теоретични модели. След това те откриват неща, които химиците експериментатори могат да измерят на базата на тези модели. Това помага на химиците да търсят данни, които могат да докажат, че даден модел не е верен. Данните помагат да се избере между няколко различни или противоположни модела.

Теоретиците също се опитват да създадат или модифицират модели, които да съответстват на всички нови данни, Ако данните не могат да съответстват на модела, химиците се опитват да направят най-малката промяна в модела, за да съответстват на данните. В някои случаи химиците изхвърлят даден модел, ако с течение на времето много данни не се вписват в него.

Теоретичната химия използва физиката, за да обясни или предвиди химичните наблюдения. През последните години тя се занимава основно с квантова химия (прилагане на квантовата механика към проблеми в химията). Основните части на теоретичната химия са електронна структура, динамика и статистическа механика.

Всички тези области се използват в процеса на прогнозиране на химичната реактивност. Други, не толкова централни изследователски области, включват математическото описание на обемната химия в различни фази. Теоретичните химици искат да обяснят химичната кинетика (пътя, по който молекулите се комбинират).

Учените наричат голяма част от тази работа "изчислителна химия". Изчислителната химия обикновено използва теоретичната химия за решаване на промишлени и практически проблеми. Примери за изчислителна химия са проектите за апроксимиране на химични измервания, като например някои видове пост Хартри-Фок, функционална теория на плътността, полуемпирични методи (като PM3) или методи на силовите полета. Някои химични теоретици използват статистическата механика, за да създадат връзка между микроскопичните явления на квантовия свят и макроскопичните обемни свойства на системите.

Основни области на теоретичната химия

Квантова химия

Прилагане на квантовата механика в химията

Изчислителна химия

Прилагане на компютърни кодове в химията

Молекулярно моделиране

Методи за моделиране на молекулярни структури, без да е необходимо да се използва квантовата механика. Примери за това са молекулярният докинг, докингът протеин-протеин, дизайнът на лекарства, комбинаторната химия.

Молекулярна динамика

Прилагане на класическата механика за симулиране на движението на ядрата на сбор от атоми и молекули.

Молекулярна механика

Моделиране на потенциалните енергийни повърхности на вътрешно и междумолекулно взаимодействие чрез сума от сили на взаимодействие.

Математическа химия

Обсъждане и прогнозиране на молекулярната структура с помощта на математически методи, без да е задължително да се прави позоваване на квантовата механика.

Теоретична химична кинетика

Теоретично изследване на динамичните системи, свързани с реактивни химикали, и съответните им диференциални уравнения.

Химическа информатика (известна също като химическа информатика)

Използване на компютърни и информационни техники, приложени към редица проблеми в областта на химията.

 

Свързани страници

В миналото изследователите са използвали теоретичната химия за изучаване на:

• Атомна физика: електрони и атомни ядра.
• Молекулярна физика: електроните, обграждащи молекулните ядра, и движението на ядрата. Този термин обикновено се отнася до изучаването на молекули, съставени от няколко атома в газова фаза. Но някои смятат, че молекулярната физика е и изучаване на обемните свойства на химичните вещества по отношение на молекулите.
• Физична химия и химична физика: използване на физични методи като лазерни техники, сканиращ тунелен микроскоп и др. Формалното разграничение между двете области е, че физикохимията е клон на химията, докато химичната физика е клон на физиката. Това не е ясна разлика.
• Теория на многото тела: ефектите, които се проявяват в системи с голям брой съставни части. Тя се основава на квантовата физика - най-вече на формализма на второто квантуване - и на квантовата електродинамика.

Още четене

• Атила Сабо и Нийл С. Остлунд, Съвременна квантова химия: Въведение в съвременната теория на електронната структура, Dover Publications; ново издание (1996 г.) ISBN 0486691861, ISBN 978-0486691862
• Robert G. Parr and Weitao Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules (Теория на функциите на плътността на атомите и молекулите), Oxford Science Publications; публикувана за първи път през 1989 г.; ISBN 0-19-504279-4, ISBN 0-19-509276-7