La química teórica reúne principios y conceptos comunes a todas las ramas de la química. En el marco de la química teórica, existe una sistematización de leyes, principios y reglas químicas, su refinamiento y detalle, la construcción de una jerarquía. El lugar central en la química teórica lo ocupa la doctrina de la interconexión de la estructura y propiedades de los sistemas moleculares. Utiliza métodos matemáticos y físicos para explicar las estructuras y la dinámica de los sistemas químicos y para correlacionar, comprender y predecir sus propiedades termodinámicas y cinéticas. En el sentido más general, es la explicación de fenómenos químicos mediante métodos de la física teórica . A diferencia de la física teórica, debido a la alta complejidad de los sistemas químicos, la química teórica, además de los métodos matemáticos aproximados, a menudo utiliza métodos semiempíricos y empíricos.
La química teórica moderna puede dividirse a grandes rasgos en el estudio de la estructura química y el estudio de la dinámica química. El primero incluye estudios de: estructura electrónica, superficies de energía potencial y campos de fuerza; movimiento vibratorio-rotacional; Propiedades de equilibrio de sistemas de fase condensada y macromoléculas. La dinámica química incluye: la cinética bimolecular y la teoría de colisión de reacciones y transferencia de energía; teoría de la tasa unimolecular y estados metaestables; Aspectos macromoleculares y de fase condensada de la dinámica.
La aplicación de la mecánica cuántica o interacciones fundamentales a problemas químicos y físico-químicos. Las propiedades espectroscópicas y magnéticas se encuentran entre las modeladas con mayor frecuencia.
La aplicación de la computación científica a la química, involucrando esquemas de aproximación como Hartree-Fock , post-Hartree-Fock , teoría funcional de la densidad , métodos semiempíricos (como PM3 ) o métodos de campo de fuerza . La forma molecular es la propiedad más frecuentemente predicha. Las computadoras también pueden predecir espectros vibratorios y acoplamiento vibrónico, pero también adquirir y Fourier transformar datos infrarrojos en información de frecuencia. La comparación con las vibraciones previstas respalda la forma prevista.
Aplicación de la mecánica clásica a la simulación del movimiento de los núcleos de un conjunto de átomos y moléculas. La reordenación de las moléculas dentro de un conjunto está controlada por las fuerzas de Van der Waals y promovida por la temperatura.
Discusión y predicción de la estructura molecular mediante métodos matemáticos sin hacer necesariamente referencia a la mecánica cuántica. La topología es una rama de las matemáticas que permite a los investigadores predecir propiedades de cuerpos flexibles de tamaño finito, como los cúmulos .
Históricamente, el principal campo de aplicación de la química teórica ha sido en los siguientes campos de investigación:
Física atómica : disciplina que se ocupa de los electrones y los núcleos atómicos.
Física molecular : La disciplina de los electrones que rodean los núcleos moleculares y del movimiento de los núcleos. Este término suele referirse al estudio de moléculas formadas por unos pocos átomos en fase gaseosa. Pero algunos consideran que la física molecular es también el estudio de las propiedades generales de los productos químicos en términos de moléculas.
Química física y física química : la química se investiga mediante métodos físicos como técnicas láser , microscopio de efecto túnel , etc. La distinción formal entre ambos campos es que la química física es una rama de la química, mientras que la física química es una rama de la física. En la práctica, esta distinción es bastante vaga.
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DJ Tannor, V. Kazakov y V. Orlov, Control de la ramificación fotoquímica: procedimientos novedosos para encontrar pulsos óptimos y límites superiores globales, en dinámica molecular cuántica dependiente del tiempo, J. Broeckhove y L. Lathouwers, eds., 347-360 (Plenum , 1992)
