كيمياء حاسوبية.. محاكاة الحاسوب للمساعدة في حل المسائل الكيميائية

الكيمياء الحاسوبية هي فرع من الكيمياء التي تستخدم محاكاة الحاسوب للمساعدة في حل المسائل الكيميائية. وهي إحدى فروع الكيمياء النظرية تهدف إلى ابتكار تقريبات رياضية فعالة لحل مسائل الكيمياء النظرية بأسرع وقت وأقل كلفة ووضع خوارزميات وبرامج حاسوبية تقوم بحساب خصائص الجزيئات مثل الطاقة الكلية، العزم الثنائي القطب والعزم الرباعي القطب quadrupole moment، والترددات الاهتزازية، والتفاعلية وغيرها من الخصائص الكميات المطيافية والمقاطع العرضية لتصادم الجزيئات مع جزيئات ذات مساقط ذرية وتحت ذرية مختلفة.

يشكل الكيمياء الحاسوبية تداخلا بين علوم الحاسب والكيمياء لإعطاء حلول سريعة وعاجلة لبعض القضايا التي تواجه الكيمياء وتساعدها على توفير الوقت والمال.

مصطلح كيمياء نظرية

يمكن أن يزودنا بوصف رياضي للكيمياء، في حين نستخدم مصطلح كيمياء حاسوبية عندما تكون الطريقة الرياضية قم تم تطويرها بشكل كاف ليتم تطبيقها باستخدام [حاسوب]. طبعا نحن لا نتحدث هنا عن حل دقيق أو كامل لأن الدالة الأسية قلة قليلة من مسائل الكيمياء يمكن أن تحل بدقة، تقريبا معظم مسائل الكيمياء يمكن أن توصف بمخطط تحسيبي كمي تقريبي أو كيفي.

من حيث المبدا، لا يوجد ما يمنع استخدام طريقة دقيقة تماما وتطبيقها على الجزيئات الكيميائية لكن مثل هذه الطرق كلفتها التحسيبية عالية من حيث الموارد المطلوبة والزمن فهي تزداد عامليا مع عدد الإلكترونات (أسرع حتى من.) لذلك فقد تم تطوير عدد كبير من الطرق التقريبية التي توازن بين الدقة والكلفة التحسيبية.الكيمياء الحاسوبية الحالية يمكنها أن تحسب بدقة جيدة وبشكل مكرر خواص الجزيئات التي لا تحوي أكثر من 10-40 إلكترون.أما معالجة الجزيئات التي تحوي عدة دزينات من الإلكترونات تدرس عادة بطرق تقريبية مثل النظرية الدالية للكثافة density functional theory أو (DFT)، لكن ما زال هناك خلاف بين المختصين حول فعالية الطرق الأخيرة الذكر حول وصف التفاعلات الكيميائية المعقدة، مثل تلك التفاعلات في الكيمياء الحيوية

في الكيمياء النظرية، يقوم الفيزيائيون والكيميائيون معا بتطوير خوارزميات وبرمجيات حاسوبية للتنبؤ بالخواص الذرية والجزيئية ومسارات التفاعلات للتفاعلات الكيميائية بالعكس، يمكن أن يستخدم الكيميائيون الحاسوبيون البرمجيات الحاسوبية والمنهجيات على المسائل الكيميائية الخاصة.

حزم برمجيات الكيمياء الحاسوبية

 

الحزمة	ميكانيك جزيئي	نصف-تجريبي	هاتري-فوك	طرق بعد هاتري-فوك	نظرية دالية للكثافة	دورية
ACES	N	N	Y	Y	N	N
ADF	N	N	N	N	Y	Y
AMPAC	N	Y	N	N	N	N
CADPAC	N	N	Y	Y	Y	N
CASTEP	N	N	N	N	Y	Y
COLUMBUS	N	N	Y	Y	N	N
كريستال (توضيح)	N	N	Y	N	Y	Y
DALTON	N	N	Y	Y	Y	N
GAUSSIAN	Y	Y	Y	Y	Y	Y
GAMESS (UK)	N	Y	Y	Y	Y	N
GAMESS (US)	N	Y	Y	Y	Y	N
جاغوار (توضيح)	Y	N	Y	Y	Y	N
MOLCAS	Y	Y	Y	Y	Y	N
MOLPRO	N	N	Y	Y	Y	N
MOPAC	N	Y	N	N	N	Y
MPQC	N	N	Y	Y	Y	N
NWChem	Y	N	Y	Y	Y	Y
PLATO	Y	N	N	N	Y	Y
PQS	Y	Y	Y	Y	Y	N
PSI	N	N	Y	Y	N	N
TURBOMOLE	N	N	Y	Y	Y	N
Q-Chem	N	N	Y	Y	Y	N
VASP	N	Y	N	N	N	N

مراجع