La chimie computationnelle utilise les mathématiques et les ordinateurs pour résoudre des problèmes chimiques. En utilisant un logiciel informatique, les chimistes peuvent simuler des résultats expérimentaux et trouver les propriétés des substances. Le domaine de la chimie computationnelle aide à explorer des choses qui seraient autrement difficiles ou coûteuses à trouver en raison de la nature minuscule des molécules, des atomes et des nanoparticules. Une grande partie du domaine est basée sur l’équation de Schrödinger, qui modélise les atomes et les molécules à l’aide des mathématiques. La mécanique ab initio, semi-empirique et moléculaire sont des méthodes de chimie computationnelle souvent utilisées pour analyser les structures moléculaires.
Le processus de chimie computationnelle commence par l’examen d’une théorie, telle que la théorie de la structure électronique. Cela aide à déterminer le mouvement des électrons dans une molécule. À ce stade, en utilisant des équations mathématiques, un ensemble de base peut être déterminé sur la base des calculs. Ces informations peuvent être saisies dans un logiciel informatique pour décrire des éléments tels que la fonction d’onde, qui peut être utilisée pour créer des modèles d’autres caractéristiques physiques de la molécule. Les chimistes peuvent voir un modèle des orbitales de la molécule, commencer à prédire les structures expérimentales et examiner l’énergie de la molécule.
L’utilisation ab initio permet aux chimistes d’examiner les propriétés physiques d’une substance et d’utiliser l’équation de Schrödinger pour découvrir les caractéristiques physiques des molécules. Cela inclut des éléments tels que la géométrie des molécules, le moment dipolaire et l’énergie d’une réaction. Les fréquences vibratoires, la vitesse de réaction et l’énergie libre peuvent également être trouvées en utilisant ab initio. Étant donné que ces caractéristiques physiques sont extrêmement difficiles à résoudre, il est nécessaire que les chimistes informaticiens les simplifient suffisamment pour que les caractéristiques physiques puissent être trouvées et toujours exactes.
La mécanique moléculaire est une méthode de chimie computationnelle utilisée dans les expériences et les applications de biochimie. Cette méthode peut être utilisée pour des structures plus grandes telles que les enzymes et repose sur la physique traditionnelle, mais n’est pas capable de calculer les propriétés électroniques des substances. Le domaine de la chimie computationnelle est en constante évolution à mesure que la technologie progresse et que de nouvelles théories sont développées.
Ces techniques permettent aux chimistes d’examiner des structures qui seraient presque impossibles à examiner autrement, en raison de leur taille extrêmement petite. Les nanoparticules, qui sont plus petites que les atomes, peuvent être modélisées pour être utilisées dans des applications telles que l’électronique, les explosifs et la médecine. Étant donné qu’une grande partie de la chimie computationnelle est basée sur la modélisation de propriétés connues, il y a place à l’erreur dans ces expériences. C’est pourquoi une formation et des connaissances avancées en chimie et en recherche sont nécessaires pour travailler en chimie computationnelle.