O papel da matemática

O PAPEL DA MATEMÁTICA NO EXPERIMENTAL / TEÓRICO / COMPUTACIONAL TRICHOTOMIA DA QUÍMICA

ABSTRAT.

 A disponibilidade drasticamente crescente de computadores modernos juntamente com o custo igualmente drasticamente menor de uma determinada quantidade de computador potência nos últimos anos resultou na evolução do tradicional sistema experimental / dicotomia teórica em química numa tricotomia experimental / teórica / computacional. Essa tricotomia pode ser esquematicamente representada por um triângulo (o triângulo ETC) com química experimental, teórica e computacional nos três vértices. As bordas ET e EC do triângulo ETC descrevem os usos de química teórica e computacional, respectivamente, para prever e interpretar resultados experimentais. A borda TC descreve a relação entre a química computacional. A matemática desempenha um papel crescente em todos os aspectos químicos, em particular a química teórica, e levou à evolução da disciplina da química matemática. Pesquisa em Química Matemática pode ser considerado como estando em um contínuo de química-matemática dependendo as profundidades relativas da química subjacente e da matemática. Exemplos de pesquisa do próprio autor que se encontra perto de cada extremidade do continuum de química-matemática inclui o seu trabalho em aplicações de teoria de graficos e topologia em inorgânicos. coordenação e química de cluster deitado perto do final de química e seu trabalho na álgebra da quiralidade que encontra-se perto do fim da matemática. Os pontos gerais neste ensaio são ilustrados por uma análise dos papéis da teoria computacional e da teoria química no desenvolvimento de uma compreensão da estrutura e da ligação em deltaédrica boranos e carboranos relacionados. Este trabalho permitiu a extensão do conceito de aromaticidade de duas dimensões como no benzeno e outros hidrocarbonetos planares para a terceira dimensão em boranos deltaédricos.

1. INTRODUÇÃO

A química, como as outras ciências laboratoriais, tradicionalmente teve uma dicotomia entre trabalho experimental e teórico. A maioria dos químicos fazem observações empíricas no laboratório. Tais observações tradicionalmente consistem na análise de uma variedade de materiais ea síntese de novas substâncias, mas cada vez mais envolvem vários tipos de medições, incluindo vários tipos de espectros (infravermelho, ultravioleta / visível, ressonância magnética nuclear, etc.), outras medições físicas, determinações de estrutura por métodos de difração de raios X, e a medição da cinética de vários tipos de reações químicas. Um grupo menor de químicos desenvolveu várias teorias sobre tais observações empíricas. Esse trabalho teórico abrangeu uma variedade de métodos variando de termodinâmica e mecânica estatística para teorias de ligação química e taxas de reação.

Nos últimos anos, a disponibilidade drasticamente crescente de computadores juntamente com o custo igualmente drasticamente menor de um determinada quantidade de poder de computação levou a mudanças profundas na tradicional dicotomia experimental / teórica da química.

Os computadores estão tão disponíveis que podem ser considerados como uma alternativa importante para um laboratório químico tradicional para muitos atividades quimicamente relacionadas. O drive para substituir computações para experimentos reais com produtos químicos também é encorajada por regulamentações cada vez mais rigorosas relativas ao manuseio e materiais perigosos que levam a custos crescentes para qualquer operação química real. Além disso, cálculos ab initio das propriedades de moléculas são agora tão refinadas e confiáveis ​​que são geralmente boas substitutos de experimentos reais que podem ser difíceis, perigosos, e / ou caro. Nas últimas décadas, a química computacional emergiu da "química teórica aplicada" para se tornar um subcampo da química por si só.

Tendo em conta estes desenvolvimentos, o tradicional dicotomia teórica da química pode ser considerada como tendo evoluiu para uma tricotomia experimental / teórica / computacional.

Essa tricotomia pode ser representada por um triângulo como segue:

Fig 1

Tal triângulo é convenientemente chamado de triângulo ETC.

Este ensaio examina as relações entre os três aspectos da tricotomia experimental / teórica / computacional como representado pelas bordas ET, EC e TC do triângulo. Além disso, o papel da matemática nessas relações é discutido. O general pontos neste ensaio são ilustrados por uma análise dos papéis de Química computacional e teórica no desenvolvimento de uma compreensão da estrutura e da ligação em boranos deltaédricos, que são Substâncias de importância prática na medicina para o neutrão de boro quimioterapia de captura (Hawthorne, 1991, 1993) e em material ciência como precursores de filmes finos de carboneto de boro e outras cerâmicas (Sneddon et al., 1991). Este estudo da estrutura e ligação nos boranes deltaédricos também tem sido de importância fundamental, uma vez que levou a uma extensão do conceito de aromaticidade de moléculas poligonais bidimensionais, como o benzeno, boranos deltaédricos tridimensionais.

2. CARACTERÍSTICAS DO EXPERIMENTAL / TEÓRICO / COMPUTACIONAL TRICHOTOMIA DA QUÍMICA

Os aspectos da química referentes a cada um dos vértices da o triângulo ETC é auto-evidente. Assim química experimental consiste no estudo empírico de substâncias químicas, incluindo

sua síntese, análise e propriedades. Química computacional consiste no cálculo de estruturas, reatividades químicas, espectros e outras propriedades de substâncias químicas que normalmente computadores de alta velocidade. A química teórica consiste na interpretação de resultados de química experimental ou computacional. Conceitos de ligação química e reatividade tipicamente papel importante em grande parte da química teórica.

As bordas do triângulo ETC descrevem as relações entre esses três aspectos da química. A borda ET representa a relação experimental / teórica que consiste no uso tradicional teoria para interpretar e prever os resultados de estudos experimentais química. Analogamente, a borda CE representa o experimental / relação computacional que consiste no uso de computadores para prever resultados experimentais calculando quantidades numéricas que pode ser verificado experimentalmente. Tais quantidades podem relacionar parâmetros mensuráveis, tais como energias ou dimensões moleculares (comprimentos ou ângulos de ligação), ou a estequiometrias e estruturas.