La chimica computazionale utilizza matematica e computer per risolvere problemi chimici. Utilizzando software per computer, i chimici possono simulare i risultati sperimentali e trovare le proprietà delle sostanze. Il campo della chimica computazionale aiuta a esplorare cose che altrimenti sarebbero difficili o costose da trovare a causa della natura minuscola di molecole, atomi e nanoparticelle. Gran parte del campo si basa sull’equazione di Schrodinger, che modella atomi e molecole usando la matematica. Ab initio, semi-empirica e meccanica molecolare sono metodi della chimica computazionale spesso usati per analizzare le strutture molecolari.
Il processo di chimica computazionale inizia esaminando una teoria, come la Teoria della struttura elettronica. Questo aiuta a determinare il movimento degli elettroni all’interno di una molecola. A questo punto, utilizzando equazioni matematiche, è possibile determinare una serie di basi in base ai calcoli. Queste informazioni possono essere immesse nel software del computer per descrivere cose come la funzione d’onda, che può essere utilizzata per creare modelli di altre caratteristiche fisiche della molecola. I chimici possono vedere un modello degli orbitali della molecola, iniziare a prevedere strutture sperimentali e osservare l’energia della molecola.
L’uso ab initio consente ai chimici di esaminare le proprietà fisiche di una sostanza e di utilizzare l’equazione di Schrodinger per scoprire le caratteristiche fisiche delle molecole. Ciò include cose come la geometria delle molecole, il momento di dipolo e l’energia di una reazione. Anche le frequenze vibrazionali, la velocità di reazione e l’energia libera possono essere trovate usando ab initio. Poiché queste caratteristiche fisiche sono estremamente difficili da risolvere, è necessario che i chimici computazionali le semplifichino abbastanza da poter trovare le caratteristiche fisiche ed essere ancora accurate.
La meccanica molecolare è un metodo di chimica computazionale utilizzato negli esperimenti e nelle applicazioni di biochimica. Questo metodo può essere utilizzato per strutture più grandi come gli enzimi e si basa sulla fisica tradizionale, ma non è in grado di calcolare le proprietà elettroniche delle sostanze. Il campo della chimica computazionale è in continua evoluzione man mano che la tecnologia avanza e vengono sviluppate nuove teorie.
Queste tecniche consentono ai chimici di esaminare strutture che altrimenti sarebbero quasi impossibili da osservare, a causa delle loro dimensioni estremamente ridotte. Le nanoparticelle, che sono più piccole degli atomi, possono essere modellate per l’uso in applicazioni quali elettronica, esplosivi e medicina. Poiché gran parte della chimica computazionale si basa sulla modellazione di proprietà note, c’è spazio per errori in questi esperimenti. Questo è il motivo per cui sono necessarie formazione e conoscenze avanzate in chimica e ricerca per lavorare nella chimica computazionale.