Química computacional

La química computacional ye una caña de la química qu'utiliza ordenadores p'ayudar a estudiar y resolver problemes químicos al traviés de l'aplicación de modelos y simulaciones computacionales de sistemes moleculares. Utiliza teoríes, conceutos y modelos de la química teórica, basaos en tratamientos físicos de la materia provenientes de la física clásica, cuántica y la mecánica estadística, incorporaos en software científicu especialmente diseñáu pa calcular la estructura y/o les propiedaes estátiques y dinámiques de molécules y agregaos moleculares n'estáu gaseosu y en solución y de cuerpos sólidos. Mientres les sos resultancies complementen la información que puede llograse n'esperimentos químicos, pueden, n'otros casos, predicir fenómenos químicos ensin reparar a la fecha, empobinando'l diseñu de nueva actividá esperimental o sustituyendo l'ausencia d'otru conocencia empírica en problemes onde'l diseñu esperimental tien acomuñáu un altu costu económicu y/o l'esperimentu empíricu resulta impracticable nos términos actuales. La química computacional ye llargamente utilizada dende va delles décades nel diseñu de nueves melecines y materiales.

Exemplos de propiedaes moleculares estudiaes nesti campu son la estructura molecular a nivel atómicu (i.e. la posición de los átomos constituyentes de les molécules nel espaciu, que definen la so arquiteutura molecular) y electrónicu (i.e., la distribución de carga electrónica na molécula, que completa la definición de la forma molecular), la enerxía absoluta y Interacción d'enerxía relativa (acomuñada a la estabilidá del sistema molecular n'estudiu), propiedaes llétriques como'l dipolo llétricu y los momentos multipolares d'orde cimeru, frecuencies vibracionales que dexen estudiar l'espectru infrarroxu de molécules y otres magnitúes espectrales y seiciones eficaces pal choque con otres partícules. Adicionalmente ye posible antemanar la capacidá d'interacción de les molécules que determinen la reconocencia molecular (esto puede describise con métodos clásicos o de mecánica molecular, MM y con métodos de la química cuántica, QM), antemanar la so reactividá químicaxeneral y específica con base en distintos indicadores derivaos de la estructura electrónica (esto rique métodos de la química cuántica QM o mistos QM/MM) y tamién analizar mecanismo de reacción.

Los métodos emplegaos cubren situaciones estátiques y dinámiques. En tolos casos, hai requerimientos computacionales asociaos (costu computacional del estudiu) qu'inclúin el tiempu de cálculu (qu'aumenta rápido a midida que el tamañu del sistema estudiáu crez y/o s'utilicen modelos y métodos más sofisticaos, que dexen llegar a describir el sistema con mayor grau de detalle, daqué que non siempres ye necesariu, dependiendo de les propiedaes que pretende estudiase) y la capacidá d'almacenamientu de la información nel hardware emplegáu. El sistema baxu estudiu puede ser una única molécula aisllada o un grupu d'éstes en distintos estaos d'agregamientu o un cuerpu sólidu. Polo xeneral esiste una tensión ente'l tamañu del sistema n'estudiu y el grau de detalle que puede algamar nel mesmu. Tolos métodos de la química computacional impliquen na so formulación dalgún grau d'aproximamientu, qu'implica polo tanto fortaleces y debilidaes que tienen de conocese a la d'escoyer un métodu fayadizu pa estudiar un sistema y propiedaes concretes del mesmu. Los métodos emplegaos pa estudiar la estructura pueden clasificase nuna primera gran división en métodos clásicos o de mecánica molecular (MM) y métodos cuánticos (QM). En tantu los primeres lleguen solamente hasta'l detalle atómicu, los segundos facer hasta'l nivel de detalle electrónicu. Dientro de los métodos cuánticos, pueden estremase los llamaos métodos ab initio, (a primeros principios) y los métodos semi-empíricos, qu'introducen un mayor númberu d'aproximamientos y parámetros (que pueden derivase d'información empírica o de cálculos de mayor nivel) na so formulación.

 Historia 
Sobre la base de los descubrimientos y la teoría na historia de la mecánica cuántica, los primeros cálculos teóricos en química fueron los de Walter Heitler y Fritz London en 1927. Los llibros qu'influyeron los entamos de la química cuántica computacional inclúin: Introduction to Quantum Mechanics – with Applications to Chemistry de Linus Pauling y Y. Bright Wilson, 1935; Quantum Chemistry de Henry Eyring, John Walter y George Kimball, 1944; Elementary Wave Mechanics – with Applications to Quantum Chemistry de Walter Heitler, 1945 y más tarde el llibru Valence de Charles Coulson, que sirvieron de referencia primaria pa los químicos en décades posteriores.

Col desenvolvimientu d'eficiente teunoloxía computacional, nos 40' les soluciones d'ellaboraes ecuaciones d'onda para complexos sistemes atómicos empiecen a ser un oxetivu realizable. A empiezos de los 50' fueron llevaos a cabu los primeros cálculos orbitales atómicos semi-empíricos. Químicos teóricos convertir nuna gran cantidá d'usuarios de los primeros ordenadores dixitales. Una bien detallada descripción d'esi usu nel Reinu Xuníu ta dau por Smith y Sutcliffe.Smith, S. J.; Sutcliffe B. T., (1997). "The development of Computational Chemistry in the United Kingdom". Reviews in Computational Chemistry 70: 271 - 316. El primer cálculu ab initio foi'l métodu de Hartree-Fock sobre molécules diatómicas, que llevóse a cabu en 1956 nel MIT usando un conxuntu de funciones de base del tipu orbitales de Slater. Pa molécules diatómicas, un estudiu sistemáticu utilizando un conxuntu base mínimu y los primeros cálculos de les más grandes conxuntos bases fueron publicaos por Ransil y Nesbet respeutivamente en 1960.Schaefer, Henry F. III (1972). The electronic structure of atoms and molecules. Reading, Massachusetss: Addison-Wesley Publishing Co., 146. El primer cálculu poliatómico usando funciones Gaussianas fueron llevaos a cabu a finales de los 50'. Los primeru cálculos d'interacción de configuraciones fueron realizaes en Cambridge nel ordenador EDSAC nos 50' por S. Francis Boys y los sos compañeros de trabayu, usando funciones Gaussianas.Boys, S. F.; Cook G. B., Reeves C. M., Shavitt, I. (1956). "Automatic fundamental calculations of molecular structure". Nature 178 (2): 1207. En 1971, cuando una bibliografía de cálculos ab initio foi publicada,Richards, W. G.; Walker T. Y. H and Hinkley R. K. (1971). A bibliography of ab initio molecular wave functions. Oxford: Clarendon Press. les molécules más grandes incluyíes fueron la naftalina y el azuleno.Preuss, H. (1968). International Journal of Quantum Chemistry 2: 651.Buenker, R. J.; Peyerimhoff S. D. (1969). Chemical Physics Letters 3: 37. Resumes de munchos de los primeros desarrollos na teoría ab initio fueron publicaes por Schaefer.Schaefer, Henry F. III (1984). Quantum Chemistry. Oxford: Clarendon Press.

En 1964, cálculos del métodu Hückel, que son un simple métodu CLOA pa la determinación de la enerxía d'electrones d'órbites moleculares de  electrones en sistemes conxugaos d'hidrocarburos, que van dende sistemes senciellos tales como'l butadieno o'l bencenu hasta'l ovaleno con 10 aniellos fundíos d'a 6, fueron xeneraos n'ordenadores en Berkeley y Oxford.Streitwieser, A.; Brauman J. I. and Coulson C. A. (1965). Supplementary Tables of Molecular Orbital Calculations. Oxford: Pergamon Press. Estos métodos empíricos fueron reemplazaos nos 60' por métodos semi-empíricos tales como CNDO.Pople, John A.; David L. Beveridge (1970). Approximate Molecular Orbital Theory. New York: McGraw Hill.

A empiezos de los 70', eficientes programes computacionales ab initio tales como ATMOL, Gaussian, IBMOL y POLYAYTOM empiecen a ser utilizaos p'acelerar los cálculos ab initio d'órbites moleculares. D'estos programes namái Gaussian, masivamente espandíu, ta entá n'usu, siendo unu de los tantos utilizaos anguaño. Coles mesmes, los métodos de mecánica molecular, tales como MM2, fueron desenvueltos principalmente por Norman Allinger.Allinger, Norman (1977). "Conformational analysis. 130. MM2. A hydrocarbon force field utilizing V1 and V2 torsional terms". Journal of the American Chemical Society 99: 8127-8134.

Una de les primeres vegaes que'l términu "química computacional" foi mentáu pue ser atopáu nel llibru Computers and Their Role in the Physical Sciences de 1970, escritu por Sidney Fernbach y Abraham Haskell Taub, onde dicen: "Paez, poro, que la 'química computacional' puede finalmente ser más y más una realidá".Fernbach, Sidney; Taub, Abraham Haskell (1970). Computers and Their Role in the Physical Sciences. Routledge. ISBN 0-677-14030-4. Mientres los 70', distintos métodos empiecen a ser vistos como parte d'una nueva disciplina emerxente de química computacional.Reviews in Computational Chemistry vol 1, preface. La primer publicación del jornal de química computacional foi publicáu en 1980.

 Conceutos 
El términu "química teórica" puede ser definíu como una descripción matemática de la química o, en forma más amplia, tomando tol andamiaxe conceptual que traviesa les teoríes, concepto y modelos de la química (este ye una tema n'alderique dientro del terrén de la filosofía de la química), ente que'l términu "química computacional " ye usualmente usáu cuando un métodu físicu-matemáticu ta lo suficientemente bien desenvueltu pa la so aplicación a sistemes moleculares en forma relativamente automatizada, implementáu nun paquete computacional. Magar bien pocos aspeutos de la química pueden ser calculaos de manera exacta, estes metodoloxíes tienen errores abondo bien definíos contra los datos esperimentales esistentes, que dexen la determinación de propiedaes moleculares dientro de lo que se conoz como "precisión química". Sicasí, casi cualquier aspeutu de la química puede ser descritu de manera cualitativa, semi-cuantitativa o inclusive cuantitativamente por aciu un esquema computacional.

Les molécules tán conformaes por nucleos atómicos y electrones, de manera que la teoría y modelos de la mecánica cuántica pueden ser aplicaos a la so descripción. Lo más frecuente ye que los químicos computacionales planteguen y resuelvan la ecuación de Schrödinger non relativista, incorporando a posteriori correiciones relativistes cuando esto ye indispensable pa llograr una correuta descripción del sistma. Teóricamente, ye posible resolver en forma exacta la ecuación de Schrödinger molecular, yá sía na so forma dependiente del tiempu o na so forma independiente del tiempu, pero na práutica esto namái ye posible pa sistemes bien pequeños. Poro, desenvolviéronse una gran variedá de métodos averaos empobinaos a algamar el meyor equilibriu ente la viabilidá del cálculu, el so costu y la precisión de la resultancia llograos. La precisión puede siempres ser ameyorada amontando'l costu computacional. La química computacional actual dexa calcular con exactitú de manera rutinaria les propiedaes de les molécules que contienen cientos d'átomos (y los electrones correspondientes), con errores pa la enerxía que pueden tar per debaxo de 1 kcal/mol. Tocantes a los aspeutos estructurales a nivel atómicu (la xeometría molecular) ye posible predicir llargores d'enllaz con errores d'unos pocos picómetros (pm) y los ángulos d'enllaz con errores del orde de . El tratamientu de grandes molécules ye computacionalmente abordable por aciu otros métodos averaos tales como los basaos na teoría del funcional de la densidá (DFT, del inglés density functional theory). Esiste dalgún discutiniu nel campu sobre si los métodos teóricos son abondo exactos pa describir reacciones químiques complexes, como les arreyaes en problemes de la bioquímica. Les macromolécules pueden ser estudiaes per mediu de métodos cuánticos semi-empíricos o por métodos de la mecánica clásica, tamién llamaos métodos de mecánica molecular.(MM).

Na química teórica, químicos, físicos, matemáticos ya informáticos desenvuelven modelos, algoritmos y software pa predicir propiedaes atómiques y moleculares y p'atopar mecanismos de reacciones químiques. Otra manera, los químicos computacionales empleguen programes y metodoloxíes esistentes pa dar respuesta a entrugues químiques específiques. 

Hai dos tipos de desafíos distintos pa la química computacional:
 Estudios empobinaos a empobinar la síntesis de llaboratoriu de nueves sustancies con propiedaes deseyaes de cara a un determináu usu o p'ayudar a entender en mayor fondura información llograda esperimentalmente (por casu la posición y orixe de les señales espectroscópicas d'una molécula).
 Estudios empobinaos a predicir molécules hasta la fecha totalmente desconocíes, propiedaes que nun se puede determinar esperimentalmente o esplorar mecanismos de reacción qu'hasta la fecha nun foi fácil determinar por aciu esperimentos.

Asina, la química computacional puede ayudar a los químicos esperimentales nel so trabayu o puede desafiar a atopar oxetos químicos totalmente nuevos.

Dientro de la química computacional destaquen importantes árees:
 La predicción de la estructura molecular a nivel atómicu por aciu l'usu de métodos clásicos o llegando al detalle electrónicu al traviés de los métodos de la química cuántica. Esto realízase alcontrando puntos estacionarios (gradiente nulu) sobre la hipersuperficie d'enerxía potencial correspondiente al sistema que s'esquiza variando la posición de los nucleos atómicos (procedimientu conocíu como optimización de xeometría).
 Almacenamientu y busca de datos n'entidaes químiques.
 Determinación de correllaciones ente la estructura química y propiedaes d'interés químicu y/o biolóxicu que dexen construyir modelos predictivos cuantitativos (QSPR y QSAR).
 Llabor de modelización computacional p'ayudar a una eficiente síntesis de componentes.
 Llabor de diseñu in silico de molécules capaces d'interactuar de forma específica con otres molécules (e.g. diseñu de fármacus).

 Métodos 
Una mesma fórmula molecular puede representar un númberu ampliu d'isómeros. Cada isómero corresponder con un mínimu llocal de la superficie d'enerxía potencial del sistema molecular (resultante de considerar la enerxía de los electrones más la enerxía de repulsión nuclear) como una función de les coordenaes nucleares. Un puntu estacionariu correspuende a una xeometría tal que la derivada de la enerxía con al respective de tolos desplazamientos de los nucleos val cero. Un mínimu local (d'enerxía potencial molecular) ye un puntu estacionariu pal que tolos desplazamientos nucleares conducen a un aumentu de la enerxía, polo tanto acomuñóse con formes estables del sistema. El mínimu llocal de nás baxa enerxía ye llamáu mínimu global y correspuende al isómero más estable. Cuando un cambéu nuna coordenada en particular de la estructura lleva a un amenorgamientu de la enerxía total en dambes direiciones, el puntu estacionariu correspuende a un estáu de transición y la coordenada pa la que ye un máximu, ye la coordenada de reacción. Esti procesu de determinar los puntos estacionarios ye llamáu optimización xeométrica.

La determinación de la estructura molecular vía optimización xeométrica convertir nuna rutina namái cuando métodos eficientes pal cálculu de la primer derivada de la enerxía con al respective de toles coordenaes atómiques tuvieren disponibles. La evaluación de les segundes derivaes dexa la predicción de les frecuencies vibratories suponiendo movimientos harmónicos. Les frecuencies tán rellacionaes colos valores propios de la matriz de segundes derivaes (la matriz hessiana). Si los valores propios son toos positivos, entós les frecuencies son toes reales y el puntu estacionariu ye un mínimu local. Si un valor propiu ye negativu (una frecuencia imaxinaria), el puntu estacionariu ye un estáu de transición. Si más d'un valor propiu ye negativu'l puntu estacionariu ye más coplejo entá, y usualmente de poco interés. Cuando s'atopa, ye necesariu mover la busca fora d'él, si ta buscándose un mínimu local y un estáu de transición.

La enerxía total ta determinada por una solución averada de la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempu, usualmente incluyendo términos non relativistes, y faciendo usu de l'aproximamientu de Born-Oppenheimer, que, basada nes más altes velocidaes de los electrones en comparanza colos nucleos, dexando la separación de movimientos electrónicos y nucleares, simplificando la ecuación de Schrödinger. Esto conduz a la evaluación de la enerxía total como una suma d'enerxía electrónica nes posiciones fixes del nucleu más la enerxía de repulsión del mesmu. Una notable esceición constituyir los enfoques llamaos química cuántica direuta, que traten a los electrones y los nucleos por igual. Métodos del funcional de densidá y métodos semi-empíricos son variantes de la tema principal. Pa cada sistema grande, la enerxía total relativa pue ser comparada utilizando mecánica molecular. Les formes de determinar la enerxía total pa predicir la estructura molecular son:

 Métodos cuánticos ab initio (HF SCF) 

Los programes utilizaos en química computacional tán basaos en distintos métodos de la química cuántica que resuelven la ecuación de Schrödinger acomuñada al Hamiltoniano molecular. Los métodos que nun inclúin nengún parámetru empíricu o semi-empíricu nes sos ecuaciones (siendo derivaes direutamente de principios teóricos, ensin la inclusión de datos esperimentales), son llamaos métodos ab initio. Esto nun implica que la solución sía esautamente una; son toos cálculos averaos de mecánica cuántica. Esto significa qu'un aproximamientu defínese rigorosamente en función de los primeros principios (teoría cuántica) y el so resolución ye con un marxe d'error que ye cualitativamente conocíu de mano. Si método numbéricos iterativos fueron emplegaos, la meta ye iterar hasta llograr la máxima precisión que la máquina pueda dar (lo meyor que ye posible con un tamañu de pallabra del ordenador finito y colos aproximamientos matemáticos y/o físiques realizaes).

El tipu más simple de cálculu d'estructura electrónica ab initio ye'l métodu de Hartree-Fock (HF), una estensión de la teoría d'orbitales moleculares, na cual la correllación electrónica, correspondiente a la repulsión electrón-electrón, nun ye tomada en cuenta en forma instantánea, sinón que'l so efeutu permediu ye incluyíu nos cálculos. Como'l tamañu de les bases de conxuntu ye amontáu, la enerxía y la función d'onda tienden a una llende llamada la llende Hartree-Fock. Munchos tipos de cálculos, conocíos como métodos pos Hartree-Fock, empiecen con un cálculu Hartree-Fock pa correxir darréu la repulsión electrón-electrón, conocida tamién como correllación electrónica. Una y bones estos métodos son llevaos a la llende, la solución apurrida averar a la solución exacta de la ecuación non relativista de Schrödinger. Col fin de llograr un total alcuerdu colos esperimentos, faise necesariu incluyir términos relativistes y la interacción órbita-espín, dambos solamente importantes pa átomos pesaos. En toos estos enfoques, amás de la eleición del métodu, ye necesariu escoyer un conxuntu base. Ésti ye un conxuntu de bases, usualmente centráu n'alredor de los distintos átomos de la molécula, que son usaos pa espandir les órbites moleculares col ansatz CLOA. Los métodos ab initio precisen definir un nivel de teoría (el métodu) y un conxuntu base.

Dientro del modelu monoelectrónico, la función d'onda Hartree-Fock vien descrita por una única configuración electrónica o determinante de Slater. Dicha descripción ye afecha pa representar la naturaleza del estáu fundamental de les molécules, polo xeneral cerca de les estructures d'equilibriu de los sistemes. A partir de dicha referencia única los métodos químicu-cuánticos ab initio añaden los efeutos de correllación electrónica al traviés de procedimientos d'interacción de configuraciones, perturbativos o otros.

Esisten munchos casos nos que la descripción uniconfiguracional HF ye desaparente pa representar la estructura electrónica del sistema, o pa estudiar la evolución del sistema químicu en distintes rexones de les superficies d'enerxía potencial.

Situaciones típiques son l'estudiu de la disociación del enllaz químicu, el cálculu del estáu electrónicu escitáu, la descripción de situaciones dexeneraes ente estaos, casos birradicalarios, estaos de transición complexos, estructura electrónica en metales de transición, lantánidos o actínidos, con munches capes electróniques cercanes n'enerxía, etc. Neses situaciones ye necesariu describir los estaos electrónicos con más d'una sola configuración electrónica al traviés de los métodos multiconfiguracionales, el más conocíu de los cualos ye'l métodu CASSCF. Nellos tantu los coeficientes de les configuraciones como los coeficientes de los orbitales moleculares optimícense simultáneamente.

Una vegada más, va ser necesariu incluyir el restu de la correllación electrónica a partir de dicha función d'onda multiconfiguracional. L'empléu de métodos uniconfiguracionales en situaciones que riquen descripciones multiconfiguracionales da llugar, polo xeneral, a graves defectos nes resultancies.

La enerxía molecular total puede ser evaluada como una función de la xeometría molecular, n'otres pallabres, la enerxía potencial de superficie. Esta superficie puede ser usada pa una reacción dinámica. Los puntos estacionarios de la superficie llévennos a la predicción de distintes isómeros y la estructures de transición pa la conversión ente isómeros, pero estos pueden ser determinaos ensin una conocencia acabada de la superficie completa.

Un oxetivu especialmente importante, llamada termoquímica computacional, ye pa calcular cantidaes termoquímicas tales como la entalpía de formación pa la precisión de químicos. La precisión de químicos ye la precisión riquida pa faer predicciones químiques realistes y considérase xeneralmente que ye 1 kcal/mol o 4 kJ/mol. P'algamar tal precisión de manera económica ye necesariu utilizar una serie de métodos post Hartree-Fock y combinar los resultaos. Estos métodos son llamaos métodos compuestos de química cuántica.

 Métodos cuánticos basaos na teoría del funcional de la densidá 

Los métodos de la teoría del funcional de la densidá (DFT, del inglés Density Functional Theory) son de cutiu consideraos polos métodos ab initio pa determinar la estructura electrónica molecular, inclusive anque munchos de los más comunes funcionales usen parámetros derivaos de datos empíricos, o de cálculos más complexos. Por tanto, tamién podríen ser llamaos métodos semi-empíricos, anque ye más fayadizu tratalos como una clase por sigo solos. En DFT, la enerxía total ye espresada en términos de la densidá total en llugar de la función d'onda. Nesti tipu de cálculos, hai un Hamiltoniano averáu y una espresión averada pa la densidá electrónica total. Los métodos DFT pueden ser bien precisos por un costu computacional bien baxu. L'inconveniente ye que, a diferencia de los métodos ab initio, nun hai una manera sistemática d'ameyorar los métodos ameyorando la forma del funcional. Dellos métodos combinen l'intercambiu de densidá del funcional col intercambiu de términos Hartree-Fock y son conocíos como métodos de funcional híbridu.

 Métodos cuánticos semi-empíricos 

Los métodos semi-empíricos de química cuántica tán basaos nel formalismu d'Hartree-Fock, pero faen munchos aproximamientos y llogren dellos parámetros de datos empíricos. Son bien importantes en química computacional por tratar grandes molécules onde'l métodu completu de Hartree-Fock ensin aproximamientos ye bien caru. L'usu de parámetros empíricos apaez pa dexar la inclusión de dellos efeutos de correllación nos métodos.

Los métodos semi-empíricos básense de cutiu nos métodos llamaos empíricos onde la parte de dos electrones del Hamiltoniano nun ye explícitamente incluyida. Pa sistemes -electrón, el métodu utilizáu ye'l d'Hückel, propuestu por Erich Hückel, y pa tolos sistemes d'electrones de valencia, el métodu estendíu Hückel, propuestu por Roald Hoffmann.

 Métodos clásicos de Mecánica molecular 

En munchos casos, grandes sistemes moleculares pueden ser modelaos satisfactoriamente evitando por completu los cálculos riquíos pola mecánica cuántica. Simulaciones de mecánica molecular, por casu, usen una sola espresión pa la enerxía d'un compuestu, como un oscilador harmónicu. Toles constantes qu'apaecen nes ecuaciones tendríen de ser llograes de mano por aciu datos esperimentales o cálculos ab initio.

La base de datos de compuestos utilizada pa la parametrización (el conxuntu resultante de parámetros y funciones ye llamáu campu de fuercia) ye crucial pal ésitu de los cálculos de la mecánica molecular. Un campu de fuercia parametrizado versus una clase específica de molécules, por casu proteínes, espérase que tenga dalguna relevancia cuando describa a otres molécules de la mesma clase.

Estos métodos pueden ser aplicaos a proteínes y otres grandes molécules biolóxiques, y dexa l'estudiu de los enfoques ya interacciones (acoplamientu) de potenciales molécules de drogues (eg.  and ).

 Métodos pa cuerpos sólidos 

Métodu de química computacional pueden ser aplicaos a problemes de física d'estáu sólidu. La estructura electrónica d'un cristal ye polo xeneral descrita por una estructura de banda, que define la enerxía de los orbitales electrónicos per cada puntu na zona Brillouin. Cálculos ab initio y semi-empíricos apurren enerxía orbital, polo tanto pueden ser aplicaos a cálculos d'estructures de banda. Yá que se trata del consumu de tiempu pa calcular la enerxía nuna molécula, ye entá más el tiempu de consumu pa calculalo pa la llista completa de puntos na zona de Brillouin.

 Dinámica química 
Una vegada que les variables electróniques y nucleares son Separación de variables separaes (so la representación de Born-Oppenheimer) nel enfoque tiempu dependiente, el paquete d'ondes correspondientes a los graos de llibertá nucleares ye arrobináu por aciu un operador d'evolución de tiempu acomuñáu a la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempu (pal hamiltoniano molecular completu). Na parte complementaria del enfoque enerxía-dependiente, la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempu ye resuelta usando la teoría de dispersión. El potencial representando les interacciones interatómicas ye dau pola enerxía potencial de superficie. Polo xeneral, la enerxía potencial de superficie tán xuníes por aciu términos d'acoplamientu vibrónico.

Los métodos más populares pal espardimientu de paquetes d'onda acomuñaos a la xeometría molecular son:
 la téunica del operador de división, *
el métodu de multiconfiguración Hartree dependiente del tiempu y *
los métodos semiclásicos.

La dinámica molecular (DM) esamina (usando les lleis de Newton) el comportamientu de los sistemes dependientes del tiempu, incluyendo vibraciones o movimientu Browniano, usando una descripción de mecánica clásica. DM combinada cola teoría del funcional de la densidá conduz al métodu Car-Parrinello.

 Interpretación de funciones d'ondes moleculares 
El modelu átomos en molécules desenvueltu por Richard Bader, foi desenvueltu col fin de xunir efeutivamente la imaxe de la mecánica cuántica d'una molécula, como una función d'onda electrónica a los modelos más vieyos químicamente más utilizaos, tales como la teoría del par d'electrones de Lewis y la teoría de la unión de valencia. Bader demostró qu'estos empíricamente modelos útiles tán coneutaos cola topoloxía de la densidá de carga cuántica. Esti métodu ameyora nel usu al analís de población de Mulliken.

 Softwares químicos 
Hai munchos autosuficientes usaos por químicos computacionales. Dalgunos inclúin munchos métodos cubriendo una amplia gama de conceutos, ente qu'otros cubren namái una área específica y otros inclusive un simple métodu. Los detalles d'éstos pueden atopase en:
 Programes computacionales de química cuántica.
 Programes de la teoría del funcional de la densidá.
 Programes de mecánica molecular.
 Programes semi-empíricos.
 Programes de sistemes d'estáu sólidu con condiciones de cantu periódiques.
 Programes pa uniones de valencia.

 Ver tamién 
 Molécula
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 Academia internacional de Ciencia en cuántica molecular
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 Modelamientu molecular por aciu'l métodu Montecarlu
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 Computación Científica
 Dinámica molecular
 Física estadística

 Referencies 

 Bibliografía 
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 Enllaces esternos 
 Alternatura - IT, Computing and Sciences Creative Technology - Estudiu de propiedaes óptiques non lliniales aplicando los métodos computacionales de la química cuántica de molécules.
 NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase - Contién una base de datos de miles de resultancies computacionales y esperimentales de cientos de sistemes (n'inglés)
 Computational Chemistry Wiki - Wiki de resultancies químiques computacionales (n'inglés)