Теоретическая химия
Теоретическая химия пытается объяснить данные химических экспериментов. В ней используются математика и компьютеры. Теоретическая химия предсказывает, что происходит, когда атомы соединяются и образуют молекулы. Она также предсказывает химические свойства (характеристики) молекул. Важной частью теоретической химии является квантовая химия. Это использование квантовой механики для понимания валентности (количество связей, образуемых атомом элемента). Другие важные разделы включают молекулярную динамику, статистическую термодинамику и теории растворов электролитов, реакционных сетей, полимеризации и катализа.
Обзор
Химики-теоретики используют широкий спектр инструментов. Эти инструменты включают аналитические модели (например, LCAO-MOs для аппроксимации поведения электронов в молекулах) и вычислительные и численные моделирования.
Теоретики в химии создают теоретические модели. Затем они находят вещи, которые химики-экспериментаторы могут измерить на основе этих моделей. Это помогает химикам искать данные, которые могут доказать, что модель не верна. Данные помогают сделать выбор между несколькими различными или противоположными моделями.
Теоретики также пытаются создать или изменить модели для соответствия любым новым данным. Если данные не могут соответствовать модели, химики пытаются внести наименьшие изменения в модель, чтобы она соответствовала данным. В некоторых случаях химики отбрасывают модель, если большое количество данных со временем не укладывается в нее.
Теоретическая химия использует физику для объяснения или предсказания химических наблюдений. В последние годы она в основном занимается квантовой химией (применение квантовой механики к проблемам химии). Основными разделами теоретической химии являются электронная структура, динамика и статистическая механика.
Все эти области используются в процессе прогнозирования химических реакций. Другие менее центральные области исследований включают математическое описание объемной химии в различных фазах. Химики-теоретики хотят объяснить химическую кинетику (путь, по которому соединяются молекулы).
Ученые называют большую часть этой работы "вычислительной химией". Вычислительная химия обычно использует теоретическую химию для работы над промышленными и практическими проблемами. Примерами вычислительной химии являются проекты по аппроксимации химических измерений, такие как некоторые типы методов пост Хартри-Фока, теории функционала плотности, полуэмпирические методы (например, PM3) или методы силового поля. Некоторые химические теоретики используют статистическую механику для установления связи между микроскопическими явлениями квантового мира и макроскопическими объемными свойствами систем.
Основные области теоретической химии
Квантовая химия
Применение квантовой механики в химии
Применение компьютерных кодов в химии
Молекулярное моделирование
Методы моделирования молекулярных структур без обязательного обращения к квантовой механике. Примерами являются молекулярный докинг, белок-белковый докинг, дизайн лекарств, комбинаторная химия.
Молекулярная динамика
Применение классической механики для моделирования движения ядер совокупности атомов и молекул.
Молекулярная механика
Моделирование поверхностей потенциальной энергии внутри- и межмолекулярного взаимодействия через сумму сил взаимодействия.
Математическая химия
Обсуждение и предсказание молекулярной структуры с помощью математических методов без обязательного обращения к квантовой механике.
Теоретическая химическая кинетика
Теоретическое изучение динамических систем, связанных с реактивными химическими веществами, и соответствующих дифференциальных уравнений.
Химическая информатика (также известная как хемоинформатика)
Использование компьютерных и информационных методов, применяемых к ряду проблем в области химии.
Похожие страницы
Исторически сложилось так, что исследователи используют теоретическую химию для изучения:
- Атомная физика: электроны и атомные ядра.
- Молекулярная физика: электроны, окружающие молекулярные ядра, и движение ядер. Этот термин обычно относится к изучению молекул, состоящих из нескольких атомов в газовой фазе. Но некоторые считают, что молекулярная физика - это также изучение объемных свойств химических веществ с точки зрения молекул.
- Физическая химия и химическая физика: использование физических методов, таких как лазерная техника, сканирующий туннельный микроскоп и т.д. Формальное различие между обеими областями заключается в том, что физическая химия - это отрасль химии, а химическая физика - отрасль физики. Это не совсем четкое различие.
- Теория многих тел: эффекты, возникающие в системах с большим числом составляющих. Она основана на квантовой физике - в основном на формализме второго квантования - и квантовой электродинамике.
Вопросы и ответы
В: Что такое теоретическая химия?
О: Теоретическая химия - это отрасль науки, которая использует математику и вычислительный анализ для объяснения данных химических экспериментов, предсказания того, что происходит, когда атомы объединяются в молекулы, и предсказания химических свойств молекул.
В: Какой тип анализа используется?
О: Теоретическая химия использует математику и вычислительный анализ.
В: Как она помогает объяснить данные химических экспериментов?
О: Теоретическая химия пытается объяснить данные химических экспериментов с помощью математики и вычислительного анализа.
В: Что она может предсказать об атомах, объединяющихся в молекулы?
О: Теоретическая химия может предсказать, что происходит, когда атомы соединяются и образуют молекулы.
В: Какие предсказания она делает о химических свойствах молекул?
О: Теоретическая химия предсказывает химические свойства (характеристики) молекул.
В: Является ли квантовая химия важной частью теоретической химии?
О: Да, квантовая химия является важной частью теоретической химии.
