כימיה חישובית

הכימיה החישובית מיישמת את המודלים המתמטיים והפיזיקליים לתיאור תהליכים ומצבים כימיים,^[1] שפותחו במסגרת הכימיה התאורטית, בתוכנות מחשב שנועדו לפתור במהירות ובדייקנות בעיות שאין אפשרות לפותרן באמצעות חישוב ידני.

לדוגמה, תוכנות מסוג זה מאפשרות לחשב את המבנה ואת התכונות של מולקולות בודדות, של קבוצות מולקולות ושל מוצקים ואת ההיתכנות והיעילות של תגובות כימיות.^[2] תוצאות החישובים משלימות את הידע המושג באמצעות ניסויים כימיים ולעיתים משמשות בסיס לניבוי תופעות שלא נצפו בפועל.^[3] כימיה חישובית נמצאת בשימוש רב בתכנון תרופות וחומרים חדשים.

הכימיה החישובית משתמשת באלגוריתמים המבוססים על חוקי טבע בסיסיים ומוכחים (ab initio), במכניקת הקוונטית ובקבועים פיזיקליים בסיסיים, או באלגוריתמים המבוססים על שיטות אמפיריות ואמפיריות למחצה. שתי שיטות אלה עושות שימוש באומדנים. התוצאות המתקבלות נעות בין מקורבות לבין מדויקות ביותר, כתלות במורכבות המערכת הנחקרת.

הרצת תוכנות מסוג זה דורשת משאבי מחשב רבים כגון כוח חישובי, זיכרון ושטחי אחסון, לכן הכימיה החישובית התפתחה במקביל להתפתחות טכנולוגיות המחשב.

הודות להתייעלות טכנולוגיות המחשוב, בשנות ה-50 של המאה ה-20 התאפשר חישוב אמפירי למחצה של אורביטלים אטומיים.

בשנת 1964, התאפשר חישוב אנרגיה של אורביטלים מולקולריים על פי שיטת הקירוב של היקל.

בתחילת שנות ה-70 של המאה ה-20 נכתבו תוכנות מחשב יעילות כגון ATMOL, IBMOL, GAUSSIAN ו-POLYATOM לצורך חישוב אורביטלים מולקולריים.

האזכור הראשון של המונח "כימיה חישובית" הופיע בספרם של סידני פרנבך ואברהם הסקל טאוב "Computers and Their Role in the Physical Sciences"."^[4] כתב העת "Journal of Computational Chemistry" פורסם בשנת 1980.

פרסי נובל לכימיה הוענקו לוולטר קוהן וג'ון פופל בשנת 1988 עבור עבודתם בנושא "שיטות חישוביות במכניקת הקוונטים" ולמרטין קרפלוס, מיכאל לויט ואריה ורשל בשנת 2013 על "פיתוח מודלים מרובי-סקאלות להבנת מערכות כימיות מורכבות".

הכימיה החישובית מסייעת לכימאי הניסיוני ב:

• מציאת נקודת התחלה לסינתזה מעבדתית ומתן הסבר לנתוני ניסוי
• ניבוי קיום מולקולות או מבנים מולקולריים לא ידועים, או מנגנוני תגובות שעדיין לא נחקרו בניסויי מעבדה^[5]
• זיהוי הקשר בין המבנה הכימי לתכונות החומרים
• תכנון מולקולות המגיבות בדרך ספציפית עם מולקולות אחרות, לדוגמה תכנון תרופות, מעכבים^[6] וזרזים.

• כימואינפורמטיקה
• פיזיקה חישובית
• תורת פונקציונל הצפיפות
• דינמיקה מולקולרית
• שיטת מונטה קרלו

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: גמלון
ערך מילוני בוויקימילון: כימיה חישובית
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: כימיה חישובית

• NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase – Contains a database of thousands of computational and experimental results for hundreds of systems
• American Chemical Society Division of Computers in Chemistry – American Chemical Society Computers in Chemistry Division, resources for grants, awards, contacts and meetings.
• 3.320 Atomistic Computer Modeling of Materials (SMA 5107) Free MIT Course
• Technology Roadmap for Computational Chemistry
• Applications of molecular and materials modelling.
• MD and Computational Chemistry applications on GPUs
• Susi Lehtola, Antti J. Karttunen:"Free and open source software for computational chemistry education", First published: 23 March 2022, https://doi.org/10.1002/wcms.1610 (Open Access) (אורכב 09.08.2022 בארכיון Wayback Machine)

כימיה
מילון מונחים של נוסחאות כימיות (אנ') • רשימה של ביומולקולות (אנ') • רשימת תרכובות אי-אורגניות (אנ') • הטבלה המחזורית
אנליטית	כימיה אינסטרומנטלית • שיטות אלקטרואנליטיות • ספקטרוסקופיה (IR, ראמאן, אולטרה סגול, NMR) • ספקטרומטר מסה (EI, ICP, MALDI) • הפרדת חומרים • כרומטוגרפיה • קריסטלוגרפיה • אפיון חומרים • טיטור • כימיה רטובה • קלורימטריה • אנליזת יסודות
תאורטית	כימיה קוונטית • כימיה חישובית (כימיה מתמטית) • מידול מולקולרי • מכניקה מולקולרית • דינמיקה מולקולרית • מבנה מולקולרי (מודל VSEPR)
פיזיקלית	אלקטרוכימיה (ספקטרואלקטרוכימיה, פוטואלקטרוכימיה) • תרמוכימיה • תרמודינמיקה כימית • מדע של פני שטח • מדע קולואידים (מיקרומטריה) • קריוכימיה • סונוכימיה • כימיה מבנית • פיזיקה כימית (פיזיקה מולקולרית) • פמטוכימיה • קינטיקה כימית • ספקטרוסקופיה • פוטוכימיה • כימיית ספין • כימיה מיקרוגלית • כימיה של שיווי משקל • מכנוכימיה
אי-אורגנית	כימיה קואורדינטיבית • מגנטוכימיה • כימיה אורגנו-מתכתית (כימיה אורגנו-לנתנידית) • כימיה של צברים • כימיה של מצב מוצק • כימיה קרמית
אורגנית	סטריאוכימיה • כימיה אורגנית פיזיקלית • תגובה אורגנית • סינתזה אורגנית • אנליזה רטרו-סינתטית • סינתזה אננטיוסלקטיבית • סינתזה מוחלטת/סינתזה למחצה • כימיה של פולרנים • כימיה פולימרית • פטרוכימיה • כימיה קוולנטית דינמית
ביולוגית	ביוכימיה (ביולוגיה מולקולרית, ביולוגיה של התא) • ביולוגיה כימית (כימיה ביו-אורתוגונלית) • כימיה תרופתית (פרמקולוגיה) • כימיה קלינית • נוירוכימיה • כימיה ביו-אורגנית • כימיה ביו-אורגנו-מתכתית • כימיה ביו-אי-אורגנית • כימיה ביו-פיזיקלית
בין תחומי	כימיה גרעינית (רדיוכימיה, כימיה של קרינה, כימיה אקטינידית) • קוסמוכימיה/אסטרוכימיה/כימיה כוכבית • גאוכימיה (ביוגאוכימיה, פוטוגאוכימיה) • כימיה סביבתית (כימיה אטמוספירית, אוקיינוגרפיה כימית) • כימיה של חימר • קרבוכימיה • כימיה של מזון (כימיה של פחמימות, כימיה פיזיקלית של מזון) • כימיה חקלאית (כימיה של קרקע) הוראת כימיה (כימיה חובבנית, כימיה כללית) • כימיה חשאית • כימיה פורנזית (טוקסיקולוגיה פורנזית, כימיה שלאחר המוות) • ננוכימיה (כימיה סופרא מולקולרית) • סינתזה כימית (כימיה ירוקה, כימיית קליק, כימיה קומבינטורית, ביוסינתזה) • הנדסה כימית (סטויכיומטריה) • מדע החומרים (מטלורגיה, הנדסה קרמית, מדע הפולימרים)
ראו גם	היסטוריה של הכימיה • פרס נובל לכימיה • ציר הזמן של הכימיה (של גילוי היסודות הכימיים) • "המדע המרכזי" • תגובה כימית (קטליזה) • יסוד כימי • תרכובת • אטום • מולקולה • יון • כימיקל • קשר כימי • אלכימיה • מכניקת הקוונטים
פורטל כימיה