Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Hesaplamalı kimya, kimya problemlerini çözmeye yardımcı olmak için bilgisayar simülasyonunu kullanan bir kimya dalıdır. Moleküllerin, katıların yapı ve özelliklerini hesaplamak için verimli bilgisayar programlarına dahil edilmiş teorik kimya yöntemlerini kullanır. Bu yöntemlerin kullanılmasının nedeni, hidrojen moleküler iyonu (dihidrojen katyonu) ile ilgili nispeten yeni sonuçlar dışında, kuantum çok-gövdeli() problemlerin analitik olarak çözülemez oluşudur. Hesaplama sonuçları normal olarak kimyasal deneylerle elde edilen bilgileri tamamlarken, bazı durumlarda gözlemlenmeyen kimyasal olayları da tahmin edebilmektedir. Yeni ilaç ve materyallerin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu özelliklerin örnekleri, yapı (yani, kurucu atomların konumları), mutlak ve bağıl etkileşimli enerjiler, elektronik-yük yoğunluğu dağılımları, dipoller ve yüksek çok kutuplu momentler, titreşim frekansları, veya diğer spektroskopik nicelikler ve bunlarla ilgili kesitlerdir.
Kullanılan yöntemler statik ve dinamik durumları kapsar. Her durumda, bilgisayarın zamanı ve diğer kaynaklar(bellek ve disk alanı gibi) incelenen sistemin boyutuyla birlikte hızla artmaktadır. Bu sistem tekli bir molekül, bir grup molekül veya katı formda olabilir. Hesaplamalı kimya yöntemleri çok yaklaşık değerler üretebilir. Bunlar genellikle yalnızca küçük sistemler için uygulanabilir. Ab initio yöntemleri tamamen kuantum mekaniği ve temel üzerine kuruludur. Diğer yöntemlere ampirik veya denir çünkü harici olarak ampirik parametreler kullanırlar.
Hesaplamalı kimya yöntemleri hem ab initio hem yarı ampirik yaklaşımları içerir. Bunlar, ilk prensip denklemlerinin basitleştirilmiş formlarından çözülmesi daha kolay veya daha hızlı, sistemin boyutunu (örneğin: periyodik sınır koşulları) sınırlayan yaklaşık değerlerden, herhangi bir çözümü elde etmek için gereken temel denklemlerin ana yaklaşımlarına kadar değişmektedir. Örneğin, çoğu ab initio hesaplamaları, temel Schrödinger denklemini çekirdeklerin hesaplama sırasında yerinde kaldığını varsayarak büyük ölçüde kolaylaştıran Born-Oppenheimer yaklaşımını kullanmaktadır. Prensip olarak, ab initio yöntemleri, yakınsaklıkların sayısını azaltıldığından, temel denklemlerin doğru çözümüne sonuç olarak yaklaşmaktadır. Bununla birlikte, uygulamada, tüm yakınsaklıkları ortadan kaldırmak imkânsızdır ve kaçınılmaz olarak hata oluşmaktadır. Hesaplamalı kimyanın amacı, hesaplamaları tutarlı kılarken bağıl ve mutlak hatayı en aza indirmektir.
Bazı durumlarda, elektronik yapının ayrıntıları moleküllerin uzun zamanlı faz uzayı davranışından daha az önemlidir. Proteinlerin ve protein-ligand bağlayıcıların termodinamik konformasyonel çalışmalarında da durum böyledir. Ayrıca, "cheminformatik" alanında özelliklere dayalı makine öğrenimi gibi daha ampirik (ve hesaplama açısından daha ucuz) yöntemler kullanılmaktadır. Örnek olarak tipik bir problem, ilaç moleküllerinin belirli bir hedefe bağlanma tahmin etmektir.
Uygulama alanları
Teorik kimya terimi kimyanın matematiksel bir tanımı olarak tanımlanabilirken, hesaplamalı kimya terimi ise genellikle matematiksel bir yöntem yeterli derecede geliştirildiğinde ve bir bilgisayarda uygulanması için otomatikleştirilebileceğinde kullanılır. Teorik kimyada, kimyagerler, fizikçiler ve matematikçiler, kimyasal reaksiyonların atomik ve moleküler özelliklerini ve reaksiyon yollarını tahmin etmek için algoritmalar ve bilgisayar programları geliştirirler. Hesaplamalı kimyacılar aksine mevcut bilgisayar programlarını ve metodolojilerini belirli kimyasal sorulara uygulayabilir.
Hesaplamalı kimyanın iki farklı yönü vardır:
Hesaplamalı çalışmalar, bir laboratuvar sentezi için bir başlangıç noktası bulma veya spektroskopik ölçümlere ait konum ve kaynak gibi deneysel verilerin anlaşılmasına yardımcı olmak için kullanılır.
- Bilinen araştırmalar, bugüne kadar bilinmeyen moleküllerin olasılığını öngörmek veya deneyler yoluyla kolayca incelenmeyen reaksiyon mekanizmalarını keşfetmek için kullanılır.
- Böylece, hesaplamalı kimya deneysel kimyagerliğe yardımcı olabilir veya tamamen yeni kimyasal nesneleri bulmak için deneysel kimyagerlik alanı meydana gelebilir.
Hesaplamalı kimyada birkaç önemli alan ayırt edilebilir:
- Çekirdeklerin konumu olarak enerji yüzeyinde sabit noktalar bulmak ve moleküllerin yapısının kuvvet simülasyonunun daha doğru kuantum kimyasal yöntemlerle tahmin edilmesi.
- Kimyasal maddeler üzerine veri depolama ve arama.
- Kimyasal yapılar ve özellikler arasındaki korelasyonların belirlenmesi
- Bileşiklerin etkin sentezine yardımcı olmak için hesaplamalı yaklaşımlar.
- Belirli yollarla diğer moleküllerle (örn. Ilaç tasarımı ve kataliz) etkileşen molekülleri tasarlamak için hesaplamalı yaklaşımlar.
Doğruluk kriterleri
Tam ve mükemmel ifadeler, bu alanda görünmemektedir, çünkü kimyanın çok az kısmı tam olarak hesaplanabilir. Bununla birlikte, kimyanın neredeyse her yönü niteliksel veya niceliksel olarak hesaplama modellemesinde tanımlanabilmektedir.
Moleküller çekirdek ve elektronlardan oluşur, bu nedenle kuantum mekaniği yöntemleri uygulanır. Hesaplamalı kimya alanında çalışan kimyagerler, göreceli olarak Dirac denkleminin çözümünde bazı ilerlemeler kaydetmesine rağmen, relativistik düzeltmeleri ekleme yöntemiyle genellikle göreceli olmayan Schrödinger denklemini çözmeye çalışırlar. Prensip olarak, Schrödinger denklemini, eldeki sorun için uygun olan zaman bağımlı veya zaman bağımsız formda çözmek mümkündür. Pratikte ise çok küçük sistemler haricinde bu mümkün olmamaktadır. Bu nedenle, yaklaşık yöntemlerin çokluğu, doğruluk ve hesaplama maliyeti arasındaki en iyi dengeyi sağlamak için çaba göstermektedir.
Doğruluk her zaman daha fazla hesaplama maliyetiyle geliştirilebilir. Tam relativistik-kapsayıcı yöntemlerin hesaplama maliyetinden dolayı, birçok elektron içeren ab initio modellerinde önemli hatalar kendini gösterebilir. Bu, geçiş metalleri ve bunların katalitik özellikleri gibi yüksek atomik birim atomlarıyla etkileşen moleküllerin çalışmasını zorlaştırmaktadır. Hesaplamalı kimyadaki mevcut algoritmalar, yeterli doğrulukla yaklaşık 40'a kadar elektron içeren moleküllerin özelliklerini rutin olarak hesaplayabilir. Enerji hataları birkaç kJ / mol'den az olabilir. Geometriler için bağ uzunlukları birkaç pikometrede ve bağ açılarında 0.5 derece içinde tahmin edilebilir. Birkaç düzine elektron içeren daha büyük moleküllerde yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) gibi yaklaşık yöntemlerle hesaplanabilirlik sağlanmaktadır.
Bu yöntemlerin, biyokimya alanındaki gibi karmaşık kimyasal reaksiyonları tanımlamak için yeterli olup olmadığı konusunda bazı tartışmalar vardır. Büyük moleküller, yarı ampirik yaklaşım yöntemleriyle incelenebilir. Daha büyük moleküller ise, moleküler mekanik (MM) olarak adlandırılan kimya bilimi dalını esas alan klasik mekanik yöntemleriyle işlem görürler. QM-MM yöntemlerinde, büyük kompleks problemlerin küçük kısımları mekanik olarak kuantum işlemleriyle(QM), kalan kısım yaklaşık işlemleriyle(MM) hesaplanır.
Yöntemler
Moleküler yapıları tahmin etmek için toplam enerjiyi belirleme yolları şunlardır:
Ab initio yöntemleri
Hesaplamalı kimyada kullanılan programlar, Schrödinger denklemini çözen birçok farklı kuantum-kimyasal yöntemlere dayanmaktadır. Denklemlerinde ampirik ya da yarı ampirik parametreler içermeyen yöntemler - doğrudan teorik ilkelerden türetilmektedir ancak deneysel veriler içermemektedir - ab initio yöntemleri olarak adlandırılmaktadır. Bu, çözümün tam bir çözüm olduğunu ima etmez.Bunların hepsi yaklaşık kuantum mekanik hesaplamalarıdır. Bu, belirli bir yaklaşımın ilkeler üzerinde titizlikle (kuantum teorisi) tanımlandığı ve daha sonra nitel olarak önceden bilindiği bir hata marjı içinde çözüldüğü anlamına gelir. Sayısal yinelemeli yöntemlerin kullanılması gerekiyorsa, yaklaşık makine doğruluğu elde edilinceye kadar (bilgisayardaki sonlu bir sözcük uzunluğu ve matematiksel ve / veya fiziksel yaklaşımlar için mümkün olan en iyi) yinelemek amaçlanmaktadır.
En basit tip ab initio elektronik yapı hesaplaması, moleküler orbital teorisinin bir uzantısı olan Hartree-Fock metodudur(HF).Burada korelasyon elektron-elektron iticili özel olarak hesaba katılmaz ve sadece ortalama etkisi hesaplamaya dahil edilir. Temel set büyüklüğü arttıkça, enerji ve dalga fonksiyonu Hartree-Fock limiti olarak adlandırılan bir sınıra doğru eğilim gösterir. Birçok hesaplama türü (Hartree-Fock sonrası metotları) Hartree-Fock hesaplamasıyla başlar ve daha sonra elektronik korelasyon olarak da adlandırılan elektron-elektron itmesi için doğru olur. Bu yöntemler sınırlara itildiğinde, göreceli olmayan Schrödinger denkleminin tam çözümüne yaklaşırlar. Deneyle tam bir mutabakat sağlamak için, her ikisi de ağır atomlar için çok daha önemli olan, göreceli ve spin yörüngesi terimlerini içermesi gereklidir. Bu yaklaşımların tümünde, yöntem seçimi ile birlikte, bir temel küme seçilmesi gereklidir. Bu, molekül orbitallerini atomik orbitallerin (LCAO) moleküler orbital metodu Ansatz'ın doğrusal kombinasyonu ile genişletmek için kullanılan moleküldeki farklı atomlar üzerine odaklanmış bir dizi fonksiyondur. Ab initio yöntemlerinde, bir teori düzeyi (yöntem) ve bir temel küme tanımlanması gerekir.
Hartree-Fock dalga fonksiyonu tek bir konfigürasyon veya determinanttır. Bazı durumlarda, özellikle bağ kırma işlemleri için bu yetersizdir ve birkaç konfigürasyon kullanılmalıdır. Burada, konfigürasyonların ve temel fonksiyonların katsayıları birlikte incelenerek optimize edilir.
Toplam moleküler enerji, moleküler geometrinin bir fonksiyonu olarak değerlendirilebilir. Başka bir deyişle, potansiyel enerji yüzeyi olarak adlandırılabilir. Böyle bir yüzey, reaksiyon dinamikleri için kullanılabilir. Yüzeyin durağan noktaları, farklı izomerlerin ve izomerler arasında dönüşüm için geçiş yapılarının tahmin edilmesine imkân sağlar. Ancak bunlar, tam yüzey hakkında mutlak bilgi sahibi olmaksızın yaklaşık olarak saptanabilir.
Hesaplamalı termokimya adı verilen ve özellikle oluşum entalpisi gibi önemli konularda termokimyasal niceliklerin kimyasal doğrulukta hesaplanmasıdır. Kimyasal doğruluk, gerçekçi kimyasal öngörüler yapmak için gereken doğruluktur ve genellikle 1 kcal / mol veya 4 kJ / mol olarak kabul edilir. Bu doğruluğu ekonomik bir şekilde elde etmek için bir dizi Hartree-Fock metodu kullanmak ve sonuçları birleştirmek gereklidir. Bu yöntemlere kuantum kimya bileşik yöntemleri denir.
Yoğunluk fonksiyoneli yöntemleri
Yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) yöntemleri, en yaygın fonksiyonellerin çoğunun ampirik verilerden türetilen parametreleri veya daha karmaşık hesaplamaları kullanmasına rağmen, moleküler elektronik yapıyı belirlemek için ab initio yöntemleri kabul edilir. DFT ise; toplam enerji dalga fonksiyonundan ziyade toplam bir elektron yoğunluğuyla ifade edilir. Bu hesaplama tipinde yaklaşık bir Hamiltonyen yaklaşımı ve toplam elektron yoğunluğu için yaklaşık bir ifade bulunur. DFT yöntemleri, düşük hesaplama maliyeti için çok doğru seçim olabilir. Bazı yöntemler, Hartree-Fock değişim terimi ile yoğunluk işlevsel değişimi işlevini birleştirir ve hibrid işlevsel yöntemler olarak adlandırılır.
Yarı ampirik ve ampirik yöntemler
Yarı ampirik kuantum kimya yöntemleri, Hartree-Fock yöntem biçimselliğine dayanmaktadır. Ancak birçok yaklaşımı kapsar ve ampirik verilerden bazı parametreler elde eder. Hesaplamalı kimyada, yaklaşık tam sayı olmayan Hartree-Fock yönteminde maliyetin çok yüksek olmasına rağmen büyük moleküllerin işlenmesi için çok önemlidirler. Ampirik parametrelerin kullanılması, bazı yöntemlere korelasyon etkilerinin dahil edilmesine izin verir.
Moleküler mekanik
Birçok durumda, büyük moleküler sistemler, kuantum mekanik hesaplamalardan tamamen arındıktan sonra başarıyla modellenebilir. Örneğin, molekül mekaniği simülasyonları, bir bileşiğin enerjisi için klasik bir ifade kullanır. Örnek olarak harmonik osilatör verilebilir. Denklemlerde görünen tüm sabitler önceden deneysel verilerden veya ab initio hesaplamalardan alınmalıdır.
Parametre belirlemek için kullanılan bileşiklerin veritabanı, yani elde edilen parametreler ve fonksiyonların setine kuvvet alanı denir. Bu alan moleküler mekanik hesaplamaların başarısı için çok önemlidir. Belirli bir molekül sınıfına (örneğin proteinler) karşı parametre tanımlanan bir kuvvet alanının, aynı sınıfın diğer moleküllerini tanımlarken yalnızca herhangi bir ilişkiselliği olması beklenir.
Bu yöntemler, proteinlere ve diğer büyük biyolojik moleküllere uygulanabilir ve potansiyel ilaç moleküllerinin yaklaşımı ve etkileşimi (docking) üzerine çalışmalara izin verebilir. [15] [16]
Katılar için yöntemler
Hesaplamalı kimyasal yöntemler katı hal fizik problemlerine uygulanabilir. Bir kristalin elektronik yapısı genellikle Brillouin bölgesinin her bir noktası için elektron orbitallerinin enerjilerini tanımlayan bir bant yapısı ile tanımlanır. Ab initio ve yarı ampirik hesaplamalar yörünge enerjileri verir.Bu nedenle, bant yapısı hesaplamalarına uygulanabilirler. Bir molekül için enerjinin hesaplanması zaman alıcı olduğundan, onları Brillouin bölgesindeki tüm noktalar için hesaplamak daha da zaman alıcıdır.
Kimyasal dinamik
Zaman bağımlı yaklaşımda, elektronik ve nükleer değişkenler ayrıldığında (Born-Oppenheimer temsilciliğinde), nükleer özgürlük derecelerine tekabül eden dalga paketi, zaman bağımlılığı ile ilişkili zaman evrim operatörü vasıtasıyla yayılır. Tamamlayıcı enerji bağımlı yaklaşımda zaman bağımsız Schrödinger denklemi biçimselliği kullanılarak çözülür. Atomlar arası etkileşimi temsil eden potansiyel, potansiyel enerji yüzeyleri tarafından incelenir. Genel olarak, potansiyel enerji yüzeyleri vibronik bağlanma terimleri ile birleştirilir.
Moleküler geometri ile ilişkili dalga paketini yaymak için en popüler yöntemler şunlardır:
- Bölünmüş operatör tekniği(the split operator technique).
- Chebyshev (gerçek) polinom(the Chebyshev real polynomial)
- Çok konfigürasyona ve zamana bağlı Hartree metodu(MCTDH)
- Yarı-klasik yöntem(the semiclassical method)
Moleküler dinamik
Moleküler dinamikler (MD), titreşimleri veya Brown hareketini ve tepkimeleri içeren sistemlerin zamana bağımlı davranışını incelemek için kuantum mekaniği, Newton'un hareket yasaları veya karma bir modeli esas almaktadır.Moleküler dinamik, yoğunluk fonksiyoneli teorisi ile birleşince, hibrid modeller elde edilir.
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Hesaplamali kimya kimya problemlerini cozmeye yardimci olmak icin bilgisayar simulasyonunu kullanan bir kimya dalidir Molekullerin katilarin yapi ve ozelliklerini hesaplamak icin verimli bilgisayar programlarina dahil edilmis teorik kimya yontemlerini kullanir Bu yontemlerin kullanilmasinin nedeni hidrojen molekuler iyonu dihidrojen katyonu ile ilgili nispeten yeni sonuclar disinda kuantum cok govdeli problemlerin analitik olarak cozulemez olusudur Hesaplama sonuclari normal olarak kimyasal deneylerle elde edilen bilgileri tamamlarken bazi durumlarda gozlemlenmeyen kimyasal olaylari da tahmin edebilmektedir Yeni ilac ve materyallerin tasariminda yaygin olarak kullanilmaktadir Bu ozelliklerin ornekleri yapi yani kurucu atomlarin konumlari mutlak ve bagil etkilesimli enerjiler elektronik yuk yogunlugu dagilimlari dipoller ve yuksek cok kutuplu momentler titresim frekanslari veya diger spektroskopik nicelikler ve bunlarla ilgili kesitlerdir Kullanilan yontemler statik ve dinamik durumlari kapsar Her durumda bilgisayarin zamani ve diger kaynaklar bellek ve disk alani gibi incelenen sistemin boyutuyla birlikte hizla artmaktadir Bu sistem tekli bir molekul bir grup molekul veya kati formda olabilir Hesaplamali kimya yontemleri cok yaklasik degerler uretebilir Bunlar genellikle yalnizca kucuk sistemler icin uygulanabilir Ab initio yontemleri tamamen kuantum mekanigi ve temel uzerine kuruludur Diger yontemlere ampirik veya denir cunku harici olarak ampirik parametreler kullanirlar Hesaplamali kimya yontemleri hem ab initio hem yari ampirik yaklasimlari icerir Bunlar ilk prensip denklemlerinin basitlestirilmis formlarindan cozulmesi daha kolay veya daha hizli sistemin boyutunu ornegin periyodik sinir kosullari sinirlayan yaklasik degerlerden herhangi bir cozumu elde etmek icin gereken temel denklemlerin ana yaklasimlarina kadar degismektedir Ornegin cogu ab initio hesaplamalari temel Schrodinger denklemini cekirdeklerin hesaplama sirasinda yerinde kaldigini varsayarak buyuk olcude kolaylastiran Born Oppenheimer yaklasimini kullanmaktadir Prensip olarak ab initio yontemleri yakinsakliklarin sayisini azaltildigindan temel denklemlerin dogru cozumune sonuc olarak yaklasmaktadir Bununla birlikte uygulamada tum yakinsakliklari ortadan kaldirmak imkansizdir ve kacinilmaz olarak hata olusmaktadir Hesaplamali kimyanin amaci hesaplamalari tutarli kilarken bagil ve mutlak hatayi en aza indirmektir Bazi durumlarda elektronik yapinin ayrintilari molekullerin uzun zamanli faz uzayi davranisindan daha az onemlidir Proteinlerin ve protein ligand baglayicilarin termodinamik konformasyonel calismalarinda da durum boyledir Ayrica cheminformatik alaninda ozelliklere dayali makine ogrenimi gibi daha ampirik ve hesaplama acisindan daha ucuz yontemler kullanilmaktadir Ornek olarak tipik bir problem ilac molekullerinin belirli bir hedefe baglanma tahmin etmektir Uygulama alanlariTeorik kimya terimi kimyanin matematiksel bir tanimi olarak tanimlanabilirken hesaplamali kimya terimi ise genellikle matematiksel bir yontem yeterli derecede gelistirildiginde ve bir bilgisayarda uygulanmasi icin otomatiklestirilebileceginde kullanilir Teorik kimyada kimyagerler fizikciler ve matematikciler kimyasal reaksiyonlarin atomik ve molekuler ozelliklerini ve reaksiyon yollarini tahmin etmek icin algoritmalar ve bilgisayar programlari gelistirirler Hesaplamali kimyacilar aksine mevcut bilgisayar programlarini ve metodolojilerini belirli kimyasal sorulara uygulayabilir Hesaplamali kimyanin iki farkli yonu vardir Hesaplamali calismalar bir laboratuvar sentezi icin bir baslangic noktasi bulma veya spektroskopik olcumlere ait konum ve kaynak gibi deneysel verilerin anlasilmasina yardimci olmak icin kullanilir Bilinen arastirmalar bugune kadar bilinmeyen molekullerin olasiligini ongormek veya deneyler yoluyla kolayca incelenmeyen reaksiyon mekanizmalarini kesfetmek icin kullanilir Boylece hesaplamali kimya deneysel kimyagerlige yardimci olabilir veya tamamen yeni kimyasal nesneleri bulmak icin deneysel kimyagerlik alani meydana gelebilir Hesaplamali kimyada birkac onemli alan ayirt edilebilir Cekirdeklerin konumu olarak enerji yuzeyinde sabit noktalar bulmak ve molekullerin yapisinin kuvvet simulasyonunun daha dogru kuantum kimyasal yontemlerle tahmin edilmesi Kimyasal maddeler uzerine veri depolama ve arama Kimyasal yapilar ve ozellikler arasindaki korelasyonlarin belirlenmesi Bilesiklerin etkin sentezine yardimci olmak icin hesaplamali yaklasimlar Belirli yollarla diger molekullerle orn Ilac tasarimi ve kataliz etkilesen molekulleri tasarlamak icin hesaplamali yaklasimlar Dogruluk kriterleriTam ve mukemmel ifadeler bu alanda gorunmemektedir cunku kimyanin cok az kismi tam olarak hesaplanabilir Bununla birlikte kimyanin neredeyse her yonu niteliksel veya niceliksel olarak hesaplama modellemesinde tanimlanabilmektedir Molekuller cekirdek ve elektronlardan olusur bu nedenle kuantum mekanigi yontemleri uygulanir Hesaplamali kimya alaninda calisan kimyagerler goreceli olarak Dirac denkleminin cozumunde bazi ilerlemeler kaydetmesine ragmen relativistik duzeltmeleri ekleme yontemiyle genellikle goreceli olmayan Schrodinger denklemini cozmeye calisirlar Prensip olarak Schrodinger denklemini eldeki sorun icin uygun olan zaman bagimli veya zaman bagimsiz formda cozmek mumkundur Pratikte ise cok kucuk sistemler haricinde bu mumkun olmamaktadir Bu nedenle yaklasik yontemlerin coklugu dogruluk ve hesaplama maliyeti arasindaki en iyi dengeyi saglamak icin caba gostermektedir Dogruluk her zaman daha fazla hesaplama maliyetiyle gelistirilebilir Tam relativistik kapsayici yontemlerin hesaplama maliyetinden dolayi bircok elektron iceren ab initio modellerinde onemli hatalar kendini gosterebilir Bu gecis metalleri ve bunlarin katalitik ozellikleri gibi yuksek atomik birim atomlariyla etkilesen molekullerin calismasini zorlastirmaktadir Hesaplamali kimyadaki mevcut algoritmalar yeterli dogrulukla yaklasik 40 a kadar elektron iceren molekullerin ozelliklerini rutin olarak hesaplayabilir Enerji hatalari birkac kJ mol den az olabilir Geometriler icin bag uzunluklari birkac pikometrede ve bag acilarinda 0 5 derece icinde tahmin edilebilir Birkac duzine elektron iceren daha buyuk molekullerde yogunluk fonksiyoneli teorisi DFT gibi yaklasik yontemlerle hesaplanabilirlik saglanmaktadir Bu yontemlerin biyokimya alanindaki gibi karmasik kimyasal reaksiyonlari tanimlamak icin yeterli olup olmadigi konusunda bazi tartismalar vardir Buyuk molekuller yari ampirik yaklasim yontemleriyle incelenebilir Daha buyuk molekuller ise molekuler mekanik MM olarak adlandirilan kimya bilimi dalini esas alan klasik mekanik yontemleriyle islem gorurler QM MM yontemlerinde buyuk kompleks problemlerin kucuk kisimlari mekanik olarak kuantum islemleriyle QM kalan kisim yaklasik islemleriyle MM hesaplanir YontemlerMolekuler yapilari tahmin etmek icin toplam enerjiyi belirleme yollari sunlardir Ab initio yontemleri Hesaplamali kimyada kullanilan programlar Schrodinger denklemini cozen bircok farkli kuantum kimyasal yontemlere dayanmaktadir Denklemlerinde ampirik ya da yari ampirik parametreler icermeyen yontemler dogrudan teorik ilkelerden turetilmektedir ancak deneysel veriler icermemektedir ab initio yontemleri olarak adlandirilmaktadir Bu cozumun tam bir cozum oldugunu ima etmez Bunlarin hepsi yaklasik kuantum mekanik hesaplamalaridir Bu belirli bir yaklasimin ilkeler uzerinde titizlikle kuantum teorisi tanimlandigi ve daha sonra nitel olarak onceden bilindigi bir hata marji icinde cozuldugu anlamina gelir Sayisal yinelemeli yontemlerin kullanilmasi gerekiyorsa yaklasik makine dogrulugu elde edilinceye kadar bilgisayardaki sonlu bir sozcuk uzunlugu ve matematiksel ve veya fiziksel yaklasimlar icin mumkun olan en iyi yinelemek amaclanmaktadir En basit tip ab initio elektronik yapi hesaplamasi molekuler orbital teorisinin bir uzantisi olan Hartree Fock metodudur HF Burada korelasyon elektron elektron iticili ozel olarak hesaba katilmaz ve sadece ortalama etkisi hesaplamaya dahil edilir Temel set buyuklugu arttikca enerji ve dalga fonksiyonu Hartree Fock limiti olarak adlandirilan bir sinira dogru egilim gosterir Bircok hesaplama turu Hartree Fock sonrasi metotlari Hartree Fock hesaplamasiyla baslar ve daha sonra elektronik korelasyon olarak da adlandirilan elektron elektron itmesi icin dogru olur Bu yontemler sinirlara itildiginde goreceli olmayan Schrodinger denkleminin tam cozumune yaklasirlar Deneyle tam bir mutabakat saglamak icin her ikisi de agir atomlar icin cok daha onemli olan goreceli ve spin yorungesi terimlerini icermesi gereklidir Bu yaklasimlarin tumunde yontem secimi ile birlikte bir temel kume secilmesi gereklidir Bu molekul orbitallerini atomik orbitallerin LCAO molekuler orbital metodu Ansatz in dogrusal kombinasyonu ile genisletmek icin kullanilan molekuldeki farkli atomlar uzerine odaklanmis bir dizi fonksiyondur Ab initio yontemlerinde bir teori duzeyi yontem ve bir temel kume tanimlanmasi gerekir Hartree Fock dalga fonksiyonu tek bir konfigurasyon veya determinanttir Bazi durumlarda ozellikle bag kirma islemleri icin bu yetersizdir ve birkac konfigurasyon kullanilmalidir Burada konfigurasyonlarin ve temel fonksiyonlarin katsayilari birlikte incelenerek optimize edilir Toplam molekuler enerji molekuler geometrinin bir fonksiyonu olarak degerlendirilebilir Baska bir deyisle potansiyel enerji yuzeyi olarak adlandirilabilir Boyle bir yuzey reaksiyon dinamikleri icin kullanilabilir Yuzeyin duragan noktalari farkli izomerlerin ve izomerler arasinda donusum icin gecis yapilarinin tahmin edilmesine imkan saglar Ancak bunlar tam yuzey hakkinda mutlak bilgi sahibi olmaksizin yaklasik olarak saptanabilir Hesaplamali termokimya adi verilen ve ozellikle olusum entalpisi gibi onemli konularda termokimyasal niceliklerin kimyasal dogrulukta hesaplanmasidir Kimyasal dogruluk gercekci kimyasal ongoruler yapmak icin gereken dogruluktur ve genellikle 1 kcal mol veya 4 kJ mol olarak kabul edilir Bu dogrulugu ekonomik bir sekilde elde etmek icin bir dizi Hartree Fock metodu kullanmak ve sonuclari birlestirmek gereklidir Bu yontemlere kuantum kimya bilesik yontemleri denir Yogunluk fonksiyoneli yontemleri Yogunluk fonksiyoneli teorisi DFT yontemleri en yaygin fonksiyonellerin cogunun ampirik verilerden turetilen parametreleri veya daha karmasik hesaplamalari kullanmasina ragmen molekuler elektronik yapiyi belirlemek icin ab initio yontemleri kabul edilir DFT ise toplam enerji dalga fonksiyonundan ziyade toplam bir elektron yogunluguyla ifade edilir Bu hesaplama tipinde yaklasik bir Hamiltonyen yaklasimi ve toplam elektron yogunlugu icin yaklasik bir ifade bulunur DFT yontemleri dusuk hesaplama maliyeti icin cok dogru secim olabilir Bazi yontemler Hartree Fock degisim terimi ile yogunluk islevsel degisimi islevini birlestirir ve hibrid islevsel yontemler olarak adlandirilir Yari ampirik ve ampirik yontemler Yari ampirik kuantum kimya yontemleri Hartree Fock yontem bicimselligine dayanmaktadir Ancak bircok yaklasimi kapsar ve ampirik verilerden bazi parametreler elde eder Hesaplamali kimyada yaklasik tam sayi olmayan Hartree Fock yonteminde maliyetin cok yuksek olmasina ragmen buyuk molekullerin islenmesi icin cok onemlidirler Ampirik parametrelerin kullanilmasi bazi yontemlere korelasyon etkilerinin dahil edilmesine izin verir Molekuler mekanik Bircok durumda buyuk molekuler sistemler kuantum mekanik hesaplamalardan tamamen arindiktan sonra basariyla modellenebilir Ornegin molekul mekanigi simulasyonlari bir bilesigin enerjisi icin klasik bir ifade kullanir Ornek olarak harmonik osilator verilebilir Denklemlerde gorunen tum sabitler onceden deneysel verilerden veya ab initio hesaplamalardan alinmalidir Parametre belirlemek icin kullanilan bilesiklerin veritabani yani elde edilen parametreler ve fonksiyonlarin setine kuvvet alani denir Bu alan molekuler mekanik hesaplamalarin basarisi icin cok onemlidir Belirli bir molekul sinifina ornegin proteinler karsi parametre tanimlanan bir kuvvet alaninin ayni sinifin diger molekullerini tanimlarken yalnizca herhangi bir iliskiselligi olmasi beklenir Bu yontemler proteinlere ve diger buyuk biyolojik molekullere uygulanabilir ve potansiyel ilac molekullerinin yaklasimi ve etkilesimi docking uzerine calismalara izin verebilir 15 16 Katilar icin yontemler Hesaplamali kimyasal yontemler kati hal fizik problemlerine uygulanabilir Bir kristalin elektronik yapisi genellikle Brillouin bolgesinin her bir noktasi icin elektron orbitallerinin enerjilerini tanimlayan bir bant yapisi ile tanimlanir Ab initio ve yari ampirik hesaplamalar yorunge enerjileri verir Bu nedenle bant yapisi hesaplamalarina uygulanabilirler Bir molekul icin enerjinin hesaplanmasi zaman alici oldugundan onlari Brillouin bolgesindeki tum noktalar icin hesaplamak daha da zaman alicidir Kimyasal dinamik Zaman bagimli yaklasimda elektronik ve nukleer degiskenler ayrildiginda Born Oppenheimer temsilciliginde nukleer ozgurluk derecelerine tekabul eden dalga paketi zaman bagimliligi ile iliskili zaman evrim operatoru vasitasiyla yayilir Tamamlayici enerji bagimli yaklasimda zaman bagimsiz Schrodinger denklemi bicimselligi kullanilarak cozulur Atomlar arasi etkilesimi temsil eden potansiyel potansiyel enerji yuzeyleri tarafindan incelenir Genel olarak potansiyel enerji yuzeyleri vibronik baglanma terimleri ile birlestirilir Molekuler geometri ile iliskili dalga paketini yaymak icin en populer yontemler sunlardir Bolunmus operator teknigi the split operator technique Chebyshev gercek polinom the Chebyshev real polynomial Cok konfigurasyona ve zamana bagli Hartree metodu MCTDH Yari klasik yontem the semiclassical method Molekuler dinamik Molekuler dinamikler MD titresimleri veya Brown hareketini ve tepkimeleri iceren sistemlerin zamana bagimli davranisini incelemek icin kuantum mekanigi Newton un hareket yasalari veya karma bir modeli esas almaktadir Molekuler dinamik yogunluk fonksiyoneli teorisi ile birlesince hibrid modeller elde edilir