Quimica cuantica que es

Contenidos
  1. Definición de química cuántica
    1. Química teórica
    2. Física química
    3. Biología cuántica

Definición de química cuántica

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La química cuántica, también llamada mecánica cuántica molecular, es una rama de la química física centrada en la aplicación de la mecánica cuántica a los sistemas químicos, particularmente hacia el cálculo cuántico-mecánico de las contribuciones electrónicas a las propiedades físicas y químicas de moléculas, materiales y soluciones a nivel atómico. Estos cálculos incluyen aproximaciones aplicadas sistemáticamente con el fin de que los cálculos sean factibles desde el punto de vista computacional y, al mismo tiempo, capturen la mayor cantidad de información sobre contribuciones importantes a las funciones de onda calculadas, así como a propiedades observables como estructuras, espectros y propiedades termodinámicas. La química cuántica también se ocupa del cálculo de los efectos cuánticos en la dinámica molecular y la cinética química.

Química teórica

En nuestro grupo se desarrolla el programa de química cuántica a gran escala ORCA. ORCA es un programa de química cuántica altamente eficiente, flexible y fácil de usar que es intensamente utilizado por una comunidad de usuarios en rápido crecimiento de unos 15.000 investigadores en todo el mundo. Sus características se describen detalladamente en otro lugar[2].

ORCA cuenta con todas las funcionalidades estándar habituales de la teoría funcional de la densidad (DFT), los métodos ab initio de función de onda simple correlacionada (CCSD(T)) y multireferencia (MR-CI, SORCI, NEVPT2), así como los métodos semiempíricos. ORCA es particularmente adecuado para el cálculo de espectros moleculares y es ampliamente utilizado por espectroscopistas en diversas áreas de investigación que van desde la química del estado sólido a la farmacología.

Uno de los objetivos obvios del desarrollo de métodos teóricos es mejorar la eficacia y precisión de los métodos teóricos y, de este modo, ampliar los límites de lo que es posible con la química computacional. En los últimos años, se ha prestado especial atención al desarrollo y la aplicación de métodos de correlación de electrones de escalado de bajo orden. Esto ha dado lugar a la familia de métodos de orbitales naturales de pares locales basados en dominios (DLPNO, por sus siglas en inglés), que consideramos una tecnología "revolucionaria" en la aplicación de la mecánica cuántica ab initio a la química[3]. En pocas palabras, los métodos DLPNO recuperan alrededor del 99,9% de la energía de correlación canónica, pero el esfuerzo computacional se escala linealmente con el tamaño del sistema y con un prefactor suficientemente bajo para tratar moléculas con cientos de átomos en hardware estándar.

Física química

Trabajaba como experimentalista en espectroscopia de superficies hasta que me introduje en el mundo de las simulaciones moleculares y la química cuántica. Mientras un científico en el laboratorio hace mediciones de moléculas, yo descubro las propiedades de las moléculas, cómo interactúan y cómo pueden mejorarse con ayuda de herramientas digitales. En simulación, construimos modelos de compuestos químicos en un ordenador utilizando las leyes de la física. Estas leyes se codifican en forma de ecuaciones matemáticas y, a partir de ellas, podemos hacer predicciones sobre el funcionamiento o las propiedades de una molécula.

Es como hacer una predicción meteorológica: mientras los meteorólogos ejecutan modelos de interacciones atmosféricas para predecir la probabilidad de lluvia, los simuladores moleculares ejecutan múltiples aproximaciones de compuestos químicos para predecir un resultado experimental. Al igual que la predicción meteorológica que simula el movimiento de nubes o partículas en la atmósfera, nosotros predecimos la interacción molecular y los resultados de los experimentos químicos.

Biología cuántica

Una de las herramientas importantes de nuestro grupo de trabajo es la química cuántica. A partir de los cálculos a un nivel teórico muy alto, se puede estimar la estabilidad termoquímica y a veces incluso cinética de moléculas en su mayoría inestables e incluso desconocidas, e idear posibles rutas para su síntesis. Además, también se pueden calcular las propiedades de estas moléculas para apoyar su identificación experimental. Por ejemplo, las moléculas aisladas en matriz se caracterizan en muchos casos por sus espectros vibracionales, y la asignación de las bandas es a menudo imposible sin la comparación con espectros calculados muy precisos.

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