kvantkeemiliste

Kvantkeemilised meetodid on keemia ja füüsikalise keemia valdkond, mis kasutab kvantmehaanikat molekulide elektronstruktuuri kirjeldamiseks. Nende abil hinnatakse molekulide geomeetriat, energiat, reaktiivsust ja spektriomadusi ning osutatakse olulist rolli nii teoreetilises kui ka eksperimentaalses töös. Põhineb Born–Oppenheimeri lähendusel: tuumad liiguvad elektronidest aeglasemalt, mis võimaldab elektronide Schrödingeri võrrandi eraldi lahendada. Kvantkeemilised meetodid jagunevad peamiselt ab initio meetodite, DFT ja semi-empiriliste meetodite hulka.

Ab initio meetodid püüavad elektronide koostööl lahendust võimalikult täpselt, kasutades Hartree–Fock'i ja nende järgnevaid post-HF lähendeid (MP2, CCSD(T)). DFT (density functional theory) on laialdaselt levinud tänu tasakaalu täpsuse ja arvutusliku kulu vahel; see kasutab elektronide tiheduse funktsioone ja Kohn–Sham võrrandeid. Semi-empirilised meetodid (nt PM3, AM1, PM6) maksimeerivad kiiruse, kasutades empiirilisi parameetreid.

Rakendused hõlmavad molekulaarsete optimeerimiste ja potensiaalenergia profiilide arvutamist, reaktsioonimehhanismide uurimist, vibraatori- ja elektronmassi spektrite prediktsioone ning materjalide omaduste hindamist. Kvantkeemilised meetodid on tugevalt seotud eksperimentaalse keemia ja materjaliteadusega ning neid pidevalt täiustatakse keerukamate funktsionaalide ja järjestikuste meetoditega.

Piirangud hõlmavad suurenevat arvutuslikku kulu ja raskusi skaala suurendamisel; valitud funktsionaalsus võib anda ebatäpseid energiaid ja geomeetriat. DFT-l võivad esineda piirangud dispersiooni ning elektronkorrelatsiooni kirjeldamisel ning mõningatel juhtudel ebatäpne ennustus võib sõltuda valitud meetodist.