La química computacional utiliza matemáticas y computadoras para resolver problemas químicos. Al utilizar software de computadora, los químicos pueden simular resultados experimentales y encontrar propiedades de sustancias. El campo de la química computacional ayuda a explorar cosas que de otro modo serían difíciles o costosas de encontrar debido a la diminuta naturaleza de las moléculas, átomos y nanopartículas. Gran parte del campo se basa en la ecuación de Schrodinger, que modela átomos y moléculas usando matemáticas. La mecánica ab initio, semi-empírica y molecular son métodos de química computacional que se utilizan a menudo para analizar estructuras moleculares.
El proceso de la química computacional comienza observando una teoría, como la teoría de la estructura electrónica. Esto ayuda a determinar el movimiento de los electrones dentro de una molécula. En este punto, utilizando ecuaciones matemáticas, se puede determinar un conjunto de bases basándose en los cálculos. Esta información se puede ingresar en un software de computadora para describir cosas como la función de onda, que se puede usar para crear modelos de otras características físicas de la molécula. Los químicos pueden ver un modelo de los orbitales de la molécula, comenzar a predecir estructuras experimentales y observar la energía de la molécula.
El uso ab initio permite a los químicos observar las propiedades físicas de una sustancia y utilizar la ecuación de Schrodinger para descubrir las características físicas de las moléculas. Esto incluye cosas como la geometría de las moléculas, el momento dipolar y la energía de una reacción. Las frecuencias vibratorias, la velocidad de reacción y la energía libre también se pueden encontrar usando ab initio. Dado que estas características físicas son extremadamente difíciles de resolver, es necesario que los químicos computacionales las simplifiquen lo suficiente para que las características físicas se puedan encontrar y seguir siendo precisas.
La mecánica molecular es un método de química computacional utilizado en experimentos y aplicaciones de bioquímica. Este método se puede utilizar para estructuras más grandes, como las enzimas, y se basa en la física tradicional, pero no puede calcular las propiedades electrónicas de las sustancias. El campo de la química computacional cambia constantemente a medida que avanza la tecnología y se desarrollan nuevas teorías.
Estas técnicas permiten a los químicos examinar estructuras que serían casi imposibles de ver de otra manera, debido a su tamaño extremadamente pequeño. Las nanopartículas, que son más pequeñas que los átomos, se pueden modelar para su uso en aplicaciones como electrónica, explosivos y medicina. Dado que gran parte de la química computacional se basa en el modelado de propiedades conocidas, hay margen de error en estos experimentos. Es por esto que la formación y los conocimientos avanzados en química e investigación son necesarios para trabajar en química computacional.