primul pas în rezolvarea unei probleme chimice cuantice este de obicei rezolvarea ecuației Schr (sau ecuația Dirac în chimia cuantică relativistă) cu Hamiltonianul molecular electronic. Aceasta se numește determinarea structurii electronice a moleculei. Se poate spune că structura electronică a unei molecule sau a unui cristal implică în esență proprietățile sale chimice. O soluție exactă pentru ecuația Schr Xvdinger poate fi obținută numai pentru atomul de hidrogen (deși soluțiile exacte pentru energiile de stare legate ale ionului molecular de hidrogen au fost identificate în ceea ce privește funcția Lambert w generalizată). Deoarece toate celelalte sisteme atomice sau moleculare implică mișcările a trei sau mai multe” particule”, ecuațiile lor Schr Xvdinger nu pot fi rezolvate exact și trebuie căutate soluții aproximative.
Valence bondEdit
deși baza matematică a chimiei cuantice a fost pusă de Schr în 1926, este general acceptat faptul că primul calcul adevărat în chimia cuantică a fost cel al fizicienilor germani Walter Heitler și Fritz London pe molecula de hidrogen (H2) în 1927. Metoda lui Heitler și London a fost extinsă de fizicianul teoretic american John C. Slater și chimistul teoretic american Linus Pauling pentru a deveni metoda legăturii de valență (VB). În această metodă, atenția este dedicată în primul rând interacțiunilor perechi dintre atomi și, prin urmare, această metodă se corelează îndeaproape cu desenele de legături ale chimiștilor clasici. Se concentrează asupra modului în care orbitalii atomici ai unui atom se combină pentru a da legături chimice individuale atunci când se formează o moleculă, încorporând cele două concepte cheie de hibridizare orbitală și rezonanță.
Molecular orbitalEdit
o abordare alternativă a fost dezvoltată în 1929 de Friedrich Hund și Robert S. Mulliken, în care electronii sunt descriși prin funcții matematice delocalizate pe o întreagă moleculă. Abordarea Hund-Mulliken sau metoda orbitală moleculară (MO) este mai puțin intuitivă pentru chimiști, dar s-a dovedit capabilă să prezică proprietățile spectroscopice mai bine decât metoda VB. Această abordare este baza conceptuală a metodei Hartree-Fock și a metodelor ulterioare Post Hartree–Fock.
teoria funcțională a Densitățiiedit
modelul Thomas–Fermi a fost dezvoltat independent de Thomas și Fermi în 1927. Aceasta a fost prima încercare de a descrie sistemele cu mai mulți electroni pe baza densității electronice în loc de funcții de undă, deși nu a avut mare succes în tratamentul moleculelor întregi. Metoda a oferit baza pentru ceea ce este acum cunoscut sub numele de teoria funcțională a densității (DFT). DFT modern folosește metoda Kohn-Sham, unde densitatea funcțională este împărțită în patru termeni; energia cinetică Kohn–Sham, un potențial extern, energii de schimb și corelație. O mare parte din accentul pus pe dezvoltarea DFT este pe îmbunătățirea termenilor de schimb și de corelare. Deși această metodă este mai puțin dezvoltată decât metodele Post Hartree–Fock, cerințele sale de calcul semnificativ mai mici (scalarea de obicei nu mai rea decât N3 în ceea ce privește funcțiile de bază n, pentru funcționalele pure) îi permit să abordeze molecule poliatomice mai mari și chiar macromolecule. Această accesibilitate computațională și adesea o precizie comparabilă cu MP2 și CCSD(t) (metode Post-Hartree–Fock) a făcut-o una dintre cele mai populare metode în chimia computațională.