Theoretische chemie | probeert gegevens uit scheikundige experimenten te verklaren

Theoretische chemici gebruiken een breed scala aan hulpmiddelen. Deze hulpmiddelen omvatten analytische modellen (bijvoorbeeld LCAO-MO's om het gedrag van elektronen in moleculen te benaderen) en computationele en numerieke simulaties.

Theoretici in de chemie creëren theoretische modellen. Vervolgens vinden zij dingen die experimentele chemici kunnen meten aan de hand van die modellen. Dit helpt chemici bij het zoeken naar gegevens die kunnen aantonen dat een model niet waar is. De gegevens helpen om te kiezen tussen verschillende of tegengestelde modellen.

Als de gegevens niet in het model passen, proberen chemici de kleinste verandering in het model aan te brengen om de gegevens te laten passen. In sommige gevallen gooien chemici een model weg als veel gegevens na verloop van tijd niet passen.

Theoretische chemie gebruikt natuurkunde om chemische waarnemingen te verklaren of te voorspellen. De laatste jaren gaat het vooral om kwantumchemie (de toepassing van kwantummechanica op problemen in de chemie). De belangrijkste onderdelen van de theoretische chemie zijn elektronische structuur, dynamica en statistische mechanica.

Al deze gebieden worden gebruikt bij het voorspellen van chemische reactiviteiten. Andere minder centrale onderzoeksgebieden omvatten de wiskundige beschrijving van bulkchemie in verschillende fasen. Theoretische chemici willen de chemische kinetiek (de weg waarlangs moleculen zich verbinden) verklaren.

Wetenschappers noemen veel van dit werk "computationele chemie". Computationele chemie gebruikt meestal theoretische chemie om aan industriële en praktische problemen te werken. Voorbeelden van computationele chemie zijn projecten om chemische metingen te benaderen, zoals bepaalde soorten post-Hartree-Fock, Density Functional Theory, semiempirische methoden (zoals PM3) of krachtveldmethoden. Sommige chemische theoretici gebruiken statistische mechanica om een verband te leggen tussen de microscopische verschijnselen van de kwantumwereld en de macroscopische bulkeigenschappen van systemen.

Kwantumchemie

De toepassing van kwantummechanica in de chemie

Computationele chemie

De toepassing van computercodes in de chemie

Moleculaire modellering

Methoden voor het modelleren van moleculaire structuren zonder noodzakelijkerwijs te verwijzen naar kwantummechanica. Voorbeelden zijn molecular docking, protein-protein docking, drug design, combinatorische chemie.

Moleculaire dynamica

Toepassing van klassieke mechanica voor de simulatie van de beweging van de kernen van een verzameling atomen en moleculen.

Moleculaire mechanica

Modellering van de intra- en intermoleculaire interactie potentiële energieoppervlakken via een som van interactiekrachten.

Wiskundige chemie

Bespreking en voorspelling van de moleculaire structuur met behulp van wiskundige methoden zonder noodzakelijkerwijs te verwijzen naar de kwantummechanica.

Theoretische chemische kinetiek

Theoretische studie van de dynamische systemen in verband met reactieve chemicaliën en de bijbehorende differentiaalvergelijkingen.

Cheminformatica (ook bekend als chemo-informatica)

Het gebruik van computer- en informatietechnieken, toegepast op een reeks problemen op het gebied van de chemie.

 

Historisch gezien gebruiken onderzoekers de theoretische chemie om te bestuderen:

• Atoomfysica: elektronen en atoomkernen.
• Moleculaire fysica: de elektronen die de moleculaire kernen omgeven en de beweging van de kernen. Deze term verwijst meestal naar de studie van moleculen die bestaan uit enkele atomen in de gasfase. Maar sommigen beschouwen moleculaire fysica ook als de studie van bulkeigenschappen van chemische stoffen in termen van moleculen.
• Fysische chemie en chemische fysica: met behulp van fysische methoden zoals lasertechnieken, scanning tunneling microscoop, enz. Het formele onderscheid tussen beide vakgebieden is dat fysische chemie een tak van chemie is, terwijl chemische fysica een tak van fysica is. Dit is geen duidelijk verschil.
• Vele-lichamen theorie: de effecten die optreden in systemen met een groot aantal bestanddelen. Zij is gebaseerd op kwantumfysica - vooral het formalisme van de tweede kwantisering - en kwantumelektrodynamica.

• Attila Szabo en Neil S. Ostlund, Moderne kwantumchemie: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, Dover Publications; New Ed edition (1996) ISBN 0486691861, ISBN 978-0486691862
• Robert G. Parr en Weitao Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford Science Publications; voor het eerst gepubliceerd in 1989; ISBN 0-19-504279-4, ISBN 0-19-509276-7.