理論化学

概要

理論化学者は様々な道具を使う。これらのツールには、解析モデル（例えば、分子内の電子の挙動を近似するLCAO-MO）、計算および数値シミュレーションが含まれます。

化学の理論家は、理論的なモデルを作る。そして、そのモデルから実験化学者が測定可能なものを見つけ出す。これは、化学者がモデルが真実でないことを証明できるデータを探すのに役立つ。データは、いくつかの異なる、または反対のモデルの間で選択するのに役立ちます。

理論家はまた、新しいデータがあればそれに合うようにモデルを生成したり修正したりしようとする。もしデータがモデルに合わない場合、化学者はデータに合うようにモデルに最小限の変更を加えようとする。多くのデータが適合しない場合、化学者は時間をかけてモデルを捨てていくこともある。

理論化学は、物理学を使って化学的な観測結果を説明したり予測したりするものです。近年は量子化学（化学の問題に量子力学を応用すること）が中心となっている。理論化学の主な部分は、電子構造、ダイナミクス、統計力学である。

これらの分野はすべて、化学反応性を予測するプロセスで使用される。その他、あまり中心的でない研究分野としては、様々な相のバルク化学の数学的記述がある。理論化学者は、化学反応速度（分子が結合する経路）を説明したいと考えている。

科学者たちは、このような作業の多くを「計算化学」と呼んでいます。計算化学は通常、理論化学を使って産業界や実用的な問題に取り組みます。計算化学の例としては、ある種のポストハートリーフォック法、密度汎関数法、半経験的手法（PM3など）、力場法などの化学計測を近似的に行うプロジェクトがある。化学理論家の中には、量子世界のミクロな現象と系のマクロなバルク特性の間にリンクを作るために統計力学を用いる人もいます。

理論化学の主要分野

量子化学

量子力学の化学への応用

計算化学

コンピュータコードの化学への応用

分子モデリング

必ずしも量子力学によらず、分子構造をモデル化する方法。例えば、分子ドッキング、タンパク質-タンパク質ドッキング、ドラッグデザイン、コンビナトリアルケミストリーなど。

分子動力学

古典力学を応用して、原子や分子の集合体の原子核の動きをシミュレートする。

分子動力学

分子内および分子間相互作用のポテンシャルエネルギー面を相互作用力の総和でモデル化する。

数理化学

必ずしも量子力学に言及することなく、数学的手法による分子構造の議論と予測。

理論化学反応速度論

反応性化学物質に関連する力学系とそれに対応する微分方程式を理論的に研究する。

ケモインフォマティクス（ケモインフォマティクスとも呼ばれる）

コンピュータと情報技術を駆使し、化学分野のさまざまな問題に応用すること。

関連ページ

歴史的に見ると、研究者は理論化学を使って研究している。

• 原子物理学：電子と原子核。
• 分子物理学：分子原子核を取り囲む電子と原子核の動きのこと。通常、気相中にある数個の原子からなる分子を研究することを指す。しかし、分子物理学は、化学物質のバルクの性質を分子で研究することでもあると考える人もいる。
• 物理化学・化学物理学：レーザー技術、走査型トンネル顕微鏡などの物理的手法を用いる。両分野の形式的な区別は、物理化学が化学の一分野であるのに対し、化学物理学は物理学の一分野であることである。これは明確な違いではない。
• 多体系理論：多数の構成要素を持つ系に現れる効果。量子物理学（主に第二量子化形式）と量子電気力学をベースにしている。