సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం
సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం (Theoretical chemistry) అనేది రసాయన శాస్త్రంలోని ఒక విభాగం. ఇది ఆధునిక రసాయన శాస్త్రం యొక్క సైద్ధాంతిక ఆయుధాగారంలో భాగంగా ఉండే సైద్ధాంతిక సాధారణీకరణలను అభివృద్ధి చేస్తుంది: ఉదాహరణకు, రసాయన బంధం, రసాయన చర్య, వేలెన్స్, స్థితి శక్తి ఉపరితలం, మాలిక్యులర్ ఆర్బిటాల్లు, ఆర్బిటాల్ పరస్పర చర్యలు మరియు అణువుల ఉత్తేజితం వంటి భావనలు.
అవలోకనం
సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం రసాయన శాస్త్రంలోని అన్ని విభాగాలకు సాధారణమైన సూత్రాలను మరియు భావనలను ఏకం చేస్తుంది. సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం యొక్క చట్రంలో, రసాయన చట్టాలు, సూత్రాలు మరియు నియమాల క్రమబద్ధీకరణ, వాటి శుద్ధీకరణ మరియు వివరణ, మరియు ఒక క్రమానుగత నిర్మాణాన్ని నిర్మించడం జరుగుతుంది. సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రంలో అణు వ్యవస్థల నిర్మాణం మరియు ధర్మాల మధ్య పరస్పర సంబంధం యొక్క సిద్ధాంతం కేంద్ర స్థానాన్ని ఆక్రమిస్తుంది. ఇది రసాయన వ్యవస్థల నిర్మాణాలు మరియు గతిశీలతను వివరించడానికి, మరియు వాటి థర్మోడైనమిక్ మరియు గతి ధర్మాలను పరస్పరం అనుసంధానించడానికి, అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు అంచనా వేయడానికి గణిత మరియు భౌతిక పద్ధతులను ఉపయోగిస్తుంది. అత్యంత సాధారణ అర్థంలో, ఇది సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రం పద్ధతుల ద్వారా రసాయన దృగ్విషయాలను వివరించడం. సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రంతో పోలిస్తే, రసాయన వ్యవస్థల యొక్క అధిక సంక్లిష్టత కారణంగా, సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం సుమారు గణిత పద్ధతులతో పాటు, తరచుగా సెమీ-ఎంపిరికల్ మరియు ఎంపిరికల్ పద్ధతులను ఉపయోగిస్తుంది.
ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, ఇది ప్రధానంగా క్వాంటం రసాయన శాస్త్రం, అంటే రసాయన శాస్త్రంలోని సమస్యలకు క్వాంటం మెకానిక్స్‌ను వర్తింపజేయడంపై ఆధారపడి ఉంది. ఇతర ప్రధాన భాగాలలో మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్, స్టాటిస్టికల్ థర్మోడైనమిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణాలు, చర్య నెట్‌వర్క్‌లు, పాలిమరైజేషన్, ఉత్ప్రేరక చర్య, మాలిక్యులర్ మాగ్నెటిజం మరియు స్పెక్ట్రోస్కోపీ సిద్ధాంతాలు ఉన్నాయి.
ఆధునిక సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రాన్ని స్థూలంగా రసాయన నిర్మాణం మరియు రసాయన గతిశీలత అధ్యయనంగా విభజించవచ్చు. మొదటిది వీటి అధ్యయనాలను కలిగి ఉంటుంది: ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం, స్థితి శక్తి ఉపరితలాలు మరియు ఫోర్స్ ఫీల్డ్స్; వైబ్రేషనల్-రొటేషనల్ చలనం; కండెన్స్‌డ్-ఫేజ్ వ్యవస్థలు మరియు స్థూల-అణువుల సమతుల్య ధర్మాలు. రసాయన గతిశీలతలో ఇవి ఉంటాయి: బైమాలిక్యులర్ కైనటిక్స్ మరియు చర్యల యొక్క కొలిషన్ థియరీ మరియు శక్తి బదిలీ; యూనిమాలిక్యులర్ రేట్ సిద్ధాంతం మరియు మెటాస్టేబుల్ స్థితులు; కండెన్స్‌డ్-ఫేజ్ మరియు మాక్రోమాలిక్యులర్ గతిశీలత అంశాలు.
సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్ర విభాగాలు
- క్వాంటం రసాయన శాస్త్రం
- రసాయన మరియు భౌతిక-రసాయన సమస్యలకు క్వాంటం మెకానిక్స్ లేదా ప్రాథమిక పరస్పర చర్యల అనువర్తనం. స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ మరియు అయస్కాంత ధర్మాలు తరచుగా మోడల్ చేయబడే వాటిలో ఉన్నాయి.
- కంప్యూటేషనల్ కెమిస్ట్రీ
- రసాయన శాస్త్రానికి శాస్త్రీయ కంప్యూటింగ్ అనువర్తనం, ఇందులో హార్ట్రీ-ఫోక్, పోస్ట్-హార్ట్రీ-ఫోక్, డెన్సిటీ ఫంక్షనల్ థియరీ, సెమీ-ఎంపిరికల్ పద్ధతులు (ఉదాహరణకు PM3) లేదా ఫోర్స్ ఫీల్డ్ పద్ధతులు వంటి ఉజ్జాయింపు పథకాలు ఉంటాయి. అణువు ఆకారం తరచుగా అంచనా వేయబడే ధర్మం. కంప్యూటర్లు వైబ్రేషనల్ స్పెక్ట్రా మరియు వైబ్రానిక్ కప్లింగ్‌ను కూడా అంచనా వేయగలవు, అలాగే ఇన్‌ఫ్రారెడ్ డేటాను సేకరించి ఫ్యూరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ద్వారా ఫ్రీక్వెన్సీ సమాచారంగా మార్చగలవు. అంచనా వేయబడిన వైబ్రేషన్లతో పోలిక అంచనా వేయబడిన ఆకృతికి మద్దతు ఇస్తుంది.
- మాలిక్యులర్ మోడలింగ్
- క్వాంటం మెకానిక్స్‌ను తప్పనిసరిగా సూచించకుండా అణు నిర్మాణాలను మోడల్ చేసే పద్ధతులు. ఉదాహరణలు మాలిక్యులర్ డాకింగ్, ప్రోటీన్-ప్రోటీన్ డాకింగ్, డ్రగ్ డిజైన్, కాంబినేటోరియల్ కెమిస్ట్రీ. ఆకారం మరియు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ యొక్క అమరిక ఈ గ్రాఫికల్ విధానంలో చోదక శక్తిగా ఉంటాయి.
- మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్
- పరమాణువులు మరియు అణువుల సముదాయం యొక్క కేంద్రకాల కదలికను అనుకరించడానికి క్లాసికల్ మెకానిక్స్ అనువర్తనం. ఒక సముదాయంలోని అణువుల పునర్వ్యవస్థీకరణ వాన్ డెర్ వాల్స్ శక్తులచే నియంత్రించబడుతుంది మరియు ఉష్ణోగ్రత ద్వారా ప్రోత్సహించబడుతుంది.
- మాలిక్యులర్ మెకానిక్స్
- పొటెన్షియల్స్ ద్వారా అంతర్గత మరియు అంతర్-అణు పరస్పర చర్య పొటెన్షియల్ ఎనర్జీ సర్ఫేస్ల మోడలింగ్. ఇవి సాధారణంగా అబ్ ఇనిషియో లెక్కల నుండి పారామీటరైజ్ చేయబడతాయి.
- గణిత రసాయన శాస్త్రం
- క్వాంటం మెకానిక్స్‌ను తప్పనిసరిగా సూచించకుండా గణిత పద్ధతులను ఉపయోగించి అణు నిర్మాణాన్ని చర్చించడం మరియు అంచనా వేయడం. టోపాలజీ అనేది గణితశాస్త్రంలోని ఒక విభాగం, ఇది క్లస్టర్లు వంటి సౌకర్యవంతమైన పరిమిత పరిమాణాల శరీరాల ధర్మాలను అంచనా వేయడానికి పరిశోధకులకు అనుమతిస్తుంది.
- రసాయన గతిశాస్త్రం
- రియాక్టివ్ రసాయనాలు, యాక్టివేటెడ్ కాంప్లెక్స్ మరియు వాటికి సంబంధించిన అవకలన సమీకరణాలతో అనుబంధించబడిన డైనమికల్ సిస్టమ్ల సైద్ధాంతిక అధ్యయనం.
- కెమిన్ఫర్మేటిక్స్ (దీనిని కీమోఇన్ఫర్మేటిక్స్ అని కూడా పిలుస్తారు)
- రసాయన శాస్త్ర రంగంలో సమస్యలను పరిష్కరించడానికి సమాచారాన్ని సేకరించడానికి కంప్యూటర్ మరియు సమాచార సాంకేతికతల ఉపయోగం.
- కెమికల్ ఇంజనీరింగ్
- పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి నిర్వహించడానికి పారిశ్రామిక ప్రక్రియలకు రసాయన శాస్త్రం యొక్క అనువర్తనం. ఇది కొత్త మరియు ఇప్పటికే ఉన్న ఉత్పత్తులు మరియు తయారీ ప్రక్రియల అభివృద్ధి మరియు మెరుగుదలకు అనుమతిస్తుంది.
- రసాయన థర్మోడైనమిక్స్
- రసాయన చర్యలు మరియు ప్రక్రియలలో వేడి, పని మరియు శక్తి మధ్య సంబంధం యొక్క అధ్యయనం, చర్య యొక్క స్వచ్ఛందత మరియు సమతుల్యతను అర్థం చేసుకోవడానికి ఎంట్రోపీ, ఎంథాల్పీ మరియు గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీపై దృష్టి సారిస్తుంది.
- స్టాటిస్టికల్ మెకానిక్స్
- రసాయన వ్యవస్థల యొక్క థర్మోడైనమిక్ ధర్మాలను అంచనా వేయడానికి మరియు వివరించడానికి స్టాటిస్టికల్ మెకానిక్స్ అనువర్తనం, ఇది అణు ప్రవర్తనను స్థూల ధర్మాలతో అనుసంధానిస్తుంది.
సన్నిహిత విభాగాలు
చారిత్రాత్మకంగా, సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం యొక్క ప్రధాన అనువర్తన రంగం ఈ క్రింది పరిశోధనా రంగాలలో ఉంది:
- అణు భౌతిక శాస్త్రం: ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పరమాణు కేంద్రకాలతో వ్యవహరించే విభాగం.
- మాలిక్యులర్ ఫిజిక్స్: అణు కేంద్రకాల చుట్టూ ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు మరియు కేంద్రకాల కదలికల విభాగం. ఈ పదం సాధారణంగా వాయు దశలో కొన్ని పరమాణువులతో తయారైన అణువుల అధ్యయనాన్ని సూచిస్తుంది. కానీ మాలిక్యులర్ ఫిజిక్స్ అనేది అణువుల పరంగా రసాయనాల యొక్క స్థూల ధర్మాల అధ్యయనం అని కూడా కొందరు భావిస్తారు.
- భౌతిక రసాయన శాస్త్రం మరియు రసాయన భౌతిక శాస్త్రం: లేజర్ పద్ధతులు, స్కానింగ్ టన్నెలింగ్ మైక్రోస్కోప్ మొదలైన భౌతిక పద్ధతుల ద్వారా పరిశోధించబడిన రసాయన శాస్త్రం. రెండు రంగాల మధ్య అధికారిక వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, భౌతిక రసాయన శాస్త్రం రసాయన శాస్త్రంలో ఒక విభాగం, అయితే రసాయన భౌతిక శాస్త్రం భౌతిక శాస్త్రంలో ఒక విభాగం. ఆచరణలో ఈ వ్యత్యాసం చాలా అస్పష్టంగా ఉంటుంది.
- మెనీ-బాడీ థియరీ: పెద్ద సంఖ్యలో భాగాలను కలిగి ఉన్న వ్యవస్థలలో కనిపించే ప్రభావాలను అధ్యయనం చేసే విభాగం. ఇది క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రం – ఎక్కువగా సెకండ్ క్వాంటైజేషన్ ఫార్మలిజం – మరియు క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్పై ఆధారపడి ఉంటుంది.
అందువల్ల, సైద్ధాంతిక రసాయన శాస్త్రం ఒక పరిశోధనా విభాగంగా ఉద్భవించింది. డెన్సిటీ ఫంక్షనల్ థియరీ మరియు మాలిక్యులర్ మెకానిక్స్ వంటి ఇతర పద్ధతుల పెరుగుదలతో, అనువర్తన పరిధి జీవరసాయన శాస్త్రం, కండెన్స్‌డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్, నానోటెక్నాలజీ లేదా మాలిక్యులర్ బయాలజీ వంటి రసాయన శాస్త్రం మరియు భౌతిక శాస్త్రంలోని ఇతర రంగాలకు సంబంధించిన రసాయన వ్యవస్థలకు విస్తరించబడింది.
ఇవి కూడా చూడండి
గ్రంథ పట్టిక
- Attila Szabo and Neil S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, Dover Publications; New Ed edition (1996) ISBN 0-486-69186-1, ISBN 978-0-486-69186-2
- Robert G. Parr and Weitao Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford Science Publications; first published in 1989; ISBN 0-19-504279-4, ISBN 0-19-509276-7
- D. J. Tannor, V. Kazakov and V. Orlov, Control of Photochemical Branching: Novel Procedures for Finding Optimal Pulses and Global Upper Bounds, in Time Dependent Quantum Molecular Dynamics, J. Broeckhove and L. Lathouwers, eds., 347–360 (Plenum, 1992)
మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Theoretical chemistry” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Theoretical_chemistry ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.
