Chimica teorica

Panoramica

I chimici teorici usano una vasta gamma di strumenti. Questi strumenti includono modelli analitici (per esempio, LCAO-MO per approssimare il comportamento degli elettroni nelle molecole) e simulazioni computazionali e numeriche.

I teorici della chimica creano modelli teorici. Poi, trovano cose che i chimici sperimentali possono misurare da quei modelli. Questo aiuta i chimici a cercare dati che possano provare che un modello non è vero. I dati aiutano a scegliere tra diversi modelli diversi o opposti.

I teorici cercano anche di generare o modificare i modelli per adattarli a qualsiasi nuovo dato, se i dati non si adattano al modello, i chimici cercano di fare il più piccolo cambiamento al modello per adattarlo ai dati. In alcuni casi, i chimici buttano via un modello se molti dati non si adattano, nel tempo.

La chimica teorica usa la fisica per spiegare o prevedere le osservazioni chimiche. Negli ultimi anni, ha riguardato principalmente la chimica quantistica (l'applicazione della meccanica quantistica ai problemi della chimica). Le parti principali della chimica teorica sono la struttura elettronica, la dinamica e la meccanica statistica.

Tutte queste aree sono utilizzate nel processo di previsione delle reattività chimiche. Altre aree di ricerca meno centrali includono la descrizione matematica della chimica di massa in varie fasi. I chimici teorici vogliono spiegare la cinetica chimica (il percorso in cui le molecole si combinano).

Gli scienziati chiamano molto di questo lavoro "chimica computazionale". La chimica computazionale di solito usa la chimica teorica per lavorare su problemi industriali e pratici. Esempi di chimica computazionale sono progetti per approssimare misure chimiche come certi tipi di post Hartree-Fock, Teoria Funzionale della Densità, metodi semiempirici (come il PM3) o metodi di campo di forza. Alcuni teorici chimici usano la meccanica statistica per creare un collegamento tra i fenomeni microscopici del mondo quantistico e le proprietà macroscopiche dei sistemi.

Principali aree della chimica teorica

Chimica quantistica

L'applicazione della meccanica quantistica alla chimica

Chimica computazionale

L'applicazione dei codici informatici alla chimica

Modellazione molecolare

Metodi per modellare le strutture molecolari senza necessariamente fare riferimento alla meccanica quantistica. Esempi sono il docking molecolare, il docking proteina-proteina, la progettazione di farmaci, la chimica combinatoria.

Dinamica molecolare

Applicazione della meccanica classica per simulare il movimento dei nuclei di un insieme di atomi e molecole.

Meccanica molecolare

Modellazione delle superfici di energia potenziale di interazione intra- e inter-molecolare attraverso una somma di forze di interazione.

Chimica matematica

Discussione e previsione della struttura molecolare utilizzando metodi matematici senza necessariamente fare riferimento alla meccanica quantistica.

Cinetica chimica teorica

Studio teorico dei sistemi dinamici associati a sostanze chimiche reattive e delle loro corrispondenti equazioni differenziali.

Cheminformatica (conosciuta anche come chemioinformatica)

L'uso del computer e delle tecniche informatiche, applicate a una serie di problemi nel campo della chimica.

Pagine correlate

Storicamente, i ricercatori usano la chimica teorica per studiare:

• Fisica atomica: elettroni e nuclei atomici.
• Fisica molecolare: gli elettroni che circondano i nuclei molecolari e il movimento dei nuclei. Questo termine si riferisce di solito allo studio delle molecole fatte di pochi atomi in fase gassosa. Ma alcuni considerano che la fisica molecolare è anche lo studio delle proprietà di massa delle sostanze chimiche in termini di molecole.
• Chimica fisica e fisica chimica: utilizzando metodi fisici come tecniche laser, microscopio a scansione a tunnel, ecc. La distinzione formale tra i due campi è che la chimica fisica è una branca della chimica mentre la fisica chimica è una branca della fisica. Questa non è una differenza chiara.
• Teoria dei molti corpi: gli effetti che appaiono in sistemi con un gran numero di costituenti. Si basa sulla fisica quantistica - soprattutto sul formalismo della seconda quantizzazione - e sull'elettrodinamicaquantistica.