Hesaplamalı kimya, kimyasal problemleri çözmek için matematik ve bilgisayarları kullanır. Bilgisayar yazılımı kullanarak, kimyagerler deneysel sonuçları simüle edebilir ve maddelerin özelliklerini bulabilirler. Hesaplamalı kimya alanı, moleküllerin, atomların ve nanoparçacıkların minik doğası nedeniyle bulunması zor veya maliyetli olabilecek şeyleri keşfetmeye yardımcı olur. Alanın çoğu, matematik kullanarak atomları ve molekülleri modelleyen Schrodinger denklemine dayanıyor. Ab initio, yarı-ampirik ve moleküler mekanik, moleküler yapıları analiz etmek için sıklıkla kullanılan hesaplamalı kimya yöntemleridir.
Hesaplamalı kimya süreci, Elektronik Yapı Teorisi gibi bir teoriye bakarak başlar. Bu, bir molekül içindeki elektronların hareketini belirlemeye yardımcı olur. Bu noktada, matematiksel denklemler kullanılarak, hesaplamalara dayanarak bir temel belirlenebilir. Bu bilgi, molekülün diğer fiziksel özelliklerine sahip modeller oluşturmak için kullanılabilen dalga fonksiyonu gibi şeyleri tanımlamak için bilgisayar yazılımına girilebilir. Kimyacılar, molekülün yörüngesinin bir modelini görebilir, deneysel yapıları tahmin etmeye başlayabilir ve molekülün enerjisine bakabilirler.
Ab initio kullanmak, kimyagerlerin bir maddenin fiziksel özelliklerine bakmalarını ve moleküllerin fiziksel özelliklerini bulmak için Schrodinger denklemini kullanmalarını sağlar. Bu, moleküllerin geometrisi, dipol momenti ve bir reaksiyonun enerjisi gibi şeyleri içerir. Titreşimsel frekanslar, reaksiyon hızı ve serbest enerji de ab initio kullanılarak bulunabilir. Bu fiziksel özelliklerin çözülmesi son derece zor olduğu için, hesaplamalı kimyagerlerin fiziksel özelliklerin bulunabilmesi ve hala doğru olması için onları yeterince basitleştirmesi gerekir.
Moleküler mekanik, biyokimya deneylerinde ve uygulamalarında kullanılan bir hesaplamalı kimya yöntemidir. Bu yöntem, enzimler gibi daha büyük yapılar için kullanılabilir ve geleneksel fiziğe dayanır, ancak maddelerdeki elektronik özelliklerini hesaplayamaz. Hesaplamalı kimya alanı, teknoloji ilerledikçe ve yeni teoriler geliştikçe sürekli değişiyor.
Bu teknikler, kimyagerlerin, çok küçük boyutlarından dolayı, başka türlü ele almaları neredeyse imkansız olan yapıları incelemelerini sağlar. Atomlardan daha küçük olan nanopartiküller, elektronik, patlayıcı ve ilaç gibi uygulamalarda kullanım için modellenebilir. Hesaplamalı kimyanın çoğu bilinen özelliklerin modellenmesine dayandığından, bu deneylerde hataya yer vardır. Hesaplamalı kimyada çalışmak için kimya ve araştırmada ileri eğitim ve bilginin gerekli olmasının nedeni budur.
