Química teórica

Jacobus van 't Hoff (1852-1911), un influyente químico teórico y el primer ganador del Premio Nobel de Química.

Química teórica es la rama de la química que desarrolla generalizaciones teóricas que forman parte del arsenal teórico de la química moderna: por ejemplo, los conceptos de enlace químico, reacción química, valencia, superficie de potencial energía, orbitales moleculares, interacciones orbitales y activación de moléculas.

Resumen

La química teórica une principios y conceptos comunes a todas las ramas de la química. En el marco de la química teórica, hay una sistematización de las leyes, principios y reglas químicas, su refinamiento y detalle, la construcción de una jerarquía. El lugar central en la química teórica lo ocupa la doctrina de la interconexión de la estructura y las propiedades de los sistemas moleculares. Utiliza métodos matemáticos y físicos para explicar las estructuras y la dinámica de los sistemas químicos y para correlacionar, comprender y predecir sus propiedades termodinámicas y cinéticas. En el sentido más general, es la explicación de fenómenos químicos por métodos de física teórica. A diferencia de la física teórica, en relación con la alta complejidad de los sistemas químicos, la química teórica, además de los métodos matemáticos aproximados, a menudo utiliza métodos semiempíricos y empíricos.

En los últimos años, ha consistido principalmente en química cuántica, es decir, la aplicación de la mecánica cuántica a problemas de química. Otros componentes importantes incluyen dinámica molecular, termodinámica estadística y teorías de soluciones electrolíticas, redes de reacción, polimerización, catálisis, magnetismo molecular y espectroscopia.

La química teórica moderna se puede dividir aproximadamente en el estudio de la estructura química y el estudio de la dinámica química. El primero incluye estudios de: estructura electrónica, superficies de energía potencial y campos de fuerza; movimiento vibratorio-rotacional; propiedades de equilibrio de sistemas de fase condensada y macromoléculas. La dinámica química incluye: la cinética bimolecular y la teoría de la colisión de las reacciones y la transferencia de energía; teoría de la tasa unimolecular y estados metaestables; Aspectos macromoleculares y de fase condensada de la dinámica.

Ramas de la química teórica

Química cuántica

La aplicación de la mecánica cuántica o interacciones fundamentales a los problemas químicos y físico-químicos. Las propiedades espectroscópicas y magnéticas están entre las más frecuentemente modeladas.

Química computacional

La aplicación de la computación científica a la química, con esquemas de aproximación como Hartree-Fock, post-Hartree-Fock, teoría funcional de densidad, métodos semiempíricos (como PM3) o métodos de campo de fuerza. La forma molecular es la propiedad predicha más frecuentemente. Los ordenadores también pueden predecir espectros vibratorios y acoplamientos vibrónicos, pero también adquirir y Fourier transformar datos infrarrojos en información de frecuencia. La comparación con las vibraciones predichas apoya la forma predicha.

Modelado molecular

Métodos para modelar estructuras moleculares sin referirse necesariamente a la mecánica cuántica. Ejemplos son acoplamiento molecular, acoplamiento de proteína-proteína, diseño de drogas, química combinatoria. El ajuste de la forma y el potencial eléctrico son el factor de conducción en este enfoque gráfico.

Dinámica molecular

Aplicación de la mecánica clásica para simular el movimiento de los núcleos de una asamblea de átomos y moléculas. La reorganización de las moléculas dentro de un conjunto es controlada por las fuerzas de Van der Waals y promovida por la temperatura.

Mecánica molecular

Modelización de las superficies de energía potencial de interacción intra- e inter-molecular mediante potenciales. Estos últimos generalmente se parametizan a partir de cálculos ab initio.

Química Matemática

Discusión y predicción de la estructura molecular utilizando métodos matemáticos sin referirse necesariamente a la mecánica cuántica. La topología es una rama de las matemáticas que permite a los investigadores predecir propiedades de cuerpos de tamaño finito flexible como racimos.

Kinetics químicos teóricos

Estudio teórico de los sistemas dinámicos asociados a sustancias químicas reactivas, el complejo activo y sus correspondientes ecuaciones diferenciales.

Cheminformatics (también conocido como quimioinformática)

El uso de técnicas informáticas e informativas, aplicadas a la información de cultivos para resolver problemas en el campo de la química.:

Ingeniería química

La aplicación de la química a los procesos industriales para realizar investigaciones y desarrollo. Esto permite el desarrollo y mejora de productos nuevos y existentes y procesos de fabricación.

Disciplinas estrechamente relacionadas

Históricamente, el principal campo de aplicación de la química teórica ha sido en los siguientes campos de investigación:

• Física atómica: La disciplina que trata de electrones y núcleos atómicos.
• Física molecular: La disciplina de los electrones que rodean los núcleos moleculares y del movimiento de los núcleos. Este término generalmente se refiere al estudio de moléculas hechas de unos pocos átomos en la fase de gas. Pero algunos consideran que la física molecular es también el estudio de las propiedades a granel de los químicos en términos de moléculas.
• Química física y física química: Química investigada a través de métodos físicos como técnicas láser, microscopio de exploración de túneles, etc. La distinción formal entre ambos campos es que la química física es una rama de la química, mientras que la física química es una rama de la física. En la práctica esta distinción es bastante vaga.
• Teoría de muchos cuerpos: La disciplina que estudia los efectos que aparecen en sistemas con gran número de constituyentes. Se basa en la física cuántica – sobre todo en el formalismo de la segunda cuantificación – y electrodinámica cuántica.

Por lo tanto, la química teórica ha surgido como una rama de la investigación. Con el surgimiento de la teoría funcional de la densidad y otros métodos como la mecánica molecular, el rango de aplicación se ha ampliado a los sistemas químicos que son relevantes para otros campos de la química y la física, incluida la bioquímica, la física de la materia condensada, la nanotecnología o la biología molecular.