Kvantinė chemija

Kvantinė chemija – chemijos šaka, tirianti cheminių medžiagų sandarą, savybes, reakcingumą bei reakcijų mechanizmus remiantis kvantinės mechanikos principais. Pagrindiniai tyrimai šioje srityje atliekami panaudojant skaičiavimus, pagrįstus apytiksliais Šredingerio lygties sprendimais. Jais remiantis galima nustatyti molekulės energetinius lygmenis bei kitas chemines arba fizikines savybes (pvz., krūvio pasiskirstymą, laidumą, optinius spektrus).

Elektroninė struktūra

Kvantinės chemijos skaičiavimai dažniausiai pradedami nuo atomų ar molekulių Šredingerio lygties (arba jos reliatyvistinės formos – Dirako lygties) su elektroniniu hamiltonianu sprendimo. Šis veiksmas dar vadinamas molekules elektroninės struktūros nustatymu. Galima teigti, kad molekules elektroninė struktūra iš esmės nulemia jos chemines savybes. Tikslų šios lygties sprendimą galima gauti tik vandenilio atomui. Kadangi visos kitos atominės ar molekulinės sistemos susideda iš didesnio nei 2 dalelių skaičiaus, jų Šredingerio lygčių sprendimui reikia taikyti apytikslius skaičiavimo metodus. Dažniausiai naudojami supaprastinimai bei skaičiavimo metodai:

• Borno-Openheimerio aproksimacija
• Hartrio-Foko metodas
• Molekulinių orbitalių (MO) metodas – pagrįstas atominių orbitalių tiesinėmis kombinacijomis (AOTK)
• Valentinio ryšio metodas
• Tankio funkcionalo teorija

Cheminė dinamika

Siekiant ištirti molekulių judėjimą reikia spręst Šredingerio lygtį su pilnu molekuliniu hamiltonianu. Tiesioginis šios lygties apskaičiavimas vadinamas kvantine molekuline dinamika. Tokie skaičiavimai yra labai brangus, taigi dažniausiai apsiribojama sistemų, sudarytų iš 3-6 atomų, apskaičiavimu.