Teoretisk kemi | forsøger at forklare data fra kemieksperimenter

Oversigt

Teoretiske kemikere bruger en lang række værktøjer. Disse værktøjer omfatter analytiske modeller (f.eks. LCAO-MO'er til at tilnærme sig elektronernes adfærd i molekyler) og beregningsmæssige og numeriske simuleringer.

Teoretikere i kemi skaber teoretiske modeller. Derefter finder de ting, som eksperimentelle kemikere kan måle ud fra disse modeller. Dette hjælper kemikere med at lede efter data, der kan bevise, at en model ikke er sand. Dataene hjælper med at vælge mellem flere forskellige eller modsatte modeller.

Teoretikere forsøger også at generere eller ændre modeller for at passe til nye data. Hvis dataene ikke kan passe til modellen, forsøger kemikere at foretage den mindste ændring af modellen for at få den til at passe til dataene. I nogle tilfælde smider kemikere en model ud, hvis mange data ikke passer, over tid.

Teoretisk kemi bruger fysik til at forklare eller forudsige kemiske observationer. I de senere år har det især drejet sig om kvantekemi (anvendelse af kvantemekanikken på problemer inden for kemi). De vigtigste dele af den teoretiske kemi er elektronisk struktur, dynamik og statistisk mekanik.

Alle disse områder anvendes i forbindelse med forudsigelse af kemiske reaktiviteter. Andre mindre centrale forskningsområder omfatter den matematiske beskrivelse af bulk-kemi i forskellige faser. Teoretiske kemikere ønsker at forklare kemisk kinetik (den måde, hvorpå molekyler kombineres).

Forskerne kalder meget af dette arbejde for "beregningskemi". Ved beregningskemi anvendes normalt teoretisk kemi til at løse industrielle og praktiske problemer. Eksempler på beregningskemi er projekter til tilnærmelse af kemiske målinger som f.eks. visse typer af post Hartree-Fock-, tæthedsfunktionsteori, semiempiriske metoder (f.eks. PM3) eller kraftfeltmetoder. Nogle kemiteoretikere bruger statistisk mekanik til at skabe en forbindelse mellem de mikroskopiske fænomener i kvanteverdenen og systemernes makroskopiske masseegenskaber.

Hovedområder inden for teoretisk kemi

Kvantekemi

Anvendelse af kvantemekanikken på kemi

Beregningsteknisk kemi

Anvendelse af computerkoder i kemi

Molekylær modellering

Metoder til modellering af molekylære strukturer uden nødvendigvis at henvise til kvantemekanik. Eksempler er molekylær docking, protein-protein-docking, lægemiddeldesign og kombinatorisk kemi.

Molekylær dynamik

Anvendelse af den klassiske mekanik til simulering af kernes bevægelse i en samling af atomer og molekyler.

Molekylær mekanik

Modellering af de potentielle energioverflader for intra- og intermolekylær interaktion via en sum af interaktionskræfter.

Matematisk kemi

Diskussion og forudsigelse af den molekylære struktur ved hjælp af matematiske metoder uden nødvendigvis at henvise til kvantemekanikken.

Teoretisk kemisk kinetik

Teoretisk undersøgelse af de dynamiske systemer, der er forbundet med reaktive kemikalier og deres tilsvarende differentialligninger.

Kemoinformatik (også kendt som kemoinformatik)

Anvendelse af computer- og informationsteknikker, der anvendes på en række problemer inden for kemi.

 

Relaterede sider

Historisk set har forskere brugt teoretisk kemi til at studere:

• Atomfysik: elektroner og atomkerner.
• Molekylfysik: elektronerne omkring molekylkernerne og kernes bevægelse. Dette begreb henviser normalt til studiet af molekyler, der består af nogle få atomer i gasfasen. Men nogle mener, at molekylfysik også er studiet af kemiske stoffers egenskaber i bulk i form af molekyler.
• Fysisk kemi og kemisk fysik: anvendelse af fysiske metoder som f.eks. laserteknikker, scanning-tunnelmikroskop osv. Den formelle skelnen mellem de to områder er, at fysisk kemi er en gren af kemien, mens kemisk fysik er en gren af fysikken. Dette er ikke en klar forskel.
• Mange legemers teori: de virkninger, der forekommer i systemer med mange forskellige bestanddele. Den er baseret på kvantefysik - hovedsagelig anden kvantiseringsformalisme - og kvanteelektrodynamik.

Mere læsning

• Attila Szabo og Neil S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, Dover Publications; New Ed edition (1996) ISBN 0486691861, ISBN 978-0486691862
• Robert G. Parr og Weitao Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford Science Publications; første gang udgivet i 1989; ISBN 0-19-504279279-4, ISBN 0-19-509276-7