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 las 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 las 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 los fenómenos químicos por métodos de la física teórica . A diferencia de la física teórica, en relación con la alta complejidad de los sistemas químicos, la química teórica, además de 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. La primera incluye estudios de: estructura electrónica, superficies de energía potencial y campos de fuerza; movimiento vibracional-rotacional; propiedades de equilibrio de sistemas de fase condensada y macromoléculas. La dinámica química incluye: cinética bimolecular y teoría de colisiones de reacciones y transferencia de energía; teoría de velocidad unimolecular y estados metaestables; aspectos de dinámica de fase condensada y macromolecular.
Aplicación de la mecánica cuántica o de las interacciones fundamentales a problemas químicos y fisicoquímicos. Las propiedades espectroscópicas y magnéticas se encuentran entre las más frecuentemente modeladas.
La aplicación de la computación científica a la química, que implica 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 predicha con mayor frecuencia. Las computadoras también pueden predecir espectros vibracionales y acoplamiento vibrónico, pero también adquirir y transformar datos infrarrojos en información de frecuencia. La comparación con las vibraciones predichas respalda la forma predicha.
Aplicación de la mecánica clásica para simular el movimiento de los núcleos de un conjunto de átomos y moléculas. La reorganización de las moléculas dentro de un conjunto está controlada por fuerzas de Van der Waals y promovida por la temperatura.
Modelado de superficies de energía potencial de interacción intra e intermolecular mediante potenciales, estos últimos generalmente se parametrizan a partir de cálculos ab initio.
Discusión y predicción de la estructura molecular mediante métodos matemáticos sin recurrir necesariamente a la mecánica cuántica. La topología es una rama de las matemáticas que permite a los investigadores predecir las propiedades de cuerpos flexibles de tamaño finito como los cúmulos .
El estudio de la relación entre el calor, el trabajo y la energía en las reacciones y procesos químicos, con especial atención a la entropía , la entalpía y la energía libre de Gibbs para comprender la espontaneidad y el equilibrio de las reacciones.
La aplicación de la mecánica estadística para predecir y explicar las propiedades termodinámicas de los sistemas químicos, conectando el comportamiento molecular con las propiedades macroscópicas.
Disciplinas estrechamente relacionadas
Históricamente, el principal campo de aplicación de la química teórica ha sido en los siguientes campos de investigación:
Física atómica : La disciplina que trata de los electrones y los núcleos atómicos.
Física molecular : disciplina que estudia los electrones que rodean los núcleos moleculares y el movimiento de los núcleos. Este término suele referirse al estudio de moléculas formadas por unos pocos átomos en fase gaseosa. Sin embargo, algunos consideran que la física molecular también es el estudio de las propiedades en masa de los productos químicos en términos de moléculas.
Química física y física química : química que se estudia 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.
Attila Szabo y Neil S. Ostlund, Química cuántica moderna: Introducción a la teoría avanzada de la estructura electrónica , Dover Publications; Nueva edición (1996) ISBN 0-486-69186-1 , ISBN 978-0-486-69186-2
Robert G. Parr y Weitao Yang, Teoría funcional de la densidad de átomos y moléculas , Oxford Science Publications; publicado por primera vez en 1989; ISBN 0-19-504279-4 , ISBN 0-19-509276-7
DJ Tannor, V. Kazakov y V. Orlov, Control de la ramificación fotoquímica: nuevos procedimientos 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)
