Kuantum kimyası (veya hesaplamalı kimya): Kimyasal
bileşiklerin yapı ve tepkime problemlerini çözmek için kuantum mekaniği ilke ve
yöntemlerini kullanan bilimdir.
20. yüzyılın başında elde edilen çeşitli deneysel veriler,
klasik kimyayla açıklanamamıştır. Bu verilere, örneğin, gaz substansların
spektrumları, katıların radyasyon spektrumundaki yoğunluk dağılımı ve Compton
etkisi dahildir. Bu olgular için açıklamalar arayışı, yeni bir bilgi alanı
ortaya çıkmasına yol açmıştır. Buna karşılık, moleküler özelliklerin kesin
kuantum-mekanik hesaplamaları, kimyasal bağların oluşumunu açıklamada kimyada
kullanılan temel kavramların gözden geçirilmesini gerektirmiştir.
Günümüzde kuantum kimyası aşağıdaki soruları yanıtlar: Bir
molekülün denge geometrisi nedir? Enerjisi nedir? Karakteristik özellikleri
(dipol momenti, polarizasyonu) nedir? Konformasyonlar arasındaki geçişler ne
kadar hızlıdır? Moleküler özelliklerin zamana bağımlılığı nedir? Birkaç molekül
nasıl etkileşim kurabilir? Kuantum kimyası aynı zamanda, absorpsiyon ve
lüminesans bantlarının, NMR ve ESR spektrumlarının ve titreşim absorpsiyon
spektrumunun v.s’nin. konumunun tahmin edilmesini sağlar.
Kuantum mekaniğinde, herhangi bir sistem, çözümünün sistemin
dalga fonksiyonlarını belirlemesine izin veren Schrödinger denklemi (veya
relativistik bir durumda Dirac denklemi) ile tanımlanabilir ve bu durumu
karakterize eden tüm parametreleri hesaplamak için kullanılabilir. Ancak,
Schrödinger denklemi, en basit moleküller için bile analitik olarak çözülemez.
Bu nedenle, kuantum kimyasına, denklemlerin sayısal çözümü için farklı
matematiksel yaklaşımlar kullandığı ve bu yöntemleri uygulamak için yüksek bir
bilgi işlem kapasitesi gerektirdiği için genellikle ‘hesaplamalı-kompütasyonal-kimya’
denir. Kuantum kimya yöntemlerinin dağılımı modern bilgisayar teknolojisinin
mevcut gelişme durumu ile sınırlıdır. Hesaplama gücünde bir artış ile, kuantum
kimyası yöntemlerini kullanarak durumu hesaplanabilen nesnelerin boyutları
artacaktır.
Kuantum kimya yöntemlerinin dağılımı, modern bilgisayar
teknolojisinin mevcut gelişim durumu ile sınırlıdır. Hesaplama gücünde bir
artış olması durumunda, kuantum kimyası yöntemleri kullanılarak hesaplanabilen
nesnelerin boyutlarının artması beklenir. Günümüzde, kuantum kimyası
yöntemlerini uygulayan sayısız bilgisayar programı bulunuyor; bunların en
yaygınları Gauss ve GAMESS'dir.
Schrödinger denkleminin
çözülmesinden elde edilen hidrojenik orbitaller
