Teoretisk kemi | försöker förklara data från kemiexperiment

Översikt

Teoretiska kemister använder sig av ett stort antal verktyg. Dessa verktyg omfattar analytiska modeller (t.ex. LCAO-MOs för att approximera elektronernas beteende i molekyler) och beräkningsmässiga och numeriska simuleringar.

Teoretiker inom kemi skapar teoretiska modeller. Sedan hittar de saker som experimentella kemister kan mäta utifrån dessa modeller. Detta hjälper kemisterna att leta efter data som kan bevisa att en modell inte är sann. Uppgifterna hjälper till att välja mellan flera olika eller motsatta modeller.

Teoretiker försöker också skapa eller ändra modeller för att passa nya data.Om data inte kan passa modellen försöker kemister göra minsta möjliga förändring av modellen för att passa data. I vissa fall kastar kemister ut en modell om många data inte passar, med tiden.

Teoretisk kemi använder fysik för att förklara eller förutsäga kemiska observationer. På senare år har det främst handlat om kvantkemi (tillämpning av kvantmekanik på kemiska problem). De viktigaste delarna av den teoretiska kemin är elektronisk struktur, dynamik och statistisk mekanik.

Alla dessa områden används för att förutsäga kemiska reaktiviteter. Andra mindre centrala forskningsområden är den matematiska beskrivningen av kemiskt material i olika faser. Teoretiska kemister vill förklara kemisk kinetik (den väg som molekyler kombineras på).

Forskarna kallar mycket av detta arbete för "beräkningskemi". I beräkningskemi används vanligtvis teoretisk kemi för att lösa industriella och praktiska problem. Exempel på beräkningskemi är projekt för att approximera kemiska mätningar, t.ex. vissa typer av post-Hartree-Fock-, Density Functional Theory-, semiempiriska metoder (t.ex. PM3) eller kraftfältsmetoder. Vissa kemiteoretiker använder statistisk mekanik för att skapa en länk mellan de mikroskopiska fenomenen i kvantvärlden och systemens makroskopiska bulkegenskaper.

Större områden inom teoretisk kemi

Kvantkemi

Tillämpning av kvantmekanik på kemi

Beräkningskemi

Tillämpning av datakoder på kemi

Molekylär modellering

Metoder för att modellera molekylära strukturer utan att nödvändigtvis använda kvantmekanik. Exempel är molekylär dockning, protein-protein-dockning, läkemedelsdesign och kombinatorisk kemi.

Molekylär dynamik

Tillämpning av klassisk mekanik för att simulera rörelsen hos atomkärnorna i en sammansättning av atomer och molekyler.

Molekylär mekanik

Modellering av de potentiella energiytorna för intra- och intermolekylär interaktion genom en summa av interaktionskrafter.

Matematisk kemi

Diskussion och förutsägelse av molekylstrukturen med hjälp av matematiska metoder utan att nödvändigtvis hänvisa till kvantmekanik.

Teoretisk kemisk kinetik

Teoretisk studie av dynamiska system som är förknippade med reaktiva kemikalier och deras motsvarande differentialekvationer.

Kemoinformatik (även känd som kemoinformatik)

Användning av dator- och informationsteknik som tillämpas på en rad problem inom kemin.

 

Relaterade sidor

Historiskt sett har forskare använt teoretisk kemi för att studera:

• Atomfysik: elektroner och atomkärnor.
• Molekylfysik: elektronerna som omger molekylkärnorna och kärnornas rörelse. Denna term avser vanligtvis studiet av molekyler som består av några få atomer i gasfasen. Vissa anser dock att molekylfysik också är studiet av kemiska egenskaper i bulk i form av molekyler.
• Fysikalisk kemi och kemisk fysik: med hjälp av fysikaliska metoder som laserteknik, skanningstunnelmikroskop osv. Den formella skillnaden mellan de båda områdena är att fysikalisk kemi är en gren av kemin medan kemisk fysik är en gren av fysiken. Detta är ingen tydlig skillnad.
• Teorin om många kroppar: effekter som uppstår i system med ett stort antal beståndsdelar. Den bygger på kvantfysik - främst andra kvantiseringsformalismen - och kvantelektrodynamik.

Mer läsning

• Attila Szabo och Neil S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, Dover Publications; New Ed edition (1996) ISBN 0486691861, ISBN 978-0486691862
• Robert G. Parr och Weitao Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford Science Publications; första gången publicerad 1989; ISBN 0-19-504279-4, ISBN 0-19-509276-7.