The first step in solving a quantum chemical problem is usually solving the Schrödinger equation (or Dirac equation in relativistic quantum chemistry) with the electronic molecular Hamiltonian. Isto é chamado de determinação da estrutura eletrônica da molécula. Pode-se dizer que a estrutura eletrônica de uma molécula ou cristal implica essencialmente suas propriedades químicas. Uma solução exata para a equação de Schrödinger só pode ser obtida para o átomo de hidrogênio (embora soluções exatas para as energias de estado ligado do íon molecular de hidrogênio tenham sido identificadas em termos da função w generalizada de Lambert). Uma vez que todos os outros sistemas atômicos, ou moleculares, envolvem os movimentos de três ou mais “partículas”, suas equações de Schrödinger não podem ser resolvidas exatamente e então soluções aproximadas devem ser procuradas.Artigo principal: Valence bond teoria
Embora a base matemática da química quântica tinha sido colocado por Schrödinger, em 1926, é geralmente aceito que o primeiro verdadeiro cálculo em química quântica foi o alemão físicos Walter Heitler e Fritz London, em que o hidrogênio (H2) molécula em 1927. O método de Heitler e London foi estendido pelo físico teórico estadunidense John C. Slater e pelo químico teórico Americano Linus Pauling para se tornar o método de Valência-bond (VB). Neste método, a atenção é principalmente dedicada às interações emparelhadas entre átomos, e este método, portanto, correlaciona-se estreitamente com os desenhos de ligações dos químicos clássicos. Ele se concentra em como os orbitais atômicos de um átomo se combinam para dar ligações químicas individuais quando uma molécula é formada, incorporando os dois conceitos chave de hibridação orbital e ressonância.
Molecular orbitalEdit
An alternative approach was developed in 1929 by Friedrich Hund and Robert S. Mulliken, in which electrons are described by mathematical functions delocalized over an entire molecule. O método Hund-Mulliken ou orbital molecular (MO) é menos intuitivo para químicos, mas revelou-se capaz de prever propriedades espectroscópicas melhor do que o método VB. Esta abordagem é a base conceptual do método Hartree–Fock e outros métodos pós Hartree–Fock.
Density functional theoryEdit
The Thomas-Fermi model was developed independently by Thomas and Fermi in 1927. Esta foi a primeira tentativa de descrever sistemas de muitos elétrons com base na densidade eletrônica em vez de funções de onda, embora não tenha sido muito bem sucedido no tratamento de moléculas inteiras. O método forneceu a base para o que hoje é conhecido como teoria funcional da densidade (DFT). A DFT moderna usa o método Kohn-Sham, onde a densidade funcional é dividida em quatro termos; a energia cinética Kohn–Sham, Um potencial externo, energias de troca e correlação. Uma grande parte do foco no desenvolvimento de DFT é na melhoria dos Termos de troca e correlação. Embora este método seja menos desenvolvido do que os métodos post Hartree–Fock, seus requisitos computacionais significativamente mais baixos (escalamento tipicamente não é pior do que n3 em relação às funções n Base, para as funções puras) permitem que ele enfrente moléculas poliatômicas maiores e até mesmo macromoléculas. Esta acessibilidade computacional e muitas vezes comparável à precisão MP2 e CCSD (t) (métodos pós-Hartree–Fock) tornou-o um dos métodos mais populares em química computacional.