Hesablama kimyası — kimyəvi sistemlərin quruluşunu, xüsusiyyətlərini və reaksiyalarını öyrənmək üçün riyazi modellərdən, nəzəri kimya üsullarından və kompüter simulyasiyalarından istifadə edən elmi sahə. Bu sahə kimya, fizika, riyaziyyat və informatikanın metodlarını birləşdirərək molekulların davranışını və kimyəvi prosesləri nəzəri və hesablama üsulları ilə izah edir. [1]Hesablama kimyası laboratoriya təcrübələrini tamamlayan və bəzən onları əvəz edən mühüm tədqiqat alətinə çevrilmişdir.
Hesablama kimyası molekulların enerjisini, elektron quruluşunu, kimyəvi rabitələrin xüsusiyyətlərini və reaksiyaların mexanizmlərini modelləşdirməyə imkan verir. Bu sahə xüsusilə materialşünaslıq, farmasevtika, kataliz və nanokimya kimi sahələrdə geniş tətbiq olunur.[2]
Hesablama kimyasının əsasları XX əsrin əvvəllərində kvant mexanikasının inkişafı ilə qoyulmuşdur. Elektronların və atomların davranışını izah edən nəzəri modellərin yaradılması kimyəvi sistemlərin riyazi üsullarla tədqiqinə imkan yaratdı.[3]
1920–1930-cu illərdə kvant mexanikasının kimyaya tətbiqi nəticəsində atom və molekulların elektron quruluşunun hesablanması mümkün oldu. Bu sahənin inkişafında nəzəri kimyaçılar mühüm rol oynamışdır.[4]
1960-cı illərdən etibarən kompüter texnologiyalarının inkişafı ilə molekulların və kimyəvi reaksiyaların modelləşdirilməsi daha geniş tətbiq olunmağa başladı. 1970–1980-ci illərdə yeni hesablama metodlarının yaranması hesablama kimyasını müstəqil elmi sahəyə çevirdi.[5]
1990-cı illərdən başlayaraq yüksək məhsuldarlıqlı hesablama sistemlərinin və xüsusi proqram paketlərinin inkişafı bu sahənin sürətli inkişafına səbəb oldu. Bu dövrdə böyük molekulyar sistemlərin modelləşdirilməsi və simulyasiyası mümkün oldu.[6]
Hesablama kimyası əsasən nəzəri kimyanın prinsiplərinə və riyazi modellərə əsaslanır. Bu sahədə kimyəvi sistemlərin xüsusiyyətləri fizika qanunlarına uyğun olaraq təsvir edilir.[7]
Elektronların davranışı kvant mexanikası qanunları ilə izah olunur. Bu yanaşma molekulların elektron quruluşunu, kimyəvi rabitələri və reaksiyaların energetikasını hesablamağa imkan verir.
Bununla yanaşı, daha böyük molekulyar sistemlərin öyrənilməsi üçün klassik mexanika modellərindən də istifadə olunur. Bu modellər atomların və molekulların hərəkətini təxmini şəkildə təsvir etməyə kömək edir.[8]
Hesablama kimyasında müxtəlif nəzəri və riyazi metodlardan istifadə olunur. Bu metodlar kimyəvi sistemlərin mürəkkəbliyinə və tədqiqatın məqsədinə görə seçilir.[9]
Kvant kimyası metodları molekulların elektron quruluşunun hesablanmasına əsaslanır. Bu metodlar elektronların dalğa funksiyasını və enerji səviyyələrini müəyyənləşdirməyə imkan verir.
Bu yanaşma atom və molekulların sabitliyini, rabitələrin gücünü və kimyəvi reaksiyaların mexanizmini öyrənmək üçün istifadə olunur.
Molekulyar mexanika atomları klassik fizikanın qanunlarına uyğun olaraq modelləşdirir. Bu metodda atomlar kürəciklər, kimyəvi rabitələr isə yaylar kimi təsvir edilir.[10]
Bu yanaşma böyük biomolekulların, zülalların və polimerlərin quruluşunun modelləşdirilməsi üçün geniş istifadə olunur.
Molekulyar dinamika atomların və molekulların zaman daxilində hərəkətini simulyasiya edən üsuldur. Bu metod molekulların temperatur, təzyiq və digər fiziki şəraitlərdə necə davrandığını öyrənməyə imkan verir.[11]
Bu yanaşma xüsusilə biokimyəvi sistemlərin və materialların dinamik xüsusiyyətlərinin tədqiqində istifadə olunur.
Hesablama kimyasında müxtəlif proqram paketləri istifadə olunur. Bu proqramlar molekulyar quruluşların optimallaşdırılması, enerji hesablamaları və reaksiyaların modelləşdirilməsi üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Bu sahədə istifadə olunan proqram təminatına kvant kimyası proqramları, molekulyar dinamika simulyatorları və molekulyar vizuallaşdırma sistemləri daxildir. Bu proqramlar tədqiqatçılara mürəkkəb molekulyar sistemləri analiz etməyə və nəticələri vizual şəkildə təqdim etməyə imkan verir.[14]
- ↑ Parrill, Abby L.; Lipkowitz, Kenny B., redaktorlar Reviews in Computational Chemistry, Volume 31 (ingilis). 4 (1). Wiley. 19 oktyabr 2018. doi:10.1002/series6143. ISBN 978-1-119-51802-0.
- ↑ National Research Council (US) Committee on Challenges for the Chemical Sciences in the 21st Century, "Chemical Theory and Computer Modeling: From Computational Chemistry to Process Systems Engineering", Beyond the Molecular Frontier: Challenges for Chemistry and Chemical Engineering (ingilis), National Academies Press (US), 2003, İstifadə tarixi: 5 dekabr 2023
- ↑ Korobov, Vladimir I.; Karr, J.-Ph. "Rovibrational spin-averaged transitions in the hydrogen molecular ions". Physical Review A. 104 (3). 7 sentyabr 2021. arXiv:2107.14497. Bibcode:2021PhRvA.104c2806K. doi:10.1103/PhysRevA.104.032806.
- ↑ Nozières, Philippe. Theory of interacting Fermi systems. Advanced book classics. Cambridge, Mass: Perseus Publishing. 1997. ISBN 978-0-201-32824-0.
- ↑ Willems, Henriëtte; De Cesco, Stephane; Svensson, Fredrik. "Computational Chemistry on a Budget: Supporting Drug Discovery with Limited Resources: Miniperspective". Journal of Medicinal Chemistry (ingilis). 63 (18). 24 sentyabr 2020: 10158–10169. doi:10.1021/acs.jmedchem.9b02126. ISSN 0022-2623. PMID 32298123 (#bad_pmid).
- ↑ Cramer, Christopher J. Essentials of computational chemistry: theories and models. Chichester: Wiley. 2014. ISBN 978-0-470-09182-1.
- ↑ Patel, Prajay; Melin, Timothé R. L.; North, Sasha C.; Wilson, Angela K., Dixon, David A. (redaktor), "Chapter Four - Ab initio composite methodologies: Their significance for the chemistry community", Annual Reports in Computational Chemistry, Elsevier, 17, 1 yanvar 2021, 113–161, doi:10.1016/bs.arcc.2021.09.002, İstifadə tarixi: 3 dekabr 2023
- ↑ Heitler, W.; London, F. "Wechselwirkung neutraler Atome und homöopolare Bindung nach der Quantenmechanik". Zeitschrift für Physik (alman). 44 (6). 1 iyun 1927: 455–472. Bibcode:1927ZPhy...44..455H. doi:10.1007/BF01397394. ISSN 0044-3328.
- ↑ Pauling, Linus; Wilson, Edgar Bright. Introduction to quantum mechanics: with applications to chemistry. New York: Dover publications. 1985. ISBN 978-0-486-64871-2.
- ↑ Heitler, W. Elementary Wave Mechanics with Applications to Quantum Chemistry (English) (2). Oxford University Press. 1 yanvar 1956. ISBN 978-0-19-851103-8.
- ↑ Coulson, Charles Alfred; McWeeny, Roy. Coulson's valence. Oxford science publications (3rd). Oxford New York Toronto [etc.]: Oxford university press. 1991. ISBN 978-0-19-855145-4.
- ↑ Roothaan, C. C. J. "New Developments in Molecular Orbital Theory". Reviews of Modern Physics. 23 (2). 1 aprel 1951: 69–89. Bibcode:1951RvMP...23...69R. doi:10.1103/RevModPhys.23.69.
- ↑ Ruedenberg, Klaus. "Free-Electron Network Model for Conjugated Systems. V. Energies and Electron Distributions in the FE MO Model and in the LCAO MO Model". The Journal of Chemical Physics. 22 (11). 1 noyabr 1954: 1878–1894. Bibcode:1954JChPh..22.1878R. doi:10.1063/1.1739935. ISSN 0021-9606.
- ↑ Smith, S. J.; Sutcliffe, B. T. "The development of Computational Chemistry in the United Kingdom". Reviews in Computational Chemistry. 10. 1997: 271–316.