Laskennallinen kemia
Laskennallinen kemia on kemian osa-alue, jossa käytetään tietotekniikkaa kemiallisten ongelmien ratkaisemiseen. Nämä ohjelmat laskevat molekyylien ja kiinteiden aineiden rakenteita ja ominaisuuksia. Laskennallinen kemia täydentää yleensä kemiallisista kokeista saatua tietoa. Sillä voidaan ennustaa kemiallisia ilmiöitä, joita ei ole vielä havaittu. Sitä käytetään laajalti uusien lääkkeiden ja materiaalien suunnittelussa.
Laskennallisella kemialla voidaan ennustaa rakenne (eli molekyylin atomien odotetut sijainnit), absoluuttiset ja suhteelliset (vuorovaikutus)energiat, elektronisten varausten jakaumat, dipolit ja korkeammat monipolimomentit, värähtelytaajuudet, reaktiivisuus tai muut spektroskooppiset suureet sekä ristikkäisleikkaukset törmäyksissä muiden hiukkasten kanssa.
Laskennallisessa kemiassa tarkastellaan sekä staattisia että dynaamisia järjestelmiä. Kaikissa tapauksissa tutkittavan järjestelmän koon kasvaessa myös käytetty tietokoneaika ja muut resurssit (kuten muisti ja levytila) kasvavat. Järjestelmä voi olla yksittäinen molekyyli, molekyyliryhmä tai kiinteä aine. Laskennallisen kemian menetelmät vaihtelevat erittäin tarkoista hyvin likimääräisiin. Erittäin tarkat menetelmät ovat yleensä toteutettavissa vain pienille systeemeille.
Molekyylimekaniikan potentiaalienergiafunktio, jota käytetään Folding@Homen kaltaisissa ohjelmissa simuloimaan molekyylien liikkumista ja käyttäytymistä.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on laskennallinen kemia?
V: Laskennallinen kemia on kemian osa-alue, jossa käytetään tietojenkäsittelyä kemiallisten ongelmien ratkaisemisessa. Sen avulla voidaan laskea molekyylien ja kiinteiden aineiden rakenteita ja ominaisuuksia, ennustaa kemiallisia ilmiöitä, joita ei ole vielä havaittu, ja suunnitella uusia lääkkeitä ja materiaaleja.
K: Millaisia järjestelmiä laskennallinen kemia tarkastelee?
V: Laskennallinen kemia tarkastelee sekä staattisia että dynaamisia järjestelmiä. Systeemi voi olla yksittäinen molekyyli, molekyyliryhmä tai kiinteä aine.
K: Millaista tietoa laskennallinen kemia voi tarjota?
V: Laskennallinen kemia voi tarjota tietoa esimerkiksi rakenteesta (atomien sijainnit), absoluuttisista ja suhteellisista energioista, elektronisten varausten jakaumista, dipoleista ja korkeammista monipolimomenteista, värähtelytaajuuksista, reaktiivisuudesta tai muista spektroskooppisista suureista sekä ristikkäisleikkauksista törmätessä muiden hiukkasten kanssa.
K: Kuinka tarkkoja laskennallisessa kemiassa käytetyt menetelmät ovat?
V: Laskennallisessa kemiassa käytettävien menetelmien tarkkuus vaihtelee erittäin tarkasta hyvin likimääräiseen. Erittäin tarkat menetelmät ovat yleensä mahdollisia vain pienille systeemeille.
K: Miten laskennallinen kemia täydentää kokeellista tietoa?
V: Laskennallinen kemia täydentää yleensä kemiallisista kokeista saatua tietoa. Sen avulla voidaan ennustaa tuloksia, joita ei ole vielä havaittu kokeellisesti.
K: Vaikuttaako tutkittavan järjestelmän koko siihen, kuinka paljon tietokoneaikaa tarvitaan?
V: Kyllä - tutkittavan järjestelmän koon kasvaessa myös analyysiin tarvittava tietokoneaika sekä resurssit, kuten muisti ja tallennukseen tarvittava levytila, kasvavat.
