فصل

مباني كوانتومي

1-    مباني كوانتوم (DFT,LDA, شيب تعميم يافته مجموعه پايه انرژي پتانسيل بهينه سازي و...)

2-    مروري روشهاي كوانتومي براي كريستالها

دو روش براي حل مسائل شيمي به صورت تئوري وجود دارد: شيمي تئوري محاسباتي و شيمي تئوري غير محاسباتي. شيمي تئوري محاسباتي به محاسبات عددي ساختارهاي الکتروني مولکولها و اندرکنش‌هاي مولکولي مربوط مي‌شود. اما شيمي غير محاسباتي به توصيف تحليلي مولکولها و فرمول‌بندي آنها به صورت دستي اطلاق مي‌شود.

شيمي محاسباتي به توصيف رياضي از شيمي گفته مي‌شود و زماني استفاده مي‌گردد که يک روش رياضي توسط کامپيوتر براي انجام محاسبات به کار رود. اين شاخه از شيمي کاربردي از شيمي و رياضي و مهارت‌هاي محاسباتي براي حل مسائل شيمي است. همچنين مي‌تواند داده‌هايي که در توافق با داده‌هاي تجربي است براي ساختارها و مواد واکنش بدست آورد. اين محاسبات بر پايه مکانيک کلاسيک، مكانيك کوانتومي و ترموديناميک آماري انجام مي‌شود.

اين روش به شيميدان کمک مي‌کند تا پيش‌بيني‌هاي لازم را قبل ازانجام آزمايشات تجربي داشته باشد و بتواند آماده‌سازي بهتري براي بدست آوردن نتايج مناسب‌تر فراهم نمايد. همچنين مي‌توان از اين روش جهت بررسي موادي که تهيه آنها مشکل وگران است استفاده نمود. شيمي محاسباتي را مي‌توان در زمينه‌هاي مختلف شيمي از جمله طراحي مواد و داروهاي جديد به کار برد. زمينه‌هاي کاربردي آن شامل مدل‌سازي مولکولي شيمي پليمر و شيمي دارويي است. شيميدانهاي محاسباتي بايستي از هر دو زمينه شيمي و کامپيوتر آگاه باشند.

يکي از نرم‌افزارهاي محاسباتي نرم‌افزار گوسين است. باتوجه به قابليت‌هاي اين نرم افزار (که در بخش‌هاي بعد به آن اشاره خواهد شد) در اين پروژه بعضي از اجزاي تشکيل دهنده کاتاليست BaTiO₃ از نقطه نظرتئوري توسط اين نرم افزار قدرتمند مورد بررسي قرار گرفته است.

تاريخچه شيمي محاسباتي

تاريخ گسترش شيمي محاسباتي بسيار اندك است به طوري که در سي سال گذشته هنوز شيمي کوانتوم به طور گسترده مورد توجه نبود. اولين مقاله در مورد مکانيک مولکولي در سال 1925 ارائه شد [1]. پس از آن در سال 1926 شرودينگر اولين مقاله خود را در زمينه مکانيک مولکولي ارائه داد [2]. در سال 1931 هوکل تئوري الکترونهايπ  را بيان كرد [3]. در حالي که مقالات متعددي در زمينه استفاده از کامپيوتر در شيمي ارائه مي‌شد در دهه 1960 و 1970 اولين شرکت‌هاي ارائه مدل سازي به نامهاي شرکت طراحي مولکولي[1] (در سال 1978) و شرکت همکاران تريپاس[2] (در سال1979 ) ايجاد شدند.

اولين کامپيوتر در سال 1943 به نام اينياک[3] به سفارش ارتش ايالت متحده ساخته شد. پس از آن درسال 1955 شخصي به نام سکر[4] اولين مقاله خود را براساس محاسبات روشهاي کوانتومي براي سيستم‌هاي مولکولي بزرگ مانند نيتروژن ارائه داد. سپس ساخت نرم افزارهاي محاسباتي آغاز گرديد. در سال 1980 نرم افزار گمس[5] توسط شخصي به نام مايکل دوپليس[6] و همکارانش ساخته شد. در سال 1987 شرکت گوسين در پني سيلويا توسط شخصي به نام جان پوپل[7] ايجاد شد که اين شرکت تنها توزيع کننده برنامه گوسين در آن زمان بود. جايزه نوبل شيمي در سال 1988 به والتر کوهن[8] و جان پوپل به دليل ارائه روشهاي نوين محاسباتي در شيمي کوانتوم تعلق گرفت.