Вычислительная химия
Вычислительная химия (англ. Computational chemistry, часто называется также компьютерной химией, но последняя является более широким понятием и включает в себя еще другие дисциплины) — раздел химии, который использует принципы информатики для решения химических задач. Вычислительная химия использует результаты теоретической химии, включенные в компьютерные программы для расчетов химической структуры, химических и физических свойств веществ и их смесей в различных агрегатных состояниях. Обычно результаты вычислительной химии дополняют информацию, полученную химическими и физическими экспериментами, хотя часто она используется для предсказания свойств и химических явлений, еще не наблюдавшихся экспериментально. Вычислительная химия широко используется для разработки новых лекарств и материалов.
Методы[править]
Одна молекулярная формула может отображать огромное количество различных изомеров. Ситуация осложняется также существованием большого количества конформеров. Каждая такая структура (стабильная) имеет локальный минимум на энергетической поверхности (так называемой поверхности потенциальной энергии (ППЭ)), то есть поверхности зависимости суммарной энергии (то есть электрической энергии плюс энергии отталкивания между ядрами) от координат всех ядер этой структуры. Стационарной точкой является такая геометрия, при которой все производные энергии по отношению ко всем возможным смещениям ядра равны нулю. Локальный минимум, что лежит ниже на ППЭ среди всех других, называется такая стационарная точка, в которой все такие смещения приводят к росту энергии. Локальный минимум, лежащий низже на ППЭ среди всех, называется глобальный минимум и относится к стойкой конфигурации ядер, а следовательно к стойкому изомеру. Если только одно изменение по координате приводит к уменьшению общей энергии в обоих направлениях, то такая стационарная точка называется переходным состоянием, а координата — координатой реакцией. Процесс выявления стационарной точки (точек) называется оптимизацией геометрии.
В последние 10 лет успешно развивается метод компьютерного моделирования кристаллических структур USPEX. Метод позволяет предусматривать кристаллическую структуру при произвольных P-T условиях, исходя из знания только химического состава вещества. Слепое тестирование сложных немолекулярных неорганических структур показало преимущества эволюционного метода USPEX в большинстве тестов по сравнению с методами случайной выборки и симуляции отжига[1]. Код USPEX базируется на эффективном эволюционном алгоритме, разработанном группой профессора А. Оганова. Кроме того, в коде реализованы альтернативные методы (случайный поиск, метадинамика, улучшенный алгоритм оптимизации роя частиц) и методы поиска механизмов преобразования кристаллических структур[2]. Этим методом был теоретически предсказан целый ряд новых материалов[3].
Источники[править]
Литература[править]
- Тим Кларк. Компьютерная химия. Практическое руководство по расчетам структуры и энергии молекулы. — М. : Мир, 1990. — 385 стр.
- Christopher J. Cramer Essentials of Computational Chemistry, John Wiley & Sons (2002) (англ.)
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||