Раздел химии, использующий квантовую механику для моделирования и предсказания молекулярного поведения и свойств.Квантовая химия — это раздел химии, который применяет квантовую механику для моделирования и предсказания поведения молекул, включая их структуру, реакционную способность и такие свойства, как уровни энергии и спектры. В отличие от классической химии, которая рассматривает электроны как точечные частицы, движущиеся по детерминированным траекториям, квантовая химия описывает их волновыми функциями, подчиняющимися уравнению Шрёдингера. Это позволяет точно предсказывать такие явления, как химическая связь, скорости реакций и молекулярные колебания, что необходимо для понимания всего — от горения до биохимии.
Область была основана в конце 1920-х годов, когда Вальтер Гайтлер и Фриц Лондон применили квантовую механику к молекуле водорода, а затем в 1930-х годах Дуглас Хартри и Владимир Фок разработали теорию Хартри — Фока.
Центральная задача — решение многочастичного уравнения Шрёдингера для системы ядер и электронов. Поскольку точные решения невозможны для всех молекул, кроме простейших, квантовая химия опирается на приближения, такие как приближение Борна — Оппенгеймера (разделение движения ядер и электронов), теория Хартри — Фока и более продвинутые методы, например метод связанных кластеров или теория функционала плотности (DFT). Эти методы итеративно уточняют приближенную волновую функцию, минимизируя энергию системы, что позволяет получать геометрию молекул, энергии связей и другие наблюдаемые свойства.
Квантовая химия используется при разработке лекарств для предсказания взаимодействия молекул с белками, в материаловедении — для создания новых катализаторов и полупроводников, а также в астрохимии — для моделирования реакций в межзвездном пространстве.
Теория функционала плотности, метод квантовой химии, настолько широко используется, что на нее приходится значительная доля всего суперкомпьютерного времени в мире.
