כימיה תאורטית
ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
כימיה תאורטית היא ענף רחב בכימיה ותת-תחום בפיזיקה כימית שבוחנת את האנרגיה, הדינמיקה והתגובתיות של מערכות כימיות וביולוגיות. היא שואפת להציע השערות והצדקות לתצפיות כימיות ובמקביל להעלות שאלות שניסויים עתידיים יכולים לספק להן מענה. בדרך כלל, פיזיקה, מתמטיקה וקודי מחשב הם התחומים והשיטות שמסבירים את כל ההיבטים של הכימיה: התכונות של חומרים, התכונות של יסודות ומולקולות והאינטראקציות שלהם, הדמיה של תופעות מולקולריות, או חיזוי התכונות של מולקולות.[1]
כימיה תאורטית למעשה קשורה לפיזיקה תאורטית ולכן זהו תחום מדעי מהמאה ה-19. מתחילת המאה ה-20, עם פיתוחה של משוואת שרדינגר והתאוריה הקוונטית להסבר אטומים, התפתחה מאוד ההבנה של אטומים ומולקולות וחומרים ברמה המיקרוסקופית, כמו כן הבנה של ריאקציות. דוגמאות להישגיה של הכימיה התאורטית נייטרינו ובוזון היגס, בוזונים ופרמיונים, ראקציות רדיקליות, כמו בפצצה גרעינית (דוגמאות אלו קשורות גם לפיזיקה תאורטית). כמו גם קצב הראקציה של קרמר, הסבר הדיפוזיה הנורמלית של איינשטיין, תאוריה של פולמרים, תאוריית מעברי הפאזות, רשתות (דוגמאות אלו קשורות גם לפיזיקה וביופיזיקה).
דרך שימוש במכניקת הקוונטים, במכניקה קלאסית ובמכניקה סטטיסטית, ובעזרת מגוון טכניקות, החל משיטות אמפיריות וסמי-אמפיריות (אמפיריות למחצה) ועד לכאלה המבוססות על כימיה קוונטית קומבינטורית, בהתאם לגודל ומורכבות המערכת הכימית, ניתן להסביר את המבנים והדינמיקה של מערכות כימיות, וכתוצאה, לתאם ולחזות את התכונות התרמודינמיות והקינטיות של המולקולות והמערכות.[2] באופן כללי, ניתן להבחין בין שתי מגמות בכימיה תאורטית:
- השימוש במחשב לפתרון משוואות מורכבות השולטות בהתנהגות המולקולרית, ועוזרות לדמות מולקולות ומאפייניהן.
- ניסוח משוואות שמתארות התנהגותם של חומרים או מערכות כימיות בשימוש במכניקה קלאסית או קוונטית, כגון קצבי תגובות כימיות ותכונות ספקטרליות. אינטראקציה כימית מתרחשת בין מולקולות שניתן לתאר באמצעות תופעות קוונטיות. לפיכך, הנטייה הכללית היא להשתמש במונח "כימיה תאורטית" כמילה נרדפת ליישומים מכניים קוונטיים בכימיה.