Química teórica

La química teórica es la aplicación de métodos no experimentales (generalmente matemáticos o de simulación por computadora ) para explicar o predecir fenómenos químicos . Por lo tanto, se trata principalmente con el desarrollo o desarrollo de métodos por los cuales los químicos y físicos propiedades de la materia se pueden calcular, así como su aplicación técnica computadora a través de programas sobre todo en Fortran o C . Los programas informáticos desarrollados se utilizan luego en el marco de la química computacional no solo por representantes de la química teórica, sino también por otras áreas de la química para apoyar la solución de problemas químicos. También se exploran nuevos enfoques para la interpretación de los resultados.

Métodos ab initio

Los métodos basados ​​en la ecuación de Schrödinger o su extensión relativista ( ecuación de Dirac ) contienen solo constantes naturales como parámetros y, por lo tanto, se denominan métodos ab initio . Estos métodos están mejor fundamentados científicamente, pero solo se pueden aplicar a sistemas relativamente pequeños con relativamente pocos átomos si se desean resultados cuantitativamente precisos. Esto se debe al hecho de que la ecuación de Schrödinger o Dirac solo se puede resolver analíticamente para algunos sistemas triviales de un electrón y, por lo demás, son necesarias soluciones aproximadas que, sin embargo, rápidamente consumen demasiada potencia de cálculo al aumentar el tamaño del sistema. Los programas informáticos para el cálculo ab initio de estructuras químicas son, por ejemplo, GAUSSIAN y GAMESS .

La ecuación de Schrödinger es una ecuación de valor propio (ecuación diferencial parcial) y tiene la siguiente forma:

${\ Displaystyle {\ text {Operador}} \ cdot {\ text {Función propia}} = {\ text {Valor propio}} \ cdot {\ text {Función propia}}}$.

En el caso independiente del tiempo, este consiste en el llamado operador de Hamilton Ĥ, la función de onda y la energía total E del sistema, donde ${\ Displaystyle \ Psi}$

${\ Displaystyle {\ hat {H}} \ Psi = E \ Psi}$

se aplica. El (bien conocido) operador de Hamilton describe las energías cinética y potencial de las partículas involucradas ( electrones y núcleos atómicos ). Actúa sobre la función de onda (desconocida) . El cuadrado del valor absoluto de , se interpreta como la densidad de probabilidad de las partículas involucradas en el sistema. Si se conoce, todas las propiedades de un sistema se pueden calcular con relativa facilidad como valores esperados utilizando el operador asignado a la propiedad respectiva. ${\ Displaystyle \ Psi}$${\ Displaystyle \ Psi}$${\ Displaystyle \ Psi \ Psi ^ {*}}$${\ Displaystyle \ Psi}$

Aproximación de Born-Oppenheimer

Debido a la gran diferencia de masa entre los electrones y los núcleos atómicos, el movimiento de los núcleos atómicos generalmente se puede separar en una muy buena aproximación, por lo que después de una mayor separación de la traslación del sistema general, se obtiene una ecuación de Kernschrödinger, que describe la oscilación. y rotación del sistema, por ejemplo de una molécula . Lo que queda es la ecuación electrónica de Schrödinger, que se puede resolver punto por punto para núcleos atómicos fijos. Las energías (electrónicas) resultantes fluyen hacia la ecuación de Kernschrödinger.

Cualitativamente, esto significa que los electrones se mueven en el potencial del núcleo atómico y se ajustan instantáneamente a los cambios en la geometría del núcleo. Esta aproximación encuentra su límite donde un pequeño cambio en la geometría del núcleo se asocia con un gran cambio en la estructura electrónica. Tales situaciones se encuentran ocasionalmente en ciertas geometrías de moléculas tetratómicas o incluso más grandes, especialmente cuando estas están en un estado excitado electrónicamente.

La aproximación de Born-Oppenheimer permite la idea de que las moléculas tienen una geometría de equilibrio alrededor de la cual oscilan sus átomos. Matemáticamente, la aproximación de Born-Oppenheimer significa que en la ecuación electrónica de Schrödinger el término para la energía cinética de los núcleos se establece en cero y el término para la energía potencial de la interacción núcleo-núcleo se convierte en un parámetro que está determinado por la ley de Coulomb y se determina la disposición elegida de los núcleos atómicos.

La solución de la ecuación general de Schrödinger, que también incluye la energía cinética de los núcleos, solo es prácticamente posible para el sistema más pequeño, la molécula de hidrógeno. En cambio, la ecuación electrónica de Schrödinger se resuelve primero en dos pasos en geometrías de núcleo seleccionadas, luego se busca una solución analítica aproximada de la hipersuperficie energética basada en estos datos y luego se inserta en la ecuación de Kernschrödinger. Debe decirse que la ecuación de Kernschrödinger se resuelve comparativamente raras veces, porque por razones de tiempo uno tiene que limitarse a unos pocos grados de libertad del sistema (un sistema de N átomos tiene 3N-6 grados de libertad, moléculas dispuestas linealmente 3N- 5) y también existen posibilidades para calcular cantidades tales como las frecuencias de oscilación de moléculas de otras formas con una buena aproximación (ver más abajo en el cálculo de propiedades físicas)

Método Hartree-Fock

El cálculo de Hartree-Fock es un método ab initio de química teórica para aproximar propiedades de sistemas de múltiples electrones que ya no pueden resolverse analíticamente. Lleva el nombre de Douglas Rayner Hartree y Wladimir Alexandrowitsch Fock . Con este método, la función de onda se aplica aproximadamente como un determinante de las funciones de un electrón (los llamados orbitales ), por lo que estos a su vez se aplican generalmente como una combinación lineal de las llamadas funciones de base (generalmente centradas en el átomo) con coeficientes desconocidos. El valor de energía esperado de esta función de onda determinante se minimiza utilizando el principio de variación de Ritz , con los coeficientes de las funciones base actuando como parámetros de variación. La solución de la ecuación de Hartree-Fock se reduce en última instancia al cálculo de integrales sobre las funciones base y la diagonalización de una matriz. En contraste con la resolución de ecuaciones diferenciales de varias variables, estas operaciones aritméticas se pueden resolver de manera muy eficiente con computadoras. En los llamados sistemas de capa abierta, en lugar de un determinante, también pueden ocurrir combinaciones lineales de determinantes con coeficientes dados por simetría para respetar la simetría.

En el método Hartree-Fock, los electrones se mueven en el campo medio de los otros electrones. Sin embargo, al utilizar el potencial promediado , se desprecia la correlación de electrones , es decir, la interacción precisa de los electrones entre sí. Por lo tanto, la energía de Hartree-Fock nunca alcanza el valor exacto, incluso si se utiliza un conjunto de bases infinitamente grande (el llamado límite de Hartree-Fock).

Funciones de onda SCF de configuración múltiple

En algunos casos no es suficiente utilizar la función de onda como determinante (o con varios pero con coeficientes fijos determinados por simetría) para captar correctamente el sistema cualitativamente. Se habla de los denominados sistemas de referencias múltiples. En cambio, deben identificarse los determinantes relevantes que son necesarios para una descripción cualitativamente correcta del sistema y cuyos coeficientes deben optimizarse junto con los orbitales. Este procedimiento es a menudo necesario cuando se describen estados excitados electrónicamente, ya que aquí un determinante a menudo no puede proporcionar una descripción cualitativamente correcta. Sin embargo, también hay moléculas cuyo estado fundamental solo puede describirse cualitativamente correctamente mediante varios determinantes, p. B. sistemas birradicales. La selección dirigida de estos determinantes resulta difícil y también depende en cierta medida de la geometría de la molécula considerada. Por lo tanto, a menudo no se consideran determinantes individuales, sino en primer lugar los orbitales particularmente relevantes, por ejemplo, los ocupados (energéticamente) más altos y los desocupados más bajos, en el caso más simple HOMO y LUMO . Luego se tienen en cuenta todos los determinantes que se pueden generar reemplazando los orbitales ocupados (considerados) por aquellos que están desocupados. Este enfoque se denomina Campo Autoconsistente de Espacio Activo Completo (CASSCF). Debido al número cada vez mayor de determinantes a tener en cuenta, el número máximo de orbitales a tener en cuenta se limita a aproximadamente 12-16.

Cálculos correlacionados

La precisión de las soluciones Hartree-Fock o MCSCF / CASSCF generalmente no es lo suficientemente alta como para que luego se lleve a cabo un cálculo correlacionado. Se utilizan los orbitales desocupados resultantes de la ecuación MCSCF. El número de orbitales calculados corresponde al número de funciones básicas utilizadas y suele ser significativamente mayor que el número de orbitales ocupados que forman parte de la función de onda Hartree-Fock o MCSCF. En principio, los métodos correlacionados utilizan la función de onda como una combinación lineal de determinantes con la función de onda de Hartree-Fock como determinante principal (coeficiente grande). Otros determinantes se forman reemplazando los orbitales ocupados por orbitales desocupados (las llamadas excitaciones).

Con los métodos correlacionados, en el caso de referencia única se utiliza la teoría de la perturbación , especialmente la ( teoría de la perturbación de Møller-Plesset ), la interacción de configuración o los enfoques de clúster acoplado (CC), con métodos de referencias múltiples o la interacción de configuración de referencias múltiples Método MRCI que ha favorecido la teoría de perturbación de referencias múltiples o enfoques de conglomerados acoplados de referencias múltiples.

Como regla general, en todos los métodos solo se tienen en cuenta las excitaciones simples y dobles con respecto a la función de onda de referencia, por lo que, debido a la naturaleza del enfoque de agrupamiento acoplado, también se tienen en cuenta aquí ciertas clases de excitaciones superiores. En el enfoque de grupo acoplado, esto se conoce como CCSD (S para simple, D para doble según el número de excitaciones en el enfoque). El enfoque de clúster acoplado fue desarrollado por Hermann Kümmel y Fritz Coester en física nuclear a fines de la década de 1950 y aplicado en química cuántica desde la década de 1960 ( Jiři Čížek , Josef Paldus ).

En el método de interacción de configuración , en primer lugar, con respecto a la función de onda de referencia (SCF o MCSCF / CASSCF), p. Ej. B. todas las excitaciones simples y dobles se generan reemplazando uno o dos orbitales ocupados con el número correspondiente de orbitales desocupados. La función de onda CI se establece como una combinación lineal de todos estos determinantes y los coeficientes correspondientes (CI) de los determinantes se determinan de modo que la energía resultante sea mínima (lo más negativa posible). Por lo general, solo se tienen en cuenta las excitaciones simples y dobles. Un caso especial es el denominado CI completo, en el que se generan todas las sugerencias posibles. Sin embargo, los cálculos de CI completo son tan complejos que solo se pueden realizar como referencia para sistemas pequeños. El método MRCI (SD) se considera muy preciso tanto para las propiedades como para la energía absoluta del estado fundamental y las diferencias de energía con los estados excitados electrónicamente. Los métodos de IC de referencia única, especialmente IC (SD), por otro lado, se consideran imprecisos debido a la falta de consistencia de tamaño. Por ejemplo, la consistencia de tamaño significaría que dos moléculas de hidrógeno que están muy separadas entre sí entregan la misma energía total que el doble de la energía calculada para una sola molécula de hidrógeno. Debido a la falta de excitaciones triples y cuádruples en el primer caso, el resultado en el segundo caso es mucho más negativo. En principio, esto también se aplica a MRCI (SD), pero el enfoque de referencias múltiples compensa una gran parte del error.

En el caso de los cálculos de perturbación, el operador de Hamilton se divide como la suma de un operador no perturbado y un operador de perturbación, por lo que la perturbación debe ser "pequeña". Se conocen las soluciones de valores propios del operador no perturbado . En los cálculos de perturbaciones correlacionadas, se utiliza el operador que tiene las funciones de onda Hartree-Fock o MCSCF / CASSCF para la solución. luego resulta como la diferencia con el operador real de Hamilton del sistema. La metodología MP2 o MP4 (SDQ) se utiliza a menudo en el caso de referencia única, el método denominado CASPT2 (con una función de onda CASSCF como función de onda de referencia) en el caso de referencias múltiples y, más raramente, el método CASPT3 . ${\ Displaystyle {\ hat {H}}}$${\ displaystyle {\ hat {H}} ^ {0}}$${\ Displaystyle {\ hat {H}} ^ {1}}$${\ displaystyle {\ hat {H}} ^ {0}}$${\ displaystyle {\ hat {H}} ^ {0}}$${\ Displaystyle {\ hat {H}} ^ {1}}$

Al resolver la ecuación de perturbación, el resultado es que la parte perturbada se divide en una función de onda de primer orden, segundo orden, etc., siendo la función de onda total la suma de las funciones de onda no perturbadas y perturbadas. El esfuerzo computacional aumenta significativamente con cada corrección adicional. Sin embargo, no es necesario que la serie converja al resultado exacto; Esto significa que no hay garantía de que la función de onda calculada y la energía / propiedades asociadas mejoren cada vez más con un esfuerzo creciente. De hecho, a veces se observan oscilaciones alrededor del valor exacto o una divergencia de los resultados.

En el enfoque de agrupamiento acoplado, la función de onda se representa como. Por un lado, esto garantiza la consistencia de tamaño del método y, por otro lado, significa que también se registran ciertos tipos superiores de excitación. Los cálculos de conglomerados acoplados del tipo CCSD (T) se consideran muy precisos. La función de onda no está disponible aquí en forma cerrada, por lo que las propiedades deben calcularse de una manera diferente, para lo cual existen procedimientos correspondientes. ${\ Displaystyle \ psi = \ exp (T) \ psi (0)}$

El método de interacción de configuración es variacional, es decir, la energía calculada es siempre mayor que la energía exacta. Sin embargo, esto no se aplica a la teoría de perturbaciones o al enfoque de agrupamiento acoplado. Sin embargo, a diferencia del método de CI, la teoría de la perturbación y el enfoque de agrupamiento acoplado son de tamaño uniforme. La consistencia de tamaño significa que la energía resultante del cálculo de un supersistema de dos moléculas (idénticas) que prácticamente no interactúan entre sí debido a la gran distancia seleccionada debe ser igual al doble de la energía calculada de una sola molécula. Debido a esta deficiencia del método de IC, en la actualidad apenas existen cálculos de IC basados ​​en cálculos de Hartree-Fock (de referencia única), mientras que los cálculos de MRCI (SD) se consideran muy precisos. Los cálculos de CI completo, en los que se tienen en cuenta todas las posibles sugerencias en el espacio orbital con respecto a la función SCF o MCSCF, son, como caso especial, tanto variacionales como consistentes en tamaño, pero con mucho los más costosos.

El esfuerzo involucrado en la realización de métodos correlacionados no aumenta linealmente con el tamaño de la molécula, sino que se encuentra entre y con los métodos comúnmente utilizados , donde N es una medida del tamaño de la molécula (por ejemplo, el número de funciones básicas). Esto se puede atribuir a la deslocalización de los orbitales, es decir. H. más o menos repartidos por toda la molécula. Sin embargo, los orbitales resultantes del cálculo de Hartree-Fock se pueden localizar relativamente bien utilizando varios métodos. Los métodos de correlación que utilizan estos orbitales localizados prometen una reducción significativa en el comportamiento de escala anterior con el tamaño molecular y se están investigando intensamente. El problema central aquí es que los orbitales realmente locales tienen que ser "recortados", lo que significa que los orbitales locales no son estrictamente ortogonales entre sí, por lo que la integral sobre dos de esos orbitales es ligeramente diferente de cero. ${\ Displaystyle N ^ {5}}$${\ Displaystyle N ^ {7}}$

Además de los métodos basados ​​en orbitales moleculares discutidos aquí, los cálculos correlacionados también se pueden representar utilizando la teoría de la estructura de valencia (teoría VB) (por ejemplo, VBSCF, BOVB). Esto tiene la ventaja de que los resultados son fáciles de interpretar químicamente.

Métodos semi-empíricos

En los llamados métodos semi-empíricos, las aproximaciones generalmente se introducen al nivel de la matriz de Hartree-Fock, ya sea despreciando ciertas cantidades (integrales) en la ecuación matricial o reemplazándolas con parámetros. Los parámetros se definen mediante valores determinados experimentalmente o se ajustan a un conjunto de entrenamiento. Un conjunto de entrenamiento de este tipo generalmente consta de cantidades (determinadas experimentalmente o con muy buenos métodos de cálculo) como longitudes de enlace, momentos dipolares, etc. de una serie de moléculas que se deben reproducir lo mejor posible variando los parámetros libres. Los métodos semiempíricos pueden tratar con sistemas con (al menos) varios cientos de átomos. Dado que los parámetros empíricos pueden tener en cuenta implícitamente los efectos de correlación, los métodos semiempíricos no solo deben ser más rápidos sino también más precisos que los cálculos de Hartree-Fock. Sin embargo, la precisión esperada depende en gran medida de qué tan similar sea la molécula a calcular al conjunto de entrenamiento. Por lo general, se utiliza un conjunto de bases mínimo con funciones de base similares a Slater y solo se tienen en cuenta explícitamente los electrones de valencia. Por tanto, el modelado de la repulsión núcleo-núcleo, que también debe considerar paramétricamente la interacción de los electrones de las capas internas, es de gran importancia. El modelo semi-empírico está determinado por las aproximaciones utilizadas (es decir, qué integrales se ignoran) y cómo se evalúan / parametrizan las integrales restantes. Los tres modelos más comunes son la negligencia completa de la superposición diferencial (CNDO), la negligencia intermedia de la superposición diferencial (INDO) y la negligencia de la superposición diatómica diferencial (NDDO).

El enfoque semiempírico más simple es la aproximación de Hückel , ya que no calcula integrales. Sin embargo, solo es aplicable a sistemas de electrones π. La teoría se extendió más tarde a los sistemas σ (Teoría extendida de Hückel, EHT).

Densidad funcional

La teoría funcional de la densidad (DFT) hace uso del hecho de que la descripción del estado fundamental requiere la densidad de electrones, independientemente del número de electrones, en función de sólo tres variables de posición; si es necesario, la densidad de giro se agrega como una variable adicional . La base es el teorema de Hohenberg-Kohn . La energía total del sistema está vinculada principalmente a la densidad a través de un funcional . Sin embargo, existe el problema de que la función exacta no se conoce para la mayoría de las aplicaciones y, por lo tanto, son necesarias aproximaciones. En la práctica, por lo tanto, la elección de un funcional aproximado adecuado es crucial para la precisión. La mayoría de los métodos de DFT modernos se basan en el enfoque de Kohn-Sham, que se basa en el uso de un determinante de Slater. Los funcionales de densidad actuales logran la precisión de los métodos ab initio correlacionados simples (como la teoría de perturbaciones de segundo orden) y pueden usarse para sistemas con hasta aproximadamente 1000 átomos. Los cálculos de DFT se utilizan a menudo para optimizar la geometría de las moléculas. La mejora sistemática es menos pronunciada que con los métodos ab initio, pero con la llamada escalera de Jacob se ha establecido una especie de jerarquía de métodos DFT. Con respecto a la aplicación de métodos químicos cuánticos a problemas químicos, la teoría de la función de densidad es de considerable importancia. Ahora se usa ampliamente en la investigación industrial y académica. Esto fue reconocido sobre todo por la concesión del Premio Nobel de Química a Walter Kohn en 1998.

Campos de fuerza

En los llamados métodos de campo de fuerza , por otro lado, se recurre a una forma clásica de pensar, según la cual los átomos en las moléculas están conectados entre sí por pequeños resortes con ciertas constantes de resorte, que también describen el cambio en ángulos de unión y de torsión (modelo de bola-resorte) En términos generales, los campos de fuerza son una parametrización de la energía potencial . El hecho de que en química se distinga entre diferentes configuraciones e incluso conformaciones muestra que los núcleos atómicos no tienen propiedades cuánticas muy significativas con respecto a los problemas químicos. Esto se utiliza en métodos de campo de fuerza o mecánica molecular. Estos métodos son particularmente adecuados para (bio) moléculas muy grandes que no se pueden dominar con otros métodos, y se utilizan principalmente para optimizar su geometría o para simulaciones dinámicas. Sin embargo, los parámetros correspondientes (constantes de resorte) deben determinarse para un gran número de posibles combinaciones de átomos (dos para enlaces, tres para ángulos de enlace, cuatro para ángulos de torsión). También se tienen en cuenta las cargas (parciales) de los átomos y su interacción electrostática entre sí. Los diferentes métodos de campo de fuerza difieren en la forma funcional de la interacción y en la forma en que se determinan los parámetros.

Un prejuicio que se encuentra a menudo entre los expertos en química teórica es que la descripción de las roturas de enlaces utilizando métodos de campo de fuerza es intrínsecamente problemática o incluso imposible. Este prejuicio no es ni sustancial ni históricamente correcto. Se basa en dos supuestos de modelos que se utilizan con frecuencia pero que son arbitrarios y poco realistas: (1) El modelado de un enlace mediante un resorte (oscilador armónico); esto se puede reemplazar por un modelado más realista con un resorte, que también puede romperse cuando se estira en mayor medida (oscilador anarmónico, por ejemplo, oscilador Morse); (2) La suposición simplista de que los átomos no cambian el tipo y número de sus vecinos más cercanos (definición de los llamados tipos de átomos); esta suposición puede descartarse sin reemplazo. La objeción adicional que se plantea con frecuencia de que una rotura de enlace no puede describirse de forma clásica-mecánica, sino sólo de forma cuántica-mecánica, debido a la descripción esencial correcta de los electrones, es correcta, pero al mismo tiempo irrelevante. En un campo de fuerza del tipo al que se hace referencia aquí, no hay una descripción explícita de los electrones ni tampoco una mecánica clásica; es sólo una función de aproximación de los resultados de un tratamiento mecánico cuántico de los electrones. Si se utiliza el modelo más realista mencionado, se obtiene un campo de fuerza reactiva. Algunos de los primeros artículos muy citados sobre dinámica molecular clásica (ver más abajo) ya usaban campos de fuerza reactiva. Esto se olvidó un poco debido al uso generalizado posterior de algunos campos de fuerza no reactivos.

Los métodos de campo de fuerza no reactivo pueden responder a muchas preguntas de conformación; Las reacciones químicas también se pueden describir con campos de fuerza reactivos. Los campos de fuerza se utilizan, por ejemplo, en dinámica molecular clásica .

Cálculo de propiedades físicas.

Un operador químico cuántico se asigna a las propiedades físicas de un sistema, como su momento dipolar . Si se conoce la función de onda , la propiedad se puede calcular como un valor esperado utilizando el operador, es decir, el momento dipolar como . Además, la propiedad también se puede determinar como una derivada única o múltiple de la energía electrónica del sistema según determinadas cantidades que dependen de la propiedad física. El último método también se puede utilizar si la función de onda no se conoce explícitamente ( por ejemplo, con el enfoque de agrupamiento acoplado ) y, a diferencia del primer método, no se limita a la geometría de equilibrio. ${\ Displaystyle \ mu}$ ${\ Displaystyle \ Psi}$${\ Displaystyle \ int \ Psi ^ {*} \ mu \ Psi \ mathrm {d} \ tau}$

Optimización de geometría

Dado que la solución de la ecuación de Schrödinger dentro de la aproximación de Born-Oppenheimer solo es posible punto por punto, es decir, para geometrías discretas, y una solución suficientemente precisa para una geometría ya está asociada con un alto esfuerzo computacional, una subrama de la química teórica se ocupa de con el establecimiento de algoritmos con los que se pueden encontrar geometrías excelentes con el menor esfuerzo computacional posible. Excelentes geometrías son, por ejemplo, la geometría de equilibrio (mínimo energético) y, en reacciones químicas, el estado de transición como punto de silla en la coordenada de reacción. La diferencia de energía entre los eductos y el estado de transición determina la energía de activación de la reacción, la diferencia de energía entre los eductos y los productos determina la energía de reacción. A menudo se utilizan métodos en los que, además de la energía en un punto, se calcula su primera derivada y se estima la segunda derivada.

Simulación de reacciones químicas.

Para simular reacciones químicas, generalmente es necesaria una representación analítica de las hipersuperficies de energía involucradas en el área relevante de las posibles geometrías del sistema en consideración (por ejemplo, una molécula), es decir, una función analítica que determina la energía del sistema. en función de su geometría se reproduce. Para ello, se calcula la energía asociada para cada área sobre determinadas geometrías diferenciadas y, en base a esto, se determina una representación analítica aproximada del área, para lo cual existen diferentes enfoques. Dado que el número de grados internos de libertad de un sistema que consta de N átomos es 3N-6 (moléculas lineales 3N-5), solo se puede calcular una hipersuperficie de energía completa, es decir, una que tenga en cuenta todos los grados de libertad del sistema. durante tres a un máximo de cuatro átomos se convierten en moléculas. En el caso de sistemas más grandes, se debe realizar una selección de los parámetros de geometría relevantes (es decir, generalmente ciertas longitudes de enlace, ángulos o ángulos de torsión), con los valores de los parámetros de geometría restantes optimizados energéticamente para las geometrías adjudicadas. Una vez que las superficies están disponibles en forma analítica, se puede resolver la ecuación de Kernschrödinger y se puede simular el progreso de la reacción química en la computadora. También hay varios enfoques para esto. Un ejemplo ilustrativo fue z. B. la simulación del experimento de Miller-Urey utilizando nanorreactores ab initio.

Esquemas explicativos cualitativos

Especialmente en los primeros días de la química teórica, se establecieron una serie de esquemas explicativos con la ayuda de los cuales se podían explicar cualitativamente varios aspectos. Un ejemplo es la llamada teoría VSEPR , que se puede utilizar para predecir la geometría de moléculas simples con un átomo central. Pero también se han desarrollado recientemente nuevos conceptos, como la función de localización de electrones (ELF) o el concepto topológico de Richard Bader (átomos en moléculas 1990). ELF es un método para hacer visibles los enlaces químicos. Se basa en la densidad de pares de dos electrones con el mismo espín (misma densidad de probabilidad del par de espines). Las ubicaciones con una densidad de pares baja están asociadas con una localidad alta de un electrón y topológicamente con un enlace químico. ELF se puede calcular prácticamente a nivel de HF y DFT. El método de Bader utiliza la primera y segunda derivada de la densidad electrónica de acuerdo con las coordenadas espaciales para crear una conexión con ideas intuitivas como los enlaces químicos.

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Ver también

• Categoría: Químico Teórico

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enlaces web

Wikcionario: química teórica  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones