Теориялық химия: Құрылым мен қасиеттердің өзара байланысы

Кіріспе

Химия саласы

Теориялық химия – қазіргі заманғы химияның теориялық құралдарының бір бөлігін құрайтын, химиялық байланыс, химиялық реакция, валенттілік, потенциалдық энергия беті, молекулалық орбитальдар, орбитальдық өзара әрекеттесулер және молекуланың активтенуі сияқты теориялық ұғымдарды дамытатын химияның саласы.

Шолу

Теориялық химия химияның барлық салаларына ортақ принциптер мен ұғымдарды біріктіреді. Теориялық химия шеңберінде химиялық заңдар, принциптер мен ережелерді жүйелеу, оларды жетілдіру және егжей-тегжейлі қарастыру, иерархия құру жүзеге асырылады. Теориялық химияда молекулалық жүйелердің құрылымы мен қасиеттерінің өзара байланысы туралы ілім орталық орын алады. Химиялық жүйелердің құрылымы мен динамикасын түсіндіру, олардың термодинамикалық және кинетикалық қасиеттерін байланыстыру, түсіну және болжау үшін математикалық және физикалық әдістер қолданылады. Ең жалпы мағынада, бұл химиялық құбылыстарды теориялық физика әдістерімен түсіндіру болып табылады. Теориялық физикадан айырмашылығы, химиялық жүйелердің жоғары күрделілігіне байланысты, теориялық химия шамамен математикалық әдістерден өзге, көбінесе жартылай эмпирикалық және эмпирикалық әдістерді де пайдаланады. Соңғы жылдары ол негізінен кванттық химиядан, яғни химиядағы мәселелерді шешу үшін кванттық механиканы қолданудан тұрады. Басқа маңызды компоненттерге молекулалық динамика, статистикалық термодинамика, электролит ерітінділерінің теориясы, реакциялық желілер, полимерлену, катализ, молекулалық магнетизм және спектроскопия кіреді. Қазіргі теориялық химияны химиялық құрылымды зерттеу және химиялық динамиканы зерттеу деп шартты түрде екіге бөлуге болады. Алғашқысы электрондық құрылымды, потенциалдық энергия беттерін және күш өрістерін, тербеліс-айналу қозғалысын, конденсирленген фазадағы жүйелердің және макромолекулалардың тепе-теңдік қасиеттерін зерттейді. Химиялық динамикаға бимолекулалық кинетика және реакциялар мен энергия берудің соқтығысу теориясы, мономолекулалық жылдамдық теориясы және метастабильді күйлер, сондай-ақ конденсирленген фаза мен динамиканың макромолекулалық аспектілері кіреді.

Теориялық химияның салалары

Кванттық химия Кванттық механиканың немесе химиялық және физикалық-химиялық проблемаларға қатысты негізгі өзара әсерлердің қолданылуы. Спектроскопиялық және магниттік қасиеттер ең көп модельденетін қасиеттердің қатарында. Есептеу химиясы Химияға ғылыми есептеулерді қолдану, мұнда Хартри-Фок, пост-Хартри-Фок, тығыздық функционалдық теориясы, жартылай эмпирикалық әдістер (мысалы, PM3) немесе күш өрісі әдістері сияқты жуықтау схемалары қолданылады. Молекулалық пішін ең жиі болжанатын қасиет. Компьютерлер тербеліс спектрлерін және виброникалық байланысты болжауға, сондай-ақ инфрақызыл деректерін жиілік ақпаратына түрлендіруге және Фурье түрлендіруін жүргізуге қабілетті. Болжамдалған тербелістермен салыстыру болжамдалған пішінге қолдау көрсетеді. Молекулалық модельдеу Кванттық механикаға міндетті түрде сілтеме жасамай молекулалық құрылымдарды модельдеу әдістері. Мысалдар: молекулалық докинг, ақуыз-ақуыз докингі, дәрілік заттарды жобалау, комбинаторлық химия. Пішін мен электрлік потенциалдың сәйкестігі осы графикалық тәсілдің негізгі факторы болып табылады. Молекулалық динамика Атомдар мен молекулалар жиынтығының ядроларының қозғалысын симуляциялау үшін классикалық механиканың қолданылуы. Ансамбльдегі молекулалардың қайта орналасуы Ван-дер-Ваальс күштерімен басқарылады және температураның ықпалымен жүзеге асырылады. Молекулалық механика Молекулалық және молекулааралық өзара әрекеттесудің потенциалдық энергия беттерін потенциалдар арқылы модельдеу. Бұл потенциалдар әдетте ab initio есептеулерінен параметрленеді. Математикалық химия Молекулалық құрылымды математикалық әдістерді қолдана отырып, кванттық механикаға міндетті түрде сілтеме жасамай талқылау және болжау. Топология – бұл математиканың зерттеушілерге кластерлер сияқты икемді, шекті мөлшердегі денелердің қасиеттерін болжауға мүмкіндік беретін саласы. Теориялық химиялық кинетика Реактивті химиялық заттармен, белсенді кешенмен және оларға сәйкес келетін дифференциалдық теңдеулермен байланысты динамикалық жүйелерді теориялық тұрғыдан зерттеу. Химиоинформатика (кейде химиоинформатика деп те аталады) Химия саласындағы мәселелерді шешу үшін қолданылатын компьютерлік және ақпараттық техникалардың қолданылуы. Химиялық инженерия Химияны өнеркәсіптік процестерге қолдану, зерттеу және жаңа өнімдерді әзірлеу мақсатында. Бұл жаңа және қолданыстағы өнімдерді және өндіріс процестерін дамытуға және жақсартуға мүмкіндік береді.

Quantum chemistry The application of quantum mechanics or fundamental interactions to chemical and physico chemical problems. Spectroscopic and magnetic properties are between the most frequently modelled. Computational chemistryThe application of scientific computing to chemistry, involving approximation schemes such as Hartree–Fock, post Hartree–Fock, density functional theory, semiempirical methods (such as PM3) or force field methods. Molecular shape is the most frequently predicted property. Computers can also predict vibrational spectra and vibronic coupling, but also acquire and Fourier transform Infra red Data into frequency information. The comparison with predicted vibrations supports the predicted shape. Molecular modelling Methods for modelling molecular structures without necessarily referring to quantum mechanics. Examples are molecular docking, protein protein docking, drug design, combinatorial chemistry. The fitting of shape and electric potential are the driving factor in this graphical approach. Molecular dynamics Application of classical mechanics for simulating the movement of the nuclei of an assembly of atoms and molecules. The rearrangement of molecules within an ensemble is controlled by Van der Waals forces and promoted by temperature. Molecular mechanics Modeling of the intra and inter molecular interaction potential energy surfaces via potentials. The latter are usually parameterized from ab initio calculations. Mathematical chemistry Discussion and prediction of the molecular structure using mathematical methods without necessarily referring to quantum mechanics. Topology is a branch of mathematics that allows researchers to predict properties of flexible finite size bodies like clusters. Theoretical chemical kinetics Theoretical study of the dynamical systems associated to reactive chemicals, the activated complex and their corresponding differential equations. Cheminformatics (also known as chemoinformatics) The use of computer and informational techniques, applied to crop information to solve problems in the field of chemistry. :
Chemical engineering The application of chemistry to industrial processes to conduct research and development. This allows for development and improvement of new and existing products and manufacturing processes.