det första steget i att lösa ett kvantkemiskt problem är vanligtvis att lösa Schr Auskuldinger-ekvationen (eller Dirac-ekvationen i relativistisk kvantkemi) med den elektroniska molekylära Hamiltonian. Detta kallas bestämning av molekylens elektroniska struktur. Man kan säga att den elektroniska strukturen hos en molekyl eller kristall i huvudsak innebär dess kemiska egenskaper. En exakt lösning för Schr Ozbokdinger-ekvationen kan endast erhållas för väteatomen (även om exakta lösningar för vätemolekyljonens bundna tillståndsenergier har identifierats i termer av den generaliserade Lambert W-funktionen). Eftersom alla andra atom -, eller molekylära system, involverar rörelser av tre eller flera” partiklar”, kan deras Schr Baccoldinger-ekvationer inte lösas exakt och så ungefärliga lösningar måste sökas.
Valens bondredigera
även om den matematiska grunden för kvantkemi hade lagts av Schr Babbidinger 1926, är det allmänt accepterat att den första sanna beräkningen i kvantkemi var den för de tyska fysikerna Walter Heitler och Fritz London på väte (H2) – molekylen 1927. Heitler och Londons metod utvidgades av den amerikanska teoretiska fysikern John C. Slater och den amerikanska teoretiska kemisten Linus Pauling för att bli valence-bond (VB) – metoden. I denna metod ägnas uppmärksamhet främst åt parvisa interaktioner mellan atomer, och denna metod korrelerar därför nära med klassiska kemisters ritningar av bindningar. Den fokuserar på hur atomorbitalerna i en atom kombineras för att ge individuella kemiska bindningar när en molekyl bildas, med de två nyckelbegreppen orbitalhybridisering och resonans.
Molekylär orbitalEdit
ett alternativt tillvägagångssätt utvecklades 1929 av Friedrich Hund och Robert S. Mulliken, där elektroner beskrivs av matematiska funktioner delokaliserade över en hel molekyl. Hund-Mulliken-metoden eller molecular orbital (MO) – metoden är mindre intuitiv för kemister, men har visat sig kunna förutsäga spektroskopiska egenskaper bättre än VB-metoden. Detta tillvägagångssätt är den konceptionella grunden för Hartree-Fock-metoden och ytterligare Post Hartree–Fock-metoder.
Densitetsfunktionsteoredit
Thomas–Fermi-modellen utvecklades oberoende av Thomas och Fermi 1927. Detta var det första försöket att beskriva många elektronsystem på grundval av elektronisk densitet istället för vågfunktioner, även om det inte var särskilt framgångsrikt vid behandling av hela molekyler. Metoden gav grunden för vad som nu kallas density functional theory (DFT). Modern DFT använder Kohn-Sham-metoden, där densitetsfunktionen är uppdelad i fyra termer; Kohn–Sham kinetisk energi, en extern potential, utbyte och korrelationsenergier. En stor del av fokuset på att utveckla DFT är att förbättra utbytes-och korrelationsvillkoren. Även om denna metod är mindre utvecklad än Post Hartree–Fock-metoder, tillåter dess signifikant lägre beräkningskrav (skalning vanligtvis inte värre än n3 med avseende på N-basfunktioner, för de rena funktionalerna) att den hanterar större polyatomiska molekyler och till och med makromolekyler. Denna beräknings överkomliga priser och ofta jämförbar noggrannhet med MP2 och CCSD(t) (post-Hartree–Fock metoder) har gjort det till en av de mest populära metoderna inom beräkningskemi.