Hóa học tính toán là gì?

Hóa học tính toán sử dụng toán học và máy tính để giải quyết các vấn đề hóa học.Bằng cách sử dụng phần mềm máy tính, các nhà hóa học có thể mô phỏng kết quả thử nghiệm và tìm tính chất của các chất.Lĩnh vực hóa học tính toán giúp khám phá những thứ khó khăn hoặc tốn kém để tìm thấy vì tính chất nhỏ của các phân tử, nguyên tử và hạt nano.Phần lớn lĩnh vực dựa trên phương trình Schrodinger, mô hình các nguyên tử và phân tử sử dụng toán học.AB initio, bán thực nghiệm và cơ học phân tử là phương pháp hóa học tính toán thường được sử dụng để phân tích cấu trúc phân tử.Quá trình hóa học tính toán bắt đầu bằng cách xem xét một lý thuyết, chẳng hạn như lý thuyết cấu trúc điện tử.Điều này giúp xác định chuyển động của các electron trong một phân tử.Tại thời điểm này, sử dụng các phương trình toán học, một tập cơ sở có thể được xác định dựa trên các tính toán.Thông tin này có thể được nhập vào phần mềm máy tính để mô tả những thứ như hàm sóng, có thể được sử dụng để tạo các mô hình các đặc điểm vật lý khác của phân tử.Các nhà hóa học có thể thấy một mô hình quỹ đạo của phân tử, bắt đầu dự đoán các cấu trúc thí nghiệm và nhìn vào năng lượng của phân tử.

Sử dụng ab initio cho phép các nhà hóa học nhìn vào các tính chất vật lý của một chất và sử dụng phương trình Schrodinger để tìm hiểu các đặc điểm vật lý của các phân tử.Điều này bao gồm những thứ như hình học của các phân tử, khoảnh khắc lưỡng cực và năng lượng của một phản ứng.Tần số rung, tốc độ phản ứng và năng lượng tự do cũng có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng ab initio.Vì các đặc điểm vật lý này là vô cùng khó giải quyết, nên các nhà hóa học tính toán cần phải đơn giản hóa chúng đủ để các đặc điểm vật lý có thể được tìm thấy và vẫn chính xác.Cơ học phân tử là một phương pháp hóa học tính toán được sử dụng trong các thí nghiệm và ứng dụng sinh hóa.Phương pháp này có thể được sử dụng cho các cấu trúc lớn hơn như enzyme và dựa vào vật lý truyền thống, nhưng không thể tính toán các tính chất điện tử trong các chất.Lĩnh vực hóa học tính toán liên tục thay đổi khi các tiến bộ công nghệ và các lý thuyết mới được phát triển.Các kỹ thuật này cho phép các nhà hóa học kiểm tra các cấu trúc gần như không thể nhìn vào cách khác, do kích thước cực nhỏ của chúng.Các hạt nano, nhỏ hơn các nguyên tử, có thể được mô hình hóa để sử dụng trong các ứng dụng như điện tử, chất nổ và thuốc.Vì phần lớn hóa học tính toán dựa trên mô hình hóa các thuộc tính đã biết, nên có chỗ cho lỗi trong các thí nghiệm này.Đây là lý do tại sao đào tạo và kiến thức nâng cao về hóa học và nghiên cứu là cần thiết để làm việc trong hóa học tính toán.