Kvantumkémiai

Kvantumkémia egy olyan tudományág a kémiában, amely a kvantmechanika elveit alkalmazza molekulák és anyagi rendszerek elektronstruktúrájának, energiaszintjeinek és reakcióinak leírására. A terület gyakran a környezet és a magok kölcsönhatásainak figyelembevételével, a Born–Oppenheimer-közelítésre épül, és elektronikus szerkezetre, potenciálenergia-szintekre és spektrumokra vonatkozó előrejelzéseket ad.

Az alapvető módszerek közé tartoznak a kvantum-kémiai eljárások: ab initio módszerek, például Hartree–Fock (HF) és post-HF módszerek (MP2, CCSD, CCSD(T)); valamint a sűrűségfüggvény-elmélet (DFT) és időfüggő DFT (TD-DFT) a kísérleti spektrumok és excited állapotok vizsgálatára. Ezek a módszerek különböző kompromisszumokat kínálnak a pontosság és a számítási költség között, és gyakran kombinált megközelítéseket alkalmaznak.

Kvantumkémia kiemelten használható molekuláris geometria és rezgési spektrumok meghatározására, reakciós energiák és aktivációs gátak becslésére, elektron-spektroszkópiák előrejelzésére és fotokémiai vagy anyagtudományi rendszerek tulajdonságainak vizsgálatára. TD-DFT és EOM-CC típusú módszerek lehetővé teszik megkapni az előre jelzett excited állapotokat és azok tulajdonságait.

Jellemző kihívások közé tartozik a számítási költség gyors növekedése a rendszer méretének növekedésével, valamint a kiválasztott módszer és bázis-készlet hatása a pontosságra. Gyakran alkalmaznak implicit vagy explicit oldószer-modelleket, és QM/MM megközelítéseket a valós rendszerekre történő korlátozottabb számítások érdekében. A kvantumkémia továbbfejlődése számítástechnikai fejlesztésekkel és széleskörű szoftvertámogatással zajlik.