일반화학실험 | 분자모델링

 

 

 

계산화학

계산기 화학, 컴퓨터 화학이라고도 불린다. 컴퓨터를 이용한 계산을 한다. 이를 통해서 분자나 원자를 나타내는 수학 방정식 계산을 통해 입자의 행동을 연구한다. 또한, 이를 통해서 여러 현상을 분자 수준에서 설명이 가능하다. 이 계산화학에는 분자궤도함수 이론, 분자동역학, 몬테카를로 방법, 분자역학, 밀도범함수이론이 있다.

 

1) 분자궤도함수 이론(MO)

분자 오비탈이다. 분자오비탈은 원자가 결합이론의 결점을 보안하기 위해 나타났다. 그러나 원자가 결합 이론보다 더 복잡하고 용이하지 않다. 그럼에도 불구하고 이 이론은 분자들의 화학적 및 물리적 특성을 잘 설명해 준다. 분자 오비탈은 개별원자에 집중하기보다 분자 전제를 고려하는 다른 접근법을 취한다. 정확한 정의는 한 분자의 주어진 공간 영역에서 전자를 발견할 확률이 자신의 제곱으로 주어지는 파동함수이다. 분자 사이의 결합은 크게 두 가지이다. 시그마 결합과 차이결합이 있다. 시그마 결합은 직접 충돌방식으로 S-S, S-P, P-P오비탈 사이에 생긴다. 파이결합은 평행된 P오비탈 생기는 양학 결합이다.

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2) 분자동역학(MD)

분자를 구와 용수철에 근사시켜 그 에너지를 계산하는 방법이다. 원자들 사이에 힘이 주어졌을 때, 뉴턴의 운동 방정식을 풀어내어 그들의 동역학을 계산하다. 정온, 정압, 정온정압, 정적, 정 에너지, 정 화학퍼텐셜(각 성부의 1㏖에 할당되는 에너지)과 같은 여러 가지 계산이 가능하다. 시간이 불연속적이기 때문에 운동방정식을 적분한다.

 

3) 몬테카를로 방법(MC)

난수를 이용하여 함수의 값을 확률적으로 계산하는 알고리즘을 가리킨다. 1930년 엔리코 페르미미가 중성자의 특성을 연구하기 위해 이 방법을 사용한 것으로 유명하다. 또한 맨해튼 계획(핵폭탄 개발 프로젝트)의 시뮬레이션과 수소폭탄 개발등에서의 핵심적인 역할을 했다. 알고리즘의 엄청난 반복을 통해서 이상적인 값에 도달한다. 따라서 이는 컴퓨터를 사용하여 계산하기 적합한 방법이다.

 

 

 

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