Elméleti kémia
Az elméleti kémia a kémiai kísérletekből származó adatokat próbálja megmagyarázni. Matematikát és számítógépeket használ. Az elméleti kémia megjósolja, hogy mi történik, amikor az atomok molekulákká egyesülnek. A molekulák kémiai tulajdonságait (jellemzőit) is megjósolja. Az elméleti kémia fontos része a kvantumkémia. Ez a kvantummechanikát használja a valencia (egy elem atomja által képzett kötések száma) megértéséhez. További fontos részei a molekuladinamika, a statisztikai termodinamika, valamint az elektrolitoldatok, a reakcióhálózatok, a polimerizáció és a katalízis elméletei.
Áttekintés
Az elméleti kémikusok az eszközök széles skáláját használják. Ezek közé tartoznak az analitikus modellek (például az LCAO-MO-k a molekulákban lévő elektronok viselkedésének közelítésére), valamint a számítógépes és numerikus szimulációk.
A kémia elméletírói elméleti modelleket alkotnak. Ezután találnak olyan dolgokat, amelyeket a kísérleti kémikusok meg tudnak mérni ezekből a modellekből. Ez segít a kémikusoknak olyan adatokat keresni, amelyek bizonyítják, hogy egy modell nem igaz. Az adatok segítenek választani több különböző vagy ellentétes modell között.
Az elméletalkotók is megpróbálnak modelleket létrehozni vagy módosítani, hogy illeszkedjenek az új adatokhoz, Ha az adatok nem illeszkednek a modellhez, a kémikusok megpróbálják a legkisebb változtatást is elvégezni a modellben, hogy illeszkedjen az adatokhoz. Bizonyos esetekben a kémikusok idővel kidobnak egy modellt, ha sok adat nem illeszkedik.
Az elméleti kémia a fizikát használja a kémiai megfigyelések magyarázatára vagy előrejelzésére. Az utóbbi években főként a kvantumkémia (a kvantummechanika alkalmazása a kémiai problémákra). Az elméleti kémia fő részei az elektronszerkezet, a dinamika és a statisztikus mechanika.
Mindezeket a területeket a kémiai reakcióképesség előrejelzésének folyamatában használják. Más, kevésbé központi kutatási területek közé tartozik az ömlesztett kémia matematikai leírása különböző fázisokban. Az elméleti kémikusok a kémiai kinetikát (a molekulák összekapcsolódásának útját) akarják megmagyarázni.
A tudósok e munka nagy részét "számításos kémiának" nevezik. A számítógépes kémia általában elméleti kémia segítségével ipari és gyakorlati problémákat dolgoz fel. A számításos kémia példái a kémiai mérések közelítésére irányuló projektek, mint például bizonyos típusú post Hartree-Fock, sűrűségfüggvény-elmélet, félimpirikus módszerek (mint például a PM3) vagy erőtér módszerek. Egyes kémiai elméletírók a statisztikus mechanikát használják arra, hogy kapcsolatot teremtsenek a kvantumvilág mikroszkopikus jelenségei és a rendszerek makroszkopikus ömlesztett tulajdonságai között.
Az elméleti kémia főbb területei
Kvantumkémia
A kvantummechanika alkalmazása a kémiában
A számítógépes kódok alkalmazása a kémiában
Molekuláris modellezés
Módszerek a molekulaszerkezetek modellezésére anélkül, hogy feltétlenül a kvantummechanikára kellene hivatkozni. Ilyen például a molekuláris dokkolás, a fehérje-fehérje dokkolás, a gyógyszertervezés, a kombinatorikus kémia.
Molekuláris dinamika
A klasszikus mechanika alkalmazása az atomok és molekulák egy csoportjának magmozgásának szimulálására.
Molekuláris mechanika
Az intra- és intermolekuláris kölcsönhatás potenciális energiafelületeinek modellezése a kölcsönhatási erők összegén keresztül.
Matematikai kémia
A molekulaszerkezet megvitatása és előrejelzése matematikai módszerekkel, anélkül, hogy feltétlenül a kvantummechanikára hivatkoznánk.
Elméleti kémiai kinetika
A reaktív vegyi anyagokhoz kapcsolódó dinamikus rendszerek és a hozzájuk tartozó differenciálegyenletek elméleti vizsgálata.
Kémiai informatika (más néven kemoinformatika)
A számítógépes és informatikai technikák használata a kémia területén felmerülő számos problémára alkalmazva.
Kapcsolódó oldalak
Történelmileg a kutatók az elméleti kémiát használják a tanulmányozásra:
- Atomfizika: elektronok és atommagok.
- Molekulafizika: a molekuláris atommagokat körülvevő elektronok és az atommagok mozgása. Ez a kifejezés általában a gázfázisban lévő, néhány atomból álló molekulák tanulmányozására utal. Egyesek azonban úgy vélik, hogy a molekulafizika a vegyi anyagok ömlesztett tulajdonságainak tanulmányozása is a molekulák szempontjából.
- Fizikai kémia és kémiai fizika: fizikai módszerek, például lézeres technikák, pásztázó alagútmikroszkóp stb. alkalmazása. A két terület közötti formális különbségtétel az, hogy a fizikai kémia a kémia, míg a kémiai fizika a fizika egyik ága. Ez nem egyértelmű különbség.
- Soktest-elmélet: a nagyszámú alkotóelemet tartalmazó rendszerekben megjelenő hatások. Alapja a kvantumfizika - főként a második kvantálási formalizmus - és a kvantumelektrodinamika.
Kérdések és válaszok
K: Mi az elméleti kémia?
V: Az elméleti kémia a tudomány azon ága, amely a matematikát és a számítógépes elemzést használja a kémiai kísérletekből származó adatok magyarázatára, annak megjóslására, hogy mi történik, amikor az atomok molekulákká egyesülnek, és a molekulák kémiai tulajdonságainak előrejelzésére.
K: Milyen típusú elemzést használ?
V: Az elméleti kémia matematikát és számítógépes elemzést használ.
K: Hogyan segít megmagyarázni a kémiai kísérletekből származó adatokat?
V: Az elméleti kémia matematikai és számításos elemzéssel próbálja megmagyarázni a kémiai kísérletekből származó adatokat.
K: Mit tud megjósolni az atomok molekulákká egyesülésével kapcsolatban?
V: Az elméleti kémia meg tudja jósolni, hogy mi történik, amikor az atomok molekulákká egyesülnek.
K: Milyen előrejelzéseket tud tenni a molekulák kémiai tulajdonságairól?
V: Az elméleti kémia megjósolja a molekulák kémiai tulajdonságait (jellemzőit).
K: A kvantumkémia fontos része az elméleti kémiának?
V: Igen, a kvantumkémia az elméleti kémia fontos része.
