Teoretická chémia

Teoretická chémia sa snaží vysvetliť údaje z chemických experimentov. Využíva matematiku a počítače. Teoretická chémia predpovedá, čo sa stane, keď sa atómy spoja do molekúl. Predpovedá aj chemické vlastnosti (charakteristiky) molekúl. Dôležitou súčasťou teoretickej chémie je kvantová chémia. Pri nej sa využíva kvantová mechanika na pochopenie valencie (počet väzieb vytvorených atómom prvku). Medzi ďalšie dôležité časti patrí molekulová dynamika, štatistická termodynamika a teórie roztokov elektrolytov, reakčných sietí, polymerizácie a katalýzy.

Prehľad

Teoretickí chemici používajú širokú škálu nástrojov. Tieto nástroje zahŕňajú analytické modely (napríklad LCAO-MO na aproximáciu správania sa elektrónov v molekulách) a počítačové a numerické simulácie.

Teoretici v chémii vytvárajú teoretické modely. Potom nájdu veci, ktoré môžu experimentálni chemici na základe týchto modelov zmerať. To pomáha chemikom hľadať údaje, ktoré môžu dokázať, že model nie je pravdivý. Údaje pomáhajú vybrať si medzi niekoľkými rôznymi alebo protikladnými modelmi.

Teoretici sa tiež snažia vytvoriť alebo upraviť modely tak, aby vyhovovali novým údajom, Ak údaje nemôžu vyhovovať modelu, chemici sa snažia urobiť čo najmenšiu zmenu modelu, aby vyhovoval údajom. V niektorých prípadoch chemici model vyhodia, ak sa doň časom nezmestí veľa údajov.

Teoretická chémia využíva fyziku na vysvetlenie alebo predpovedanie chemických pozorovaní. V posledných rokoch sa zaoberá najmä kvantovou chémiou (aplikáciou kvantovej mechaniky na problémy v chémii). Hlavnými časťami teoretickej chémie sú elektronická štruktúra, dynamika a štatistická mechanika.

Všetky tieto oblasti sa používajú pri predpovedaní chemických reakcií. K ďalším menej centrálnym oblastiam výskumu patrí matematický opis objemovej chémie v rôznych fázach. Teoretickí chemici chcú vysvetliť chemickú kinetiku (cestu, ktorou sa molekuly spájajú).

Vedci túto prácu vo veľkej miere nazývajú "výpočtová chémia". Výpočtová chémia zvyčajne využíva teoretickú chémiu na riešenie priemyselných a praktických problémov. Príkladom výpočtovej chémie sú projekty na aproximáciu chemických meraní, ako sú určité typy post Hartree-Fock, teória funkčnej hustoty, semiempirické metódy (napríklad PM3) alebo metódy silových polí. Niektorí chemickí teoretici používajú štatistickú mechaniku na vytvorenie spojenia medzi mikroskopickými javmi kvantového sveta a makroskopickými objemovými vlastnosťami systémov.

Hlavné oblasti teoretickej chémie

Kvantová chémia

Aplikácia kvantovej mechaniky v chémii

Výpočtová chémia

Aplikácia počítačových kódov v chémii

Molekulárne modelovanie

Metódy modelovania molekulových štruktúr bez nutnosti odvolávať sa na kvantovú mechaniku. Príkladom je molekulové dokovanie, dokovanie proteín-proteín, návrh liečiv, kombinatorická chémia.

Molekulárna dynamika

Aplikácia klasickej mechaniky na simuláciu pohybu jadier sústavy atómov a molekúl.

Molekulárna mechanika

Modelovanie povrchov potenciálnej energie vnútromolekulových a medzimolekulových interakcií prostredníctvom súčtu interakčných síl.

Matematická chémia

Diskusia a predpovedanie molekulovej štruktúry pomocou matematických metód bez nutnosti odvolávať sa na kvantovú mechaniku.

Teoretická chemická kinetika

Teoretické štúdium dynamických systémov spojených s reaktívnymi chemickými látkami a im zodpovedajúcich diferenciálnych rovníc.

Cheminformatika (známa aj ako chemoinformatika)

Používanie počítačových a informačných techník aplikovaných na celý rad problémov v oblasti chémie.

Súvisiace stránky

V minulosti výskumníci využívali teoretickú chémiu na štúdium:

  • Atómová fyzika: elektróny a atómové jadrá.
  • Molekulová fyzika: elektróny obklopujúce molekulové jadrá a pohyb jadier. Tento pojem sa zvyčajne vzťahuje na štúdium molekúl zložených z niekoľkých atómov v plynnej fáze. Niektorí sa však domnievajú, že molekulová fyzika je aj štúdium objemových vlastností chemických látok z hľadiska molekúl.
  • Fyzikálna chémia a chemická fyzika: používanie fyzikálnych metód, ako sú laserové techniky, skenovací tunelový mikroskop atď. Formálny rozdiel medzi oboma oblasťami spočíva v tom, že fyzikálna chémia je odvetvie chémie, zatiaľ čo chemická fyzika je odvetvie fyziky. Tento rozdiel nie je jednoznačný.
  • Teória mnohých telies: efekty, ktoré sa objavujú v systémoch s veľkým počtom zložiek. Je založená na kvantovej fyzike - hlavne na formalizme druhého kvantovania - a kvantovej elektrodynamike.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to teoretická chémia?


Odpoveď: Teoretická chémia je vedný odbor, ktorý používa matematiku a výpočtovú analýzu na vysvetlenie údajov z chemických experimentov, predpovedanie toho, čo sa stane, keď sa atómy spoja do molekúl, a predpovedanie chemických vlastností molekúl.

Otázka: Aký typ analýzy sa používa?


Odpoveď: Teoretická chémia používa matematiku a výpočtovú analýzu.

Otázka: Ako pomáha vysvetliť údaje z chemických experimentov?


Odpoveď: Teoretická chémia sa snaží vysvetliť údaje z chemických experimentov pomocou matematiky a počítačovej analýzy.

Otázka: Čo dokáže predpovedať o spájaní atómov do molekúl?


Odpoveď: Teoretická chémia dokáže predpovedať, čo sa stane, keď sa atómy spoja do molekúl.

Otázka: Aké druhy predpovedí robí o chemických vlastnostiach molekúl?


Odpoveď: Teoretická chémia predpovedá chemické vlastnosti (charakteristiky) molekúl.

Otázka: Je kvantová chémia dôležitou súčasťou teoretickej chémie?


Odpoveď: Áno, kvantová chémia je dôležitou súčasťou teoretickej chémie.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3