Rechenbetonte Chemie ist ein Zweig der Chemie, die Grundsätze der Informatik verwendet, um beim Beheben chemischer Probleme zu helfen. Es verwendet die Ergebnisse der theoretischen Chemie, die in effiziente Computerprogramme vereinigt ist, um die Strukturen und Eigenschaften von Molekülen und Festkörpern zu berechnen. Seine Notwendigkeit entsteht aus der wohl bekannten Tatsache, dass abgesondert von relativ neuen Ergebnissen bezüglich des molekularen Wasserstoffions (sieh Verweisungen darin für mehr Details), das Quant-N-Körperproblem analytisch viel weniger in der geschlossenen Form nicht behoben werden kann. Während seine Ergebnisse normalerweise die durch chemische Experimente erhaltene Information ergänzen, kann sie in einigen Fällen bisher unbemerkte chemische Phänomene voraussagen. Es wird im Design von neuen Rauschgiften und Materialien weit verwendet.

Beispiele solcher Eigenschaften sind Struktur (d. h. die erwarteten Positionen der konstituierenden Atome), absolut und Verwandter (Wechselwirkung) Energien, elektronischer Anklage-Vertrieb, Dipole und höhere Mehrpol-Momente, Schwingfrequenzen, Reaktionsfähigkeit oder andere spektroskopische Mengen und böse Abteilungen für die Kollision mit anderen Partikeln.

Die Methoden haben Deckel sowohl statische als auch dynamische Situationen verwendet. In allen Fällen nehmen die Computerzeit und anderen Mittel (wie Gedächtnis und Speicherplatz) schnell mit der Größe des Systems zu, das wird studiert. Dieses System kann ein einzelnes Molekül, eine Gruppe von Molekülen oder ein Festkörper sein. Rechenbetonte Chemie-Methoden erstrecken sich vom hoch genauen bis sehr ungefähren; hoch genaue Methoden sind nur für kleine Systeme normalerweise ausführbar. Ab initio basieren Methoden völlig auf der Theorie von den ersten Grundsätzen. Anderer (normalerweise weniger genau) werden Methoden empirisch oder halbempirisch genannt, weil sie experimentelle Ergebnisse, häufig von annehmbaren Modellen von Atomen oder verwandten Molekülen verwenden, um einigen Elementen der zu Grunde liegenden Theorie näher zu kommen.

Sowohl ab initio als auch halbempirische Annäherungen schließen Annäherungen ein. Diese erstrecken sich von vereinfachten Formen der Gleichungen der ersten Grundsätze, die leichter oder schneller sind, um zu Annäherungen zu lösen, die die Größe des Systems (zum Beispiel, periodische Grenzbedingungen) zu grundsätzlichen Annäherungen an die zu Grunde liegenden Gleichungen beschränken, die erforderlich sind, jede Lösung von ihnen überhaupt zu erreichen. Zum Beispiel am meisten ab initio machen Berechnungen die Geborene-Oppenheimer Annäherung, die außerordentlich die zu Grunde liegende Gleichung von Schrödinger durch das Annehmen vereinfacht, dass die Kerne im Platz während der Berechnung bleiben. Im Prinzip ab initio laufen Methoden schließlich zur genauen Lösung der zu Grunde liegenden Gleichungen zusammen, weil die Anzahl von Annäherungen vermindert wird. In der Praxis, jedoch, ist es unmöglich, alle Annäherungen zu beseitigen, und Restfehler bleibt unvermeidlich. Die Absicht der rechenbetonten Chemie ist, diesen Restfehler zu minimieren, während sie die Berechnungen lenksam hält.

In einigen Fällen sind die Details der elektronischen Struktur weniger wichtig als das langfristige Phase-Raumverhalten von Molekülen. Das ist in conformational Studien von Proteinen und Protein-ligand verbindliche Thermodynamik der Fall. Klassische Annäherungen an die potenzielle Energieoberfläche werden verwendet, weil sie rechenbetont weniger intensiv sind als elektronische Berechnungen, um längere Simulationen der molekularen Dynamik zu ermöglichen. Außerdem verwendet cheminformatics noch empirischer (und rechenbetont preiswerter) Methoden wie Maschine, die gestützt auf physikochemischen Eigenschaften erfährt. Ein typisches Problem in cheminformatics ist, die verbindliche Sympathie von Rauschgift-Molekülen zu einem gegebenen Ziel vorauszusagen.

Geschichte

Auf die Gründungsentdeckungen und Theorien in der Geschichte der Quant-Mechanik bauend, waren die ersten theoretischen Berechnungen in der Chemie diejenigen von Walter Heitler und Fritz London 1927. Die Bücher, die in der frühen Entwicklung der rechenbetonten Quant-Chemie einflussreich waren, schließen Linus Pauling und die 1935-Einführung von E. Bright Wilson in die Quant-Mechanik - mit Anwendungen auf Chemie, Eyring, Walter und die 1944-Quant-Chemie von Kimball, 1945 von Heitler Elementare Welle-Mechanik - mit Anwendungen auf die Quant-Chemie und dem 1952-Lehrbuch des späteren Coulsons Wertigkeit, jede von der gedient als primäre Verweisungen für Chemiker in den Jahrzehnten ein, um zu folgen.

Mit der Entwicklung der effizienten Computertechnologie in den 1940er Jahren haben die Lösungen wohl durchdachter Wellengleichungen für komplizierte Atomsysteme begonnen, ein realisierbares Ziel zu sein. Am Anfang der 1950er Jahre wurden die ersten halbempirischen Atomaugenhöhlenberechnungen ausgeführt. Theoretische Chemiker sind umfassende Benutzer der frühen Digitalcomputer geworden. Eine sehr ausführliche Rechnung solchen Gebrauches im Vereinigten Königreich wird von Smith und Sutcliffe gegeben. Die ersten ab initio Hartree-Fock Berechnungen auf diatomic Molekülen wurden 1956 an MIT, mit einem Basissatz des Schieferdeckers orbitals ausgeführt. Für diatomic Moleküle ist eine systematische Studie mit einer minimalen Basis untergegangen, und die erste Berechnung mit einem größeren Basissatz wurden von Ransil und Nesbet beziehungsweise 1960 veröffentlicht. Die ersten Polyatomberechnungen mit Gaussian orbitals wurden gegen Ende der 1950er Jahre ausgeführt. Die ersten Konfigurationswechselwirkungsberechnungen wurden in Cambridge auf dem EDSAC Computer in den 1950er Jahren mit Gaussian orbitals von Jungen und Mitarbeitern ausgeführt. Vor 1971, als eine Bibliografie von ab initio Berechnungen veröffentlicht wurde, waren die größten eingeschlossenen Moleküle Naphthalin und azulene. Auszüge von vielen früheren Entwicklungen in ab initio der Theorie sind von Schaefer veröffentlicht worden.

1964 wurden Methode-Berechnungen von Hückel (eine einfache geradlinige Kombination von atomarem orbitals (LCAO) Methode für den Entschluss von Elektronenergien von molekularem orbitals von π Elektronen in konjugierten Kohlenwasserstoff-Systemen verwendend), Moleküle, die sich in der Kompliziertheit von butadiene und Benzol zu ovalene erstrecken, auf Computern an Berkeley und Oxford erzeugt. Diese empirischen Methoden wurden in den 1960er Jahren durch halbempirische Methoden wie CNDO ersetzt.

Am Anfang der 1970er Jahre, effizient ab initio Computerprogramme wie ATMOL, GAUSSIAN, haben IBMOL und POLYAYTOM, begonnen, verwendet zu werden, um ab initio Berechnungen von molekularem orbitals zu beschleunigen. Dieser vier Programme ist nur GAUSSIAN, jetzt massiv ausgebreitet, noch im Gebrauch, aber viele andere Programme sind jetzt im Gebrauch. Zur gleichen Zeit wurden die Methoden der molekularen Mechanik, wie MM2, in erster Linie von Norman Allinger entwickelt.

Eine der ersten Erwähnungen des Begriffes "rechenbetonte Chemie" kann gefunden werden 1970 bestellen Computer und Ihre Rolle in den Physischen Wissenschaften durch Sidney Fernbach und Abraham Haskell Taub vor, wo sie feststellen, dass "Es deshalb scheint, dass 'rechenbetonte Chemie' schließlich immer mehr einer Wirklichkeit sein kann." Während der 1970er Jahre haben weit verschiedene Methoden begonnen, als ein Teil einer neuen erscheinenden Disziplin der rechenbetonten Chemie gesehen zu werden. Die Zeitschrift der Rechenbetonten Chemie wurde zuerst 1980 veröffentlicht.

Anwendungsbereiche

Theoretische Chemie des Begriffes kann als eine mathematische Beschreibung der Chemie definiert werden, wohingegen rechenbetonte Chemie gewöhnlich verwendet wird, wenn eine mathematische Methode genug gut entwickelt wird, dass es für die Durchführung auf einem Computer automatisiert werden kann. In der theoretischen Chemie entwickeln Chemiker, Physiker und Mathematiker Algorithmen und Computerprogramme, um atomare und molekulare Eigenschaften und Reaktionspfade für chemische Reaktionen vorauszusagen. Rechenbetonte Chemiker können einfach im Gegensatz vorhandene Computerprogramme und Methodiken zu spezifischen chemischen Fragen anwenden.

Es gibt zwei verschiedene Aspekte zur rechenbetonten Chemie:

• Rechenbetonte Studien können ausgeführt werden, um einen Startpunkt für eine Laborsynthese zu finden, oder beim Verstehen von experimentellen Angaben, wie die Position und Quelle von spektroskopischen Spitzen zu helfen.
• Rechenbetonte Studien können verwendet werden, um die Möglichkeit so weiter völlig unbekannter Moleküle vorauszusagen oder Reaktionsmechanismen zu erforschen, die durch experimentelle Mittel nicht sogleich studiert werden.

So kann rechenbetonte Chemie dem experimentellen Chemiker helfen, oder sie kann den experimentellen Chemiker herausfordern, völlig neue chemische Gegenstände zu finden.

Mehrere Hauptgebiete können innerhalb der rechenbetonten Chemie bemerkenswert sein:

• Die Vorhersage der molekularen Struktur von Molekülen durch den Gebrauch der Simulation von Kräften oder genaueres Quant chemische Methoden, um stationäre Punkte auf der Energieoberfläche als die Position der Kerne zu finden, wird geändert.
• Die Speicherung und das Suchen nach Daten auf chemischen Entitäten (sieh chemische Datenbanken).
• Korrelationen zwischen chemischen Strukturen und Eigenschaften identifizierend (sieh QSPR und QSAR).
• Rechenbetonte Annäherungen, um in der effizienten Synthese von Zusammensetzungen zu helfen.
• Rechenbetonte Annäherungen an Designmoleküle, die auf spezifische Weisen mit anderen Molekülen (z.B Rauschgift-Design und Katalyse) aufeinander wirken.

Genauigkeit

Die Wörter genau und vollkommen erscheinen hier nicht, weil sehr wenige Aspekte der Chemie genau geschätzt werden können. Jedoch kann fast jeder Aspekt der Chemie in einem qualitativen oder ungefähren quantitativen rechenbetonten Schema beschrieben werden.

Moleküle bestehen aus Kernen und Elektronen, so gelten die Methoden der Quant-Mechanik. Rechenbetonte Chemiker versuchen häufig, die nichtrelativistische Gleichung von Schrödinger mit relativistischen hinzugefügten Korrekturen zu lösen, obwohl einige Fortschritte im Lösen der völlig relativistischen Gleichung von Dirac gemacht worden sind. Im Prinzip ist es möglich, die Gleichung von Schrödinger entweder in seiner zeitabhängigen oder in zeitunabhängigen Form, als passend für das Problem in der Hand zu lösen; in der Praxis ist das abgesehen von sehr kleinen Systemen nicht möglich. Deshalb, eine große Zahl von ungefähren Methoden mühen sich, den besten Umtausch zwischen Genauigkeit und rechenbetonten Kosten zu erreichen.

Genauigkeit kann immer mit größeren rechenbetonten Kosten verbessert werden. Bedeutende Fehler können sich in ab initio Modellen vorstellen, die viele Elektronen wegen des rechenbetonten Aufwandes von vollen relativistisch-einschließlichen Methoden umfassen. Das kompliziert die Studie von Molekülen, die mit hohen Atommasseneinheitsatomen, wie Übergangsmetalle und ihre katalytischen Eigenschaften aufeinander wirken. Gegenwärtige Algorithmen in der rechenbetonten Chemie können die Eigenschaften von Molekülen alltäglich berechnen, die bis zu ungefähr 40 Elektronen mit der genügend Genauigkeit enthalten. Fehler für Energien können weniger sein als einige kJ/mol. Für die Geometrie können Band-Längen innerhalb von einigen picometres und Band-Winkeln innerhalb von 0.5 Graden vorausgesagt werden. Die Behandlung von größeren Molekülen, die einige Dutzend Elektronen enthalten, ist durch ungefähre Methoden wie Dichte funktionelle Theorie (DFT) rechenbetont lenksam.

Es gibt einen Streit innerhalb des Feldes, ob die letzten Methoden genügend sind, um komplizierte chemische Reaktionen, wie diejenigen in der Biochemie zu beschreiben. Große Moleküle können durch halbempirische ungefähre Methoden studiert werden. Noch größere Moleküle werden durch klassische Mechanik-Methoden behandelt, die verwenden, was molekulare Mechanik genannt wird. In QM/MM Methoden sind kleine Teile von großen Komplexen behandeltes Quant mechanisch (QM), und der Rest wird ungefähr (MM) behandelt.

Methoden

Eine einzelne molekulare Formel kann mehrere molekulare isomers vertreten. Jeder isomer ist ein lokales Minimum auf der Energieoberfläche (hat die potenzielle Energieoberfläche genannt) geschaffen von der Gesamtenergie (d. h., die elektronische Energie, plus die Repulsionsenergie zwischen den Kernen) als eine Funktion der Koordinaten aller Kerne. Ein stationärer Punkt ist eine solche Geometrie, dass die Ableitung der Energie in Bezug auf alle Versetzungen der Kerne Null ist. Ein Vorortszug (Energie) Minimum ist ein stationärer Punkt, wo alle diese Versetzungen zu einer Zunahme in der Energie führen. Das lokale Minimum, das am niedrigsten ist, wird das globale Minimum genannt und entspricht dem stabilsten isomer. Wenn es eine besondere Koordinatenänderung gibt, die zu einer Abnahme in der Gesamtenergie in beiden Richtungen führt, ist der stationäre Punkt eine Übergang-Struktur, und die Koordinate ist die Reaktionskoordinate. Dieser Prozess, stationäre Punkte zu bestimmen, wird Geometrie-Optimierung genannt.

Der Entschluss von der molekularen Struktur durch die Geometrie-Optimierung ist alltäglich nur geworden, nachdem effiziente Methoden, für die ersten Ableitungen der Energie in Bezug auf alle Atomkoordinaten zu berechnen, verfügbar geworden sind. Die Einschätzung der zusammenhängenden zweiten Ableitungen erlaubt die Vorhersage von Schwingfrequenzen, wenn harmonische Bewegung geschätzt wird. Noch wichtiger es berücksichtigt die Charakterisierung von stationären Punkten. Die Frequenzen sind mit dem eigenvalues der Jute-Matrix verbunden, die die zweiten Ableitungen enthält. Wenn die eigenvalues alle positiv sind, dann sind die Frequenzen alle echt, und der stationäre Punkt ist ein lokales Minimum. Wenn ein eigenvalue negativ ist (d. h., eine imaginäre Frequenz), dann ist der stationäre Punkt eine Übergang-Struktur. Wenn mehr als ein eigenvalue negativ ist, dann ist der stationäre Punkt ein komplizierterer, und ist gewöhnlich von wenig Interesse. Wenn einer von diesen gefunden wird, ist es notwendig, die Suche davon wegzuschieben, wenn der Experimentator allein für lokale Minima und Übergang-Strukturen schaut.

Die Gesamtenergie wird durch ungefähre Lösungen der zeitabhängigen Gleichung von Schrödinger, gewöhnlich ohne relativistische Begriffe eingeschlossen bestimmt, und indem sie von der Geborenen-Oppenheimer Annäherung Gebrauch gemacht wird, die die Trennung von elektronischen und Kernbewegungen berücksichtigt, dadurch die Gleichung von Schrödinger vereinfachend. Das führt zur Einschätzung der Gesamtenergie als eine Summe der elektronischen Energie an festen Kern-Positionen und der Repulsionsenergie der Kerne. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist genannte direkte Quant-Chemie der bestimmten Annäherungen, die Elektronen und Kerne auf einem allgemeinen Stand behandeln. Dichte funktionelle Methoden und halbempirische Methoden ist Varianten auf dem Hauptthema. Für sehr große Systeme können die Verhältnisgesamtenergien mit der molekularen Mechanik verglichen werden. Die Weisen, die Gesamtenergie zu bestimmen, um molekulare Strukturen vorauszusagen, sind:

Ab initio Methoden

Die in der rechenbetonten Chemie verwendeten Programme basieren auf vielen verschiedenen mit dem Quant chemischen Methoden, die die molekulare mit molekularem Hamiltonian vereinigte Gleichung von Schrödinger lösen. Methoden, die keine empirischen oder halbempirischen Rahmen in ihre Gleichungen einschließen - direkt von theoretischen Grundsätzen ohne Einschließung von experimentellen Angaben abgeleitet werden - werden ab initio Methoden genannt. Das deutet nicht an, dass die Lösung eine genaue ist; sie sind das ganze ungefähre Quant mechanische Berechnungen. Es bedeutet, dass eine besondere Annäherung auf den ersten Grundsätzen (Quant-Theorie) streng definiert und dann innerhalb einer Fehlerwahrscheinlichkeit gelöst wird, die im Voraus qualitativ bekannt ist. Wenn numerische wiederholende Methoden verwendet werden müssen, ist das Ziel zu wiederholen, bis volle Maschinengenauigkeit erhalten wird (das beste, das mit einer begrenzten Wortlänge auf dem Computer, und innerhalb der mathematischen und/oder physischen Annäherungen gemacht möglich ist).

Der einfachste Typ ab initio der elektronischen Struktur-Berechnung ist das Schema von Hartree-Fock (HF), eine Erweiterung der molekularen Augenhöhlentheorie, in der die aufeinander bezogene Elektronelektronrepulsion nicht spezifisch in Betracht gezogen wird; nur seine durchschnittliche Wirkung wird in die Berechnung eingeschlossen. Da die Basis untergegangen ist, wird Größe vergrößert, die Energie und Welle-Funktion neigen zu einer Grenze genannt die Hartree-Fock-Grenze. Viele Typen von Berechnungen (bekannt als post-Hartree-Fock Methoden) beginnen mit einer Hartree-Fock Berechnung und korrigieren nachher für die Elektronelektronrepulsion, die auf auch als elektronische Korrelation verwiesen ist. Da diese Methoden zur Grenze gestoßen werden, nähern sie sich der genauen Lösung der nichtrelativistischen Gleichung von Schrödinger. Um genaue Abmachung mit dem Experiment zu erhalten, ist es notwendig, relativistisch und Drehungsbahn-Begriffe einzuschließen, von denen beide nur für schwere Atome wirklich wichtig sind. In allen diesen Annäherungen, zusätzlich zur Wahl der Methode, ist es notwendig, einen Basissatz zu wählen. Das ist eine Reihe von Funktionen, die gewöhnlich auf die verschiedenen Atome im Molekül in den Mittelpunkt gestellt ist, die verwendet werden, um den molekularen orbitals mit dem LCAO ansatz auszubreiten. Ab initio müssen Methoden ein Niveau der Theorie (die Methode) und ein Basissatz definieren.

Die Hartree-Fock Welle-Funktion ist eine einzelne Konfiguration oder Determinante. In einigen Fällen, besonders für Band-Brechen-Prozesse, ist das ziemlich unzulänglich, und mehrere Konfigurationen müssen verwendet werden. Hier werden die Koeffizienten der Konfigurationen und die Koeffizienten der Basisfunktionen zusammen optimiert.

Die molekulare Gesamtenergie kann als eine Funktion der molekularen Geometrie bewertet werden; mit anderen Worten, die potenzielle Energieoberfläche. Solch eine Oberfläche kann für die Reaktionsdynamik verwendet werden. Die stationären Punkte der Oberfläche führen zu Vorhersagen von verschiedenem isomers und den Übergang-Strukturen für die Konvertierung zwischen isomers, aber diese können ohne volle Kenntnisse der ganzen Oberfläche bestimmt werden.

Ein besonders wichtiges Ziel, genannt rechenbetonten thermochemistry, soll thermochemical Mengen wie der enthalpy der Bildung zur chemischen Genauigkeit berechnen. Chemische Genauigkeit ist die Genauigkeit, die erforderlich ist, realistische chemische Vorhersagen zu machen, und wird allgemein betrachtet, 1 kcal/mol oder 4 kJ/mol zu sein. Um diese Genauigkeit auf eine Wirtschaftsweise zu erreichen, ist es notwendig, eine Reihe von post-Hartree-Fock Methoden zu verwenden und die Ergebnisse zu verbinden. Diese Methoden werden Quant-Chemie-Zusammensetzungsmethoden genannt.

Dichte funktionelle Methoden

Wie man

häufig betrachtet, sind Methoden der Dichte funktionellen Theorie (DFT) ab initio Methoden, für die molekulare elektronische Struktur zu bestimmen, wenn auch viele der allgemeinsten Functionals-Gebrauch-Rahmen auf empirische Daten, oder von komplizierteren Berechnungen zurückzuführen gewesen sind. In DFT wird die Gesamtenergie in Bezug auf die Gesamtein-Elektron-Dichte aber nicht die Welle-Funktion ausgedrückt. In diesem Typ der Berechnung gibt es ungefähren Hamiltonian und einen ungefähren Ausdruck für die Gesamtelektrondichte. DFT Methoden können für kleine rechenbetonte Kosten sehr genau sein. Einige Methoden verbinden die Dichte, die funktioneller mit dem Hartree-Fock-Austausch funktioneller Austausch nennt und als bekannt ist

hybride funktionelle Methoden.

Halbempirische und empirische Methoden

Halbempirische Quant-Chemie-Methoden basieren auf dem Hartree-Fock Formalismus, aber machen viele Annäherungen und erhalten einige Rahmen von empirischen Daten. Sie sind in der rechenbetonten Chemie sehr wichtig, um große Moleküle zu behandeln, wo die volle Hartree-Fock Methode ohne die Annäherungen zu teuer ist. Der Gebrauch von empirischen Rahmen scheint, etwas Einschließung von Korrelationseffekten in die Methoden zu erlauben.

Halbempirische Methoden folgen, was häufig empirische Methoden genannt wird, wo der Zwei-Elektronen-Teil von Hamiltonian nicht ausführlich eingeschlossen wird. Für π-electron Systeme war das die Methode von Hückel, die von Erich Hückel, und für alle Wertigkeitselektronsysteme, die verlängerte von Roald Hoffmann vorgeschlagene Methode von Hückel vorgeschlagen ist.

Molekulare Mechanik

In vielen Fällen können große molekulare Systeme erfolgreich modelliert werden, während man Quant mechanische Berechnungen völlig vermeidet. Molekulare Mechanik-Simulationen verwenden zum Beispiel einen einzelnen klassischen Ausdruck für die Energie einer Zusammensetzung, zum Beispiel der harmonische Oszillator. Alle Konstanten, die in den Gleichungen erscheinen, müssen im Voraus bei experimentellen Angaben oder ab initio Berechnungen erhalten werden.

Die Datenbank von Zusammensetzungen, die für parameterization, d. h., der resultierende Satz von Rahmen und Funktionen verwendet sind, wird das Kraft-Feld genannt, ist für den Erfolg von molekularen Mechanik-Berechnungen entscheidend. Wie man erwarten würde, hatte ein Kraft-Feld, das gegen eine spezifische Klasse von Molekülen, zum Beispiel Proteine parametrisiert ist, nur jede Relevanz, wenn es andere Moleküle derselben Klasse beschreibt.

Diese Methoden können auf Proteine und andere große biologische Moleküle angewandt werden, und Studien der Annäherung und Wechselwirkung (Docken) von potenziellen Rauschgift-Molekülen erlauben (z.B. http://www.bio-balance.com/JMGM_article.pdf und http://www.bio-balance.com/GPCR_Activation.pdf).

Methoden für Festkörper

Rechenbetonte chemische Methoden können auf Physik-Probleme des festen Zustands angewandt werden. Die elektronische Struktur eines Kristalls wird im Allgemeinen durch eine Band-Struktur beschrieben, die die Energien des Elektrons orbitals für jeden Punkt in der Zone von Brillouin definiert. Ab initio und geben halbempirische Berechnungen Augenhöhlenenergien nach; deshalb können sie auf Band-Struktur-Berechnungen angewandt werden. Da es zeitraubend ist, um die Energie für ein Molekül zu berechnen, ist es noch zeitraubender, um sie für die komplette Liste von Punkten in der Zone von Brillouin zu berechnen.

Chemische Dynamik

Sobald die elektronischen und Kernvariablen (innerhalb der Geborenen-Oppenheimer Darstellung) in der zeitabhängigen Annäherung getrennt werden, wird das Welle-Paket entsprechend den Kerngraden der Freiheit über den Zeitevolutionsmaschinenbediener (Physik) fortgepflanzt, die zur zeitabhängigen Gleichung von Schrödinger (für vollen molekularen Hamiltonian) vereinigt ist. In der energieabhängigen Ergänzungsannäherung wird die zeitunabhängige Gleichung von Schrödinger mit dem sich zerstreuenden Theorie-Formalismus gelöst. Das Potenzial, das die Zwischenatomwechselwirkung vertritt, wird durch die potenziellen Energieoberflächen gegeben. Im Allgemeinen werden die potenziellen Energieoberflächen über die vibronic Kopplungsbegriffe verbunden.

Die populärsten Methoden, für das zur molekularen Geometrie vereinigte Welle-Paket fortzupflanzen, sind:

• die Spalt-Maschinenbediener-Technik,
• der Tschebyscheff (echtes) Polynom,
• die Mehrkonfiguration zeitabhängige Methode von Hartree (MCTDH),
• die halbklassische Methode.

Molekulare Dynamik

Gebrauch der molekularen Dynamik (MD) entweder Quant-Mechanik, Newtonsche Gesetze der Bewegung oder ein Mischmodell, um das zeitabhängige Verhalten von Systemen, einschließlich Vibrationen oder Brownscher Bewegung und Reaktionen zu untersuchen. Doktor der Medizin hat sich mit der Dichte verbunden funktionelle Theorie führt zu hybriden Modellen.

Interpretation molekularer Welle-Funktionen

Die Atome im von Richard Bader entwickelten Molekül-Modell wurden entwickelt, um das Quant mechanisches Bild eines Moleküls, als ein elektronischer wavefunction, zu chemisch nützlichen älteren Modellen wie die Theorie von Paaren von Lewis und dem Wertigkeitsband-Modell effektiv zu verbinden. Bader hat demonstriert, dass diese empirisch nützlichen Modelle mit der Topologie der Quant-Anklage-Dichte verbunden werden. Diese Methode übertrifft den Gebrauch der Bevölkerungsanalyse von Mulliken.

Softwarepakete

Es gibt viele unabhängig verwendet von rechenbetonten Chemikern. Einige schließen viele Methoden ein, die eine breite Reihe, während andere bedecken, die sich auf eine sehr spezifische Reihe oder sogar eine einzelne Methode konzentrieren. Details der meisten von ihnen können gefunden werden in:

• Modellierende Programme von Biomolecular: Proteine, Nukleinsäure.
• Molekulare Mechanik-Programme.
• Quant-Chemie und Physik-Software des festen Zustands, die mehrere Methoden unterstützt.
• Molekulare Designsoftware
• Halbempirische Programme.
• Wertigkeitsband-Programme.

Siehe auch

Zitierte Verweisungen

Andere Verweisungen

• Hauptsache von C. J. Cramer von Computational Chemistry, John Wiley & Sons (2002).
• T. Handbuch von Clark A der rechenbetonten Chemie, Wileys, New York (1985).
• R. Dronskowski rechenbetonte Chemie von Materialien des festen Zustands, Wiley-VCH (2005).
• A.K. Hartmann, praktisches Handbuch zu Computersimulationen, Welt wissenschaftlich (2009)
• Einführung von F. Jensen in Computational Chemistry, John Wiley & Sons (1999).
• K.I. Ramachandran, G Deepa und Krishnan Namboori. P.K. Computational Chemistry und Molekulare modellierende Grundsätze und Anwendungen internationale Standardbuchnummer von Springer-Verlag GmbH 978-3-540-77302-3.
• D. Rogers Rechenbetonte Chemie mit dem PC, der 3. Ausgabe, John Wiley & Sons (2003).
• P. v. R. Schleyer (Chefredakteur). Enzyklopädie der Rechenbetonten Chemie. Wiley, 1998. Internationale Standardbuchnummer 0 471 96588 X.
• D. Sherrill. Zeichen auf der Quant-Mechanik und rechenbetonten Chemie

http://vergil.chemistry.gatech.edu/notes/.

• J. Simons Eine Einführung in die Theoretische Chemie, Cambridge (2003) internationale Standardbuchnummer 978-0521530477.
• A. Szabo, N.S. Ostlund, moderne Quant-Chemie, McGraw-Hügel (1982).
• D. Junge rechenbetonte Chemie: Ein praktischer Führer für die Verwendung von Techniken zu echten Weltproblemen, John Wiley & Sons (2001).
• D. Die Einführung von Jungem in die rechenbetonte Chemie.

Links

• NIST Rechenbetonter Chemie-Vergleich und Abrisspunkt DataBase - Enthält eine Datenbank von Tausenden von rechenbetonten und experimentellen Ergebnissen für Hunderte von Systemen
• Amerikanische Chemische Gesellschaftsabteilung von Computern in der Chemie - amerikanische Chemische Gesellschaftscomputer in der Chemie-Abteilung, den Mitteln für Bewilligungen, Preise, Kontakte und Sitzungen.
• CSTB melden Mathematische Forschung in der Material-Wissenschaft: Gelegenheiten und Perspektiven - CSTB Bericht
• 3.320 Das atomistische Computermodellieren von Materialien (SMA 5107) Freier MIT Kurs
• Technologiefahrplan für die rechenbetonte Chemie
• Anwendungen von molekularen und dem Material-Modellieren.
• Einfluss von Fortschritten in der Computerwissenschaft und den Kommunikationstechnologien auf der chemischen Wissenschaft und Technologie CSTB Bericht
• Doktor der Medizin und Rechenbetonte Chemie-Anwendungen auf GPUs