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Tutorial MenueMolecular ModelingLerneinheit 2 von 18

Molekülmechanik - Einführung

Molekülmechanik: Grenzen der Kraftfeldrechnungen

Die Einschränkungen in der Anwendung der Molekülmechanik-Rechnungen ergeben sich nicht nur aus dem Problem, für alle denkbaren Bindungssituationen Parameter zu finden, sondern vor allem aus dem Ansatz, die chemische Bindung ohne explizite Berücksichtigung der Elektronen mit Hilfe der klassischen Mechanik zu beschreiben. Physikalische Größen, die sich nur quantenmechanisch beschreiben lassen, bzw. die explizite Berücksichtigung der Elektronen voraussetzen, können nicht mit klassischen Verfahren berechnet werden. Das sind vor allem:

  1. chemische Reaktionen (Bindungsbruch und -bildung)
  2. Ionisierungspotenzial, Elektronenaffinität
  3. elektronisch angeregte Zustände
  4. delokalisierte Systeme (z.B. aromatische, antiaromatische Verbindungen, nichtklassische Kationen usw.)
  5. elektrische Eigenschaften (Polarisierbarkeit, Hyperpolarisierbarkeit usw.)
  6. magnetische Eigenschaften (Suszeptibilität, chemische Verschiebung usw.).

Die gravierendste Einschränkung betrifft den ersten Punkt, die Beschreibung von chemischen Reaktionen. Bei Kraftfeldrechnungen werden prinzipiell keine Bindungen gebrochen oder gebildet, d.h. Bindungen, die man bei der Eingabe des Moleküls als solche definiert hat, bleiben bestehen.

Die beiden wichtigsten (für praktische Zwecke adäquat) auf die klassische Physik reduzierbaren Parameter sind die Vorhersage von Geometrien und relative Energien. Vermutlich sind dies und die daraus abgeleiteten Größen auch die häufigsten Fragestellungen bei der Durchführung von Kraftfeldrechnungen. Wie die Energie und die Geometrie eines Moleküls bestimmt werden, zeigen die nächsten Kapitel.

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