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Theoretische Chemie: Was kann Theoretische Chemie?

Was ist Theoretische Chemie?

Die Theoretische Chemie befasst sich mit der quantentheoretischen Beschreibung der Bewegung von Elektronen und Atom-Kernen in Molekülen, molekularen Aggregaten und Festkörpern. Damit gelingt es erstmals, die chemischen Bindungen ursächlich und quantitativ mit mathematischen Methoden zu beschreiben und zu verstehen; dies ist wohl die herausragendste Leistung der Quantenmechanik.

Neben der Betrachtung von elektronischen Grundzuständen ist die Berechnung der geometrischen und elektronischen Struktur auch in angeregten Molekülzuständen möglich und man kann die Dynamik von chemischen Reaktionen und Reaktionsmechanismen untersuchen. Die Theoretische Chemie kann auch zahlreiche physikalisch-chemische Eigenschaften (mikroskopische Eigenschaften) und die Atom- und Molekül-Spektren vorhersagen.

Im Rahmen der statistischen Thermodynamik lassen sich, über die Zustandssummen, sogar die thermodynamischen Funktionen (wie Enthalpie und Entropie) ableiten und man findet Interpretationsmöglichkeiten für makroskopische Eigenschaften (wie Schmelz- und Siedepunkt) sowie Antworten auf Fragen zur chemischen Reaktivität und Katalyse. Die Theoretische Chemie bietet das Werkzeug, umfassende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu erkennen und in verallgemeinerter Form anzuwenden.

Damit bildet die Theoretische Chemie die Basis für alle Anwendungen aus der Welt der Moleküle (Chemie, Biochemie, Pharmazie, Medizin, Nano-Materialien u.a.), in denen das Struktur-Denken eine dominierende Rolle spielt.

Für ihre Arbeiten zur Formulierung der DFT (Density Functional Theory)-Methode, bzw. zur zuverlässigeren Anwendung von Ab-Initio-Berechnungen, wurden Walter Kohn und John A. Pople im Jahre 1998 mit dem Nobelpreis für Chemie geehrt.

Aber auch empirische Verfahren (Kraftfeld-Methoden) zur Beschreibung der Struktur im Rahmen von Molecular Modeling und Drug-Design sind Bereiche der Theoretischen Chemie, wo mit modernen Computer-Methoden die 3D-Strukturen visualisiert und berechnet werden, um über Ähnlichkeiten zu neuen Wirkstoffen und Einsichten in biologische Prozesse zu kommen.

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