Die Computerchemie ist ein Zweig der Chemie, der Computersimulationen zur L\u00f6sung chemischer Probleme einsetzt. Dabei werden Methoden der theoretischen Chemie in effiziente Computerprogramme integriert, um die Strukturen und Eigenschaften von Molek\u00fclen und Feststoffen zu berechnen. Sie ist notwendig, weil das Quanten-Vielteilchenproblem, abgesehen von relativ neuen Ergebnissen zum Wasserstoff-Molek\u00fclion, nicht analytisch und schon gar nicht in geschlossener Form gel\u00f6st werden kann.<\/p>\n
Das Konzept der Computerchemie l\u00e4sst sich bis in die Anf\u00e4nge der Computer zur\u00fcckverfolgen. Der ENIAC, der erste universelle elektronische Computer, wurde in den 1940er Jahren erstmals f\u00fcr Berechnungen im Rahmen des Wasserstoffbombenprojekts eingesetzt.<\/p>\n
Der Begriff \u201eComputerchemie\u201c wurde erstmals 1970 in einem Artikel des Chemikers Harden M. McConnell verwendet, in dem er eine Methode zur Berechnung der Elektronenverteilung in Molek\u00fclen beschrieb. Die theoretischen Grundlagen wurden jedoch bereits in den 1920er und 1930er Jahren mit der Entwicklung der Quantenmechanik gelegt. Die Einf\u00fchrung computerchemischer Methoden beschleunigte sich mit dem Aufkommen erschwinglicher Digitalcomputer in den 1960er und 1970er Jahren.<\/p>\n
In der Computerchemie werden verschiedene theoretische Methoden und Softwaretools eingesetzt, um die Struktur und Eigenschaften von Molek\u00fclen und Materialien zu verstehen. Diese Methoden k\u00f6nnen Ph\u00e4nomene vorhersagen, die im Labor noch nicht beobachtet wurden, oder die zugrunde liegenden Gr\u00fcnde f\u00fcr beobachtetes Verhalten erkl\u00e4ren.<\/p>\n
Diese Tools liefern Informationen zu einer Vielzahl chemischer Ph\u00e4nomene, darunter Molek\u00fclgeometrie, Bindungsl\u00e4ngen und -winkel, Schwingungsfrequenzen, elektronische \u00dcberg\u00e4nge und thermodynamische Eigenschaften. Sie erm\u00f6glichen au\u00dferdem die Untersuchung von Reaktionen sowohl in der Gasphase als auch in L\u00f6sungen durch die Modellierung potenzieller Energieoberfl\u00e4chen und Reaktionspfade.<\/p>\n
Die Computerchemie basiert auf den Prinzipien der Quantenmechanik, die das Verhalten von Atomen und Partikeln im Nanobereich beschreibt. Zwei wichtige Gleichungen, die Berechnungen in der Computerchemie leiten, sind die Schr\u00f6dinger-Gleichung und die Born-Oppenheimer-N\u00e4herung.<\/p>\n
Das Herzst\u00fcck einer Software f\u00fcr Computerchemie ist der Algorithmus, der diese Gleichungen f\u00fcr ein bestimmtes System l\u00f6st. Die Software stellt das molekulare System mathematisch dar, und der Computer l\u00f6st die Gleichungen iterativ, bis er eine L\u00f6sung findet, die mit den Prinzipien der Quantenmechanik vereinbar ist.<\/p>\n
Zu den Hauptmerkmalen der Computerchemie geh\u00f6ren:<\/p>\n
Methoden der Computerchemie werden \u00fcblicherweise in zwei Haupttypen eingeteilt: ab initio und semi-empirisch.<\/p>\n