La rama de la química que utiliza la mecánica cuántica para modelar y predecir el comportamiento y las propiedades moleculares.La química cuántica es la rama de la química que aplica la mecánica cuántica para modelar y predecir el comportamiento de las moléculas, incluyendo su estructura, reactividad y propiedades como los niveles de energía y los espectros. A diferencia de la química clásica, que trata a los electrones como partículas puntuales que siguen trayectorias deterministas, la química cuántica los considera como funciones de onda descritas por la ecuación de Schrödinger. Esto permite predicciones precisas de fenómenos como el enlace químico, las velocidades de reacción y las vibraciones moleculares, que son esenciales para entender desde la combustión hasta la bioquímica.
El campo se fundó a finales de la década de 1920 con el tratamiento mecanocuántico de la molécula de hidrógeno por Walter Heitler y Fritz London, seguido del desarrollo de la teoría de Hartree-Fock por Douglas Hartree y Vladimir Fock en la década de 1930.
El desafío central es resolver la ecuación de Schrödinger de muchos cuerpos para un sistema de núcleos y electrones. Dado que las soluciones exactas son imposibles para todas las moléculas excepto las más simples, la química cuántica se basa en aproximaciones como la aproximación de Born-Oppenheimer (que separa el movimiento nuclear y electrónico), la teoría de Hartree-Fock y métodos más avanzados como el acoplamiento de clústeres o la teoría del funcional de la densidad (DFT). Estos métodos refinan iterativamente una función de onda aproximada para minimizar la energía del sistema, obteniendo geometrías moleculares, energías de enlace y otras propiedades observables.
La química cuántica se utiliza en el diseño de fármacos para predecir cómo interactúan las moléculas con las proteínas, en la ciencia de materiales para diseñar nuevos catalizadores y semiconductores, y en la astroquímica para modelar reacciones en el espacio interestelar.
La teoría del funcional de la densidad, un método de química cuántica, es tan utilizada que representa una fracción significativa de todo el tiempo de supercomputación en el mundo.
