Modelová chémia

Modelová chémia (chémia teoretického modelu) sa v kvantovej chémii definuje ako objektívny, jednoznačne definovaný a jednotne použiteľný teoretický model na výpočet vlastností chemického systému[1]. Praktickou limitou jeho použiteľnosti je len kapacita počítača. Tento princíp má niekoľko dôsledkov.

  • Teoretický model musí byť jednotne definovaný pre každú skúmanú konfiguráciu jadier a elektrónov. To znamená, že špecifikovanie štruktúry molekuly postačuje na aproximatívne riešenie Schrödingerovej rovnice.
  • Teoretický model musí byť objektívny. Nemôže závisieť od určitých predpokladov, ktoré by platili pre niektoré systémy alebo reakcie, pretože by sa nedal použiť v systémoch a javoch, kde takéto predpoklady nie sú potrebné. Vo všeobecnosti nemá obsahovať špecifické procedúry pre určité typy molekúl.

Modelová chémia musí mať ďalšie dôležité vlastnosti:

  • Konzistencia vzhľadom na veľkosť: výsledky výpočtu systému molekúl navzájom nekonečne vzdialených sa musia rovnať súčtu výsledkov rovnakých výpočtov jednotlivých molekúl, ktoré sa vypočítali oddelene.
  • Reprodukovanie presného riešenia pre relevantný n-elektrónový problém: metóda musí poskytnúť výsledok, ktorý je čo najbližšie presnému riešeniu Schrödingerovej rovnice. Čo to znamená, špecificky závisí od teórie, ktorá charakterizuje metódu. Napríklad Hartreeho-Fockova metóda by mala byť (a je) schopná prakticky exaktne opísať systémy ako H2+ a HeH2+. CI metódy zahrnujúce biexcitácie by mali exaktne reprodukovať dvojelektrónový problém, metódy uvažujúce triexcitácie [napr. QCISD(T)] by mali exaktne opísať trojelektrónové systémy a pod.
  • Variačnosť: vypočítaná energia systému zvolenou metódou by mala byť hornou hranicou reálnej energie, ktorá vyplýva z exaktného riešenia Schrödingerovej rovnice.
  • Efektívnosť: výpočty pomocou takejto metódy musia byť efektívne a praktické s existujúcou počítačovou technológiou.
  • Presnosť: v ideálnom prípade by metóda mala poskytnúť veľmi presné kvantitatívne výsledky. Minimálnou požiadavkou je schopnosť metódy správne vystihnúť aspoň kvalitatívne zmeny molekulových vlastností v študovanej skupine molekúl. Modelová chémia je súčasťou používaného softvéru (napr. GAUSSIAN, HONDO, CADPAC a pod.). V každej metóde modelovej chémie sa musí definovať spôsob výpočtu (daný úrovňou teórie) a báza.[2][3][4][5]

ReferencieUpraviť

  1. Foresman, J. B., Frisch, Æ. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed., Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2015. ISBN 978-1-935522-03-4
  2. Čársky, P., M. Urban, M. Ab initio výpočty v chemii, SNTL, Praha, 1985.
  3. Hehre, W. J., Radom, L., Schleyer, P. v. R., Pople, J. A. Ab Initio Molecular Orbital Theory, John Wiley, New York, 1986.
  4. Cramer, Ch. J. Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models 2nd Edition, Wiley New York 2004. ISBN 978-0470091821
  5. Höltje, H.-D., Sippl, W., Rognan, D., Folkers, G. Molecular Modeling. Basic Principles and Applications, 3rd Edition, Wiley-VCH 2008. ISBN 978-3-527-31568-0