Die Computerchemie verwendet Mathematik und Computer, um chemische Probleme zu lösen. Mithilfe von Computersoftware können Chemiker experimentelle Ergebnisse simulieren und Eigenschaften von Substanzen ermitteln. Das Gebiet der Computerchemie hilft dabei, Dinge zu erforschen, die sonst aufgrund der winzigen Natur von Molekülen, Atomen und Nanopartikeln schwer oder kostspielig zu finden wären. Ein Großteil des Feldes basiert auf der Schrödinger-Gleichung, die Atome und Moleküle mit Hilfe von Mathematik modelliert. Ab-initio-, semi-empirische und molekulare Mechanik sind Methoden der Computerchemie, die häufig verwendet werden, um molekulare Strukturen zu analysieren.
Der Prozess der computergestützten Chemie beginnt mit der Betrachtung einer Theorie wie der Theorie der elektronischen Struktur. Dies hilft, die Bewegung der Elektronen innerhalb eines Moleküls zu bestimmen. An diesem Punkt kann unter Verwendung mathematischer Gleichungen ein Basissatz basierend auf den Berechnungen bestimmt werden. Diese Informationen können in Computersoftware eingegeben werden, um Dinge wie die Wellenfunktion zu beschreiben, die verwendet werden kann, um Modelle anderer physikalischer Eigenschaften des Moleküls zu erstellen. Chemiker können ein Modell der Orbitale des Moleküls sehen, experimentelle Strukturen vorhersagen und die Energie des Moleküls betrachten.
Die Verwendung von ab initio ermöglicht es Chemikern, physikalische Eigenschaften einer Substanz zu untersuchen und die Schrödinger-Gleichung zu verwenden, um physikalische Eigenschaften von Molekülen herauszufinden. Dazu gehören Dinge wie die Geometrie von Molekülen, das Dipolmoment und die Energie einer Reaktion. Schwingungsfrequenzen, Reaktionsgeschwindigkeit und freie Energie können auch ab initio ermittelt werden. Da diese physikalischen Eigenschaften extrem schwer zu lösen sind, ist es für Computerchemiker notwendig, sie so weit zu vereinfachen, dass die physikalischen Eigenschaften gefunden werden können und dennoch genau sind.
Molekularmechanik ist eine Methode der Computerchemie, die in biochemischen Experimenten und Anwendungen verwendet wird. Diese Methode kann für größere Strukturen wie Enzyme verwendet werden und beruht auf der traditionellen Physik, ist jedoch nicht in der Lage, elektronische Eigenschaften von Stoffen zu berechnen. Das Gebiet der Computerchemie verändert sich ständig, da die Technologie fortschreitet und neue Theorien entwickelt werden.
Diese Techniken ermöglichen es Chemikern, Strukturen zu untersuchen, die sonst aufgrund ihrer extrem geringen Größe kaum zu sehen wären. Nanopartikel, die kleiner als Atome sind, können für Anwendungen wie Elektronik, Sprengstoffe und Medizin modelliert werden. Da ein Großteil der Computerchemie auf der Modellierung bekannter Eigenschaften beruht, können bei diesen Experimenten Fehler auftreten. Um in der Computerchemie arbeiten zu können, sind daher Weiterbildungen und Kenntnisse in Chemie und Forschung notwendig.