Vad är beräkningskemi?

Beräkningskemi använder matematik och datorer för att lösa kemiska problem.Genom att använda datorprogramvara kan kemister simulera experimentella resultat och hitta egenskaper hos ämnen.Fältet för beräkningskemi hjälper till att utforska saker som annars skulle vara svårt eller kostsamt att hitta på grund av den lilla naturen hos molekyler, atomer och nanopartiklar.Mycket av fältet är baserat på Schrodinger -ekvationen, som modellerar atomer och molekyler som använder matematik.AB initio, semi-empirisk och molekylär mekanik är metoder för beräkningskemi som ofta används för att analysera molekylstrukturer.

Beräkningskemi -processen börjar med att titta på en teori, till exempel den elektroniska strukturteorin.Detta hjälper till att bestämma rörelsen hos elektronerna i en molekyl.Vid denna punkt, med hjälp av matematiska ekvationer, kan en basuppsättning bestämmas baserat på beräkningarna.Denna information kan matas in i datorprogramvara för att beskriva sådana saker som vågfunktionen, som kan användas för att skapa modeller av andra fysiska egenskaper hos molekylen.Kemister kan se en modell av molekylens orbitaler, börja förutsäga experimentella strukturer och titta på molekylens energi.

Med användning av ab initio gör det möjligt för kemister att titta på fysiska egenskaper hos ett ämne och använda Schrodinger -ekvationen för att ta reda på fysiska egenskaper hos molekyler.Detta inkluderar sådana saker som geometri för molekyler, dipolmomentet och en reaktionens energi.Vibrationsfrekvenser, reaktionshastigheten och fri energi kan också hittas med hjälp av ab initio.Eftersom dessa fysiska egenskaper är extremt svåra att lösa är det nödvändigt för beräkningskemister att förenkla dem tillräckligt för att de fysiska egenskaperna kan hittas och fortfarande vara korrekta.

Molekylmekanik är en metod för beräkningskemi som används i biokemi -experiment och tillämpningar.Denna metod kan användas för större strukturer såsom enzymer och förlitar sig på traditionell fysik, men kan inte beräkna elektroniska egenskaper i ämnen.Fältet för beräkningskemi förändras ständigt när tekniken utvecklas och nya teorier utvecklas.

Dessa tekniker gör det möjligt för kemister att undersöka strukturer som skulle vara nästan omöjliga att titta på annars på grund av deras extremt lilla storlek.Nanopartiklar, som är mindre än atomer, kan modelleras för användning i applikationer som elektronik, sprängämnen och medicin.Eftersom mycket av beräkningskemi bygger på modellering av kända egenskaper finns det utrymme för fel i dessa experiment.Det är därför avancerad utbildning och kunskap inom kemi och forskning är nödvändiga för att arbeta inom beräkningskemi.