Arvutuslik keemia

Arvutuskeemia on interdistsiplinaarne teadusvaldkond, mis tegeleb keemiliste protsesside uurimisega arvutuslikust vaatenurgast. See kasutab molekulaarse ja aatomitaseme käitumise ennustamiseks, modelleerimiseks ja analüüsimiseks andmetöötluse, matemaatika ja statistika põhimõtteid. Arvutuskeemiat saab kasutada molekulide struktuuri ja omaduste uurimiseks ning potentsiaalsete reaktsiooniteede ja keemiliste süsteemide dünaamika simuleerimiseks.

Arvutuskeemia meetodeid kasutatakse uute ravimimolekulide, materjalide ja katalüsaatorite kavandamisel ja optimeerimisel. Seda saab kasutada keemia uurimiseks sügavamal tasemel, uurides eksperimentaalselt täheldatud nähtuste aluseks olevaid füüsikalisi ja keemilisi põhimõtteid. Sellel on rakendused paljudes valdkondades, nagu farmaatsia- ja biotehnoloogiauuringud, nafta- ja gaasiuuringud ning keemiatehnoloogia.

Arvutuskeemia kasutab erinevaid arvutusmeetodeid ja algoritme. Levinumad meetodid on molekulaarmehaanika ja kvantmehaanika. Molekulaarmehaanikas luuakse molekulaarmudeleid, et simuleerida aatomite liikumist ja vastasmõju molekulides. Neid meetodeid kasutatakse molekuli jõuvälja energia arvutamiseks ja võimalike reaktsiooniteede ja dünaamika uurimiseks.

Kvantmehaanikas lahendatakse Schrödingeri võrrand täpselt isoleeritud molekulide või tahkete ainete energiatasemete määramiseks. Seda meetodit kasutatakse aatomite ja molekulide elektroonilise struktuuri, sidemete energiate ja reaktsioonivõime uurimiseks. Seda kasutatakse ka valguse interaktsiooni arvutamiseks aatomite või molekulidega ning seda saab kasutada spektroskoopiliste katsete simuleerimiseks ja teoreetilise fotokeemia uurimiseks.

Üldiselt on arvutuskeemia tänapäevases keemias oluline valdkond, mis kasutab matemaatikat, andmetöötlust ja statistikat molekulide käitumise uurimiseks ja analüüsimiseks aatomitasandil. Sellel on lai valik rakendusi ja see on hindamatu tööriist teadlastele nii tööstus- kui ka akadeemilises keskkonnas.