Teoretická chemie

Teoretičtí chemici používají širokou škálu nástrojů. Mezi tyto nástroje patří analytické modely (například LCAO-MO pro aproximaci chování elektronů v molekulách) a výpočetní a numerické simulace.

Teoretici v chemii vytvářejí teoretické modely. Na základě těchto modelů pak nacházejí věci, které mohou experimentální chemici měřit. To pomáhá chemikům hledat data, která mohou prokázat, že model není pravdivý. Data pomáhají vybrat si mezi několika různými nebo protichůdnými modely.

Teoretici se také snaží vytvořit nebo upravit modely tak, aby odpovídaly novým datům, Pokud data nemohou odpovídat modelu, snaží se chemici provést co nejmenší změnu modelu, aby odpovídal datům. V některých případech chemici model zavrhnou, pokud se do něj časem nevejde mnoho dat.

Teoretická chemie využívá fyziku k vysvětlení nebo předpovědi chemických pozorování. V posledních letech se zabývá především kvantovou chemií (aplikací kvantové mechaniky na problémy v chemii). Hlavními částmi teoretické chemie jsou elektronická struktura, dynamika a statistická mechanika.

Všechny tyto oblasti se používají při předpovídání chemických reaktivit. K dalším méně centrálním oblastem výzkumu patří matematický popis objemové chemie v různých fázích. Teoretičtí chemici chtějí vysvětlit chemickou kinetiku (cestu, kterou se molekuly spojují).

Vědci tuto práci nazývají "výpočetní chemie". Výpočetní chemie obvykle využívá teoretickou chemii k řešení průmyslových a praktických problémů. Příkladem výpočetní chemie jsou projekty aproximace chemických měření, jako jsou určité typy post Hartree-Fockovy teorie, teorie funkcí hustoty, semiempirické metody (např. PM3) nebo metody silových polí. Někteří chemičtí teoretici používají statistickou mechaniku k vytvoření vazby mezi mikroskopickými jevy kvantového světa a makroskopickými objemovými vlastnostmi systémů.

Kvantová chemie

Aplikace kvantové mechaniky v chemii

Výpočetní chemie

Použití počítačových kódů v chemii

Molekulární modelování

Metody modelování molekulových struktur bez nutnosti odkazu na kvantovou mechaniku. Příkladem je molekulární dokování, dokování protein-protein, návrh léčiv, kombinatoriální chemie.

Molekulární dynamika

Použití klasické mechaniky pro simulaci pohybu jader v sestavě atomů a molekul.

Molekulární mechanika

Modelování povrchů potenciální energie vnitromolekulárních a mezimolekulárních interakcí pomocí součtu interakčních sil.

Matematická chemie

Diskuse a předpovědi molekulární struktury pomocí matematických metod bez nutnosti odkazu na kvantovou mechaniku.

Teoretická chemická kinetika

Teoretické studium dynamických systémů spojených s reaktivními chemickými látkami a jim odpovídajících diferenciálních rovnic.

Cheminformatika (známá také jako chemoinformatika)

Využití počítačových a informačních technik aplikovaných na řadu problémů v oblasti chemie.

Vědci historicky využívají teoretickou chemii ke studiu:

• Atomová fyzika: elektrony a atomová jádra.
• Molekulová fyzika: elektrony obklopující molekulová jádra a pohyb jader. Tento termín se obvykle vztahuje ke studiu molekul tvořených několika málo atomy v plynné fázi. Někteří se však domnívají, že molekulová fyzika je také studium objemových vlastností chemických látek z hlediska molekul.
• Fyzikální chemie a chemická fyzika: použití fyzikálních metod, jako jsou laserové techniky, skenovací tunelový mikroskop atd. Formální rozdíl mezi oběma obory spočívá v tom, že fyzikální chemie je odvětví chemie, zatímco chemická fyzika je odvětví fyziky. Tento rozdíl však není jednoznačný.
• Teorie mnoha těles: jevy, které se objevují v systémech s velkým počtem složek. Je založena na kvantové fyzice - především na formalismu druhé kvantizace - a kvantové elektrodynamice.