Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дж. 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 развивает теоретические обобщения, которые являются частью теоретического арсенала современной химии: например, концепции химической связи, химической реакции, валентности, поверхности потенциальной энергии, молекулярных орбиталей, орбитальных взаимодействий и молекулярных взаимодействий. активация.

Обзор [ править ]

Теоретическая химия объединяет принципы и концепции, общие для всех разделов химии. 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 структуры 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 она состояла в основном из квантовой химии , т. Е. 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 спектроскопию .

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 конденсированных систем 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.

Разделы теоретической химии [ править ]

Квантовая химия
Применение квантовой механики или фундаментальных взаимодействий к химическим и физико-химическим проблемам. Спектроскопические и магнитные свойства относятся к наиболее часто моделируемым.
Вычислительная химия
Применение научных вычислений в химии, включая схемы аппроксимации, такие как Хартри – Фока , пост-Хартри – Фока , теория функционала плотности , полуэмпирические методы (такие как 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 молекулярная стыковка , стыковка белок-белок , дизайн 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 поверхностей потенциальной энергии внутри- и межмолекулярного взаимодействия с помощью потенциалов. Последние обычно параметрируются из ab initio расчетов.
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 химически активными веществами , активированным комплексом и соответствующими им дифференциальными уравнениями .
Хеминформатика (также известная как хемоинформатика )
Использование компьютерных и информационных технологий, применяемых к информации о сельскохозяйственных культурах, для решения задач в области химии.

Тесно связанные дисциплины [ править ]

Исторически сложилось так, что основная область применения теоретической химии лежала в следующих областях исследований:

  • Атомная физика : дисциплина, связанная 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 молекулярная физика - это также изучение объемных свойств химических веществ в терминах 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 обеими 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, возникающие в системах с большим количеством составляющих. Он основан на квантовой физике - в основном формализме вторичного квантования - и квантовой электродинамике .

Таким образом, теоретическая химия превратилась в отрасль исследований. С появлением теории функционала плотности и других методов, таких как молекулярная механика , область применения была расширена на химические системы, которые имеют отношение к другим областям химии и физики, включая биохимию , физику конденсированного состояния , нанотехнологию или молекулярную биологию .

См. Также [ править ]

  • Список нерешенных проблем по химии

Библиография [ править ]

  • 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, Плотно -функциональная теория атомов и молекул , Oxford Science Publications; впервые опубликовано в 1989 г .; ISBN 0-19-504279-4 , ISBN 0-19-509276-7  
  • Д. Д. 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, J. Broeckhove и L. Lathouwers, eds., 347-360 (Plenum , 1992)