Компьютерлік химия бойынша сұрақтар

Компьютерлік химия бойынша сұрақтар

1. Компьютерлік химияның даму тарихы

             Бүгінгі таңда біз нақты ғылымдарда болып жатқан революцияның куәгерлері болып отырмыз.  Бұл революция ғылымдардың барлық салаларында: эксперементалды да, теориялық та салаларына компьютерлердің енуімен байланысты.  Бұл үрдіс соңғы он жылдарда  ерекше үдемелі өтіп жатыр. Себебі тез әсер ететін компьютерлердің өндірісі ұлғайды және барлық дерлік зерттеушілердің күшті компьютерлермен жұмыс істеу мүмкіндігі ұлғайды. Нақты ғылымдарға компьютерлерді енгізудің маңызды нәтижесі – осы ғылымдарда жаңа бағыттардың пайда болуы. Осылайша физикада эксперемнталды және теориялық физика мен қатар жаңа компьютерлік физика, ал химияда компьютерлік химия пайда болды.  

           Компьютерлік химия пәні компьютерді қолдана отырып, газтектес,  сұйық, қатты фазадағы молекулалар, атомдар, радикалдар, иондардың физикалық және химиялық қасиеттерін зерттеумен айналысады.  Қазіргі кезде бұл мәселелерді компьютер көмегімен шешудің тәжірибесі бар.

            Компьютерлік кванттық химия компьютерлік химияның ең көп дамыған тармағы болып табылады. Кванттық химиктер оө зерттеу жұмыстарында компьютерлерді алғаш қолданғандардың бірі болды.  Соған орай, қазіргі кезде кванттық химиктер програмисттердің жоғары квалификациясына ие болып отыр, ал квантты – химиялы программалар ғылыми – техникалық  программалардің ядерлі физика программалар, ғарыш аппараттарының траекторияларын есептеуге арналған программаларымен бір қатарда тұратын ең қиындарының бірі болып табылады.

        Кванттық теорияның дамуымен ғана молекулалардың геометриялық құрылымы мен заттардың қасиеттерін болжау мүмкіндігі нақты ғылыми негізге ие болды. Есептеу техникасының дамуы химияда кванттық механиканы қолдану мүмкіндіктерін өлшеусіз кеңейтті. Теориялық физика, қолданбалы Есептеу математикасы және химия қиылысында кванттық химия деп аталатын білім саласы пайда болды. Оны жасаушылардың бірі молекулалық орбитальдар теориясының негіздерін жасаған және 1966 жылы Нобель сыйлығымен марапатталған Р. Малликен деп атауға болады.

        Шамамен осы уақытта ол химиктер жүздеген, тіпті мыңдаған емес, зертханада емес, есептеу машиналарына баратын дәуір болатынын жазды. Бүгін бұл дәуір келді деп айтуға болады. Компьютер шынымен де таныс химиялық немесе физикалық эксперимент сияқты зерттеу құралына айналды. Химиядағы компьютерлердің өзгеруі кезінде ғылыми жұмыстың негізгі саласына және шығармашылық Күштерді қолданудың негізгі саласына айналған зерттеушілердің, оқытушылардың, инженерлердің маңызды контингенті қалыптасты. Химияда компьютерлік модельдеуге арналған жаңа журналдар пайда болды. Интернеттің дамуы бұл процесті одан әрі жеделдетті. "Компьютерлік химия" сияқты электронды журналдар (www.ejtc.wiley.co.uk), ғылыми мақалаларды жариялау мерзімдерін минимумға дейін қысқартады және ғылымның жылдам ілгерілеуіне ықпал ете отырып, ғылыми ақпаратпен алмасу мүмкіндіктерін кеңейтеді.

        Қазіргі уақытта компьютерлік химия деп аталатын ғылым саласы тек кванттық химиялық есептеулермен ғана шектелмейді және көптеген теориялық әдістерді, соның ішінде заттардың физика-химиялық қасиеттерін есептеудің әртүрлі эмпирикалық және жартылай эмпирикалық әдістерін, жасанды интеллект әдістері мен нейрондық желілерді, мәліметтер базасын, статистикалық сипаттамаларды сандық модельдеуді және химиялық процестердің динамикасын қамтиды. Аталған бағыттардың әрқайсысы жеке университет курсының пәні бола алады, сондықтан осы кітап аясында олардың кейбіреулері өте қысқа түрде қарастырылады:

* молекулалардың кеңістіктік құрылымын визуализациялау;

* органикалық қосылыстардың физикалық-химиялық қасиеттерін олардың химиялық құрылымы мен химиялық қосылыстардың мәліметтер базасын басқару жүйесі негізінде болжау; кванттық химия;

* классикалық механикаға негізделген молекулалардың геометриялық құрылымын, статистикалық сипаттамаларын және динамикасын есептеу әдістері: молекулалық механика, молекулалық динамика, броундық динамика, Монте-Карло әдісі.

        Қарастырылып отырған мәселелердің әрқайсысының теориялық негіздемесіне көп көңіл бөлінбейді, өйткені олар оқу және арнайы әдебиеттерде толық қарастырылған, бірақ Cambridgesoft корпорациясы ChemOffice компаниясының hyperchem бағдарламалық құралдарының әмбебап химиялық пакеттерінде тиісті әдістерді практикалық іске асыру, бүгінгі таңда әлемнің әртүрлі елдеріндегі көптеген химиялық зертханаларда ең танымал болып табылады. Бұл бағдарламалық жасақтама пакеттері бірдей мәселелерді шешуге бағытталған болса да, олар бір-бірін толықтырады.