Chimie théorique

Vue d'ensemble

Les chimistes théoriciens utilisent un large éventail d'outils. Ces outils comprennent des modèles analytiques (par exemple, les LCAO-MO pour approximer le comportement des électrons dans les molécules) et des simulations informatiques et numériques.

Les théoriciens de la chimie créent des modèles théoriques. Puis, ils trouvent des choses que les chimistes expérimentateurs peuvent mesurer à partir de ces modèles. Cela aide les chimistes à chercher des données qui peuvent prouver qu'un modèle n'est pas vrai. Les données aident à choisir entre plusieurs modèles différents ou opposés.

Les théoriciens essaient également de générer ou de modifier des modèles pour qu'ils s'adaptent à toute nouvelle donnée. Si les données ne peuvent pas s'adapter au modèle, les chimistes essaient d'apporter la plus petite modification au modèle pour qu'il s'adapte aux données. Dans certains cas, les chimistes rejettent un modèle si un grand nombre de données ne s'adaptent pas, au fil du temps.

La chimie théorique utilise la physique pour expliquer ou prévoir les observations chimiques. Ces dernières années, elle a principalement porté sur la chimie quantique (l'application de la mécanique quantique à des problèmes de chimie). Les principales parties de la chimie théorique sont la structure électronique, la dynamique et la mécanique statistique.

Tous ces domaines sont utilisés dans le processus de prédiction des réactivités chimiques. D'autres domaines de recherche moins centraux comprennent la description mathématique de la chimie de masse en différentes phases. Les chimistes théoriciens veulent expliquer la cinétique chimique (la voie par laquelle les molécules se combinent).

Les scientifiques appellent une grande partie de ces travaux "chimie computationnelle". La chimie computationnelle utilise généralement la chimie théorique pour travailler sur des problèmes industriels et pratiques. Des exemples de chimie computationnelle sont des projets d'approximation de mesures chimiques tels que certains types de post Hartree-Fock, la théorie fonctionnelle de la densité, les méthodes semi-empiriques (telles que les PM3) ou les méthodes de champ de force. Certains théoriciens de la chimie utilisent la mécanique statistique pour créer un lien entre les phénomènes microscopiques du monde quantique et les propriétés macroscopiques des systèmes.

Principaux domaines de la chimie théorique

Chimie quantique

L'application de la mécanique quantique à la chimie

Chimie computationnelle

L'application des codes informatiques à la chimie

Modélisation moléculaire

Méthodes de modélisation des structures moléculaires sans nécessairement faire référence à la mécanique quantique. On peut citer par exemple le molecular docking, le protein-protein docking, la conception de médicaments, la chimie combinatoire.

Dynamique moléculaire

Application de la mécanique classique pour simuler le mouvement des noyaux d'un assemblage d'atomes et de molécules.

Mécanique moléculaire

Modélisation des surfaces énergétiques potentielles d'interaction intra et inter-moléculaire par une somme de forces d'interaction.

Chimie mathématique

Discussion et prédiction de la structure moléculaire à l'aide de méthodes mathématiques sans nécessairement faire référence à la mécanique quantique.

Cinétique chimique théorique

Étude théorique des systèmes dynamiques associés aux produits chimiques réactifs et de leurs équations différentielles correspondantes.

Cheminformatique (également appelée chimioinformatique)

L'utilisation de techniques informatiques et informationnelles, appliquées à une série de problèmes dans le domaine de la chimie.

Pages connexes

Historiquement, les chercheurs utilisent la chimie théorique pour étudier :

• Physique atomique : électrons et noyaux atomiques.
• Physique moléculaire : les électrons entourant les noyaux moléculaires et du mouvement des noyaux. Ce terme désigne généralement l'étude des molécules composées de quelques atomes en phase gazeuse. Mais certains considèrent que la physique moléculaire est aussi l'étude des propriétés globales des produits chimiques en termes de molécules.
• Chimie physique et physique chimique : utilisation de méthodes physiques comme les techniques laser, le microscope à effet tunnel à balayage, etc. La distinction formelle entre les deux domaines est que la chimie physique est une branche de la chimie tandis que la physique chimique est une branche de la physique. Cette différence n'est pas claire.
• Théorie des corps multiples : les effets qui apparaissent dans les systèmes à grand nombre de constituants. Elle est basée sur la physique quantique - principalement le formalisme de la seconde quantification - et l'électrodynamique quantique.