Beräkningskemi, vad är det?
Disposition
Vem är jag?
●Sånt som vi förstår!
●Lite kvantmekanik!
●Vad är en elektron?
●Dator assisterad kemi (CAC)
●
Vem är jag?
Född 1958, Malmö
●Studerade 1982-83 på UCLA, CA, USA
●Civilingenjör i kemi,1983 LTH, Lund
●Doktor i teoretisk kemi, 1988, LU, Lund
●Postdoc IBM Alamaden Research Center, San Jose,
CA. USA.1988-91
●Docent i teoretisk kemi, 1992.
●Professor i teoretisk kemi, 2003.
●
Sånt vi förstår!
PVn laserades 1947,...
..., Amazonen 1957, ...
... och Volvo 144 kom 1966!
Varför all denna tid? Nu är det ju
bara två år mellan modellerna!
Prototyp utveckling tar tid!
●Prototyp utveckling gjordes i skala 1:1
●Ny maskinverktyg skulle tas fram när prototypen
modifierades
●etc.
●
Svaret är: Dator Assisterad Design
CAD-CAM!
Flyplansindustrin
Verkstadsindustrin
Bilindustrin och mycket mer ...
Vad är CAD-CAM?
I datorer simuleras:
krocktester
●hållfasthet
●luftströmmar utan för en bil eller runt ett plan
●vattenströmmar i rör
●bullernivåer i en förar- eller passagerarplats
●etc.
●
Alla dessa modeller bygger på Newtons lagar –
klassisk mekanik. Detta har omformularats till
datorprogram som änvänds för att beräkna och
visualisera egenskaper hos föremål som man vill
utveckla – CAD-CAM program.
Vad har detta att göra med
beräkningskemi?
Kemin brukar kallas elektronernas fysik! Så
föremålen vi skall göra beräkningar på är
elektroner.
Problem: elektroner är elementar partiklar!
Lösning: ersätt klassisk mekanik med
kvantmekanik!
Beräkningskemi – CAC – är som CAD-CAM fast
med kvantmekanik!
Lite kvantkemisk historik
Nils Bohr: föreslog en ny model för hur en atom
(protoner, neutroner och elektroner) beskrivs. För
detta belönades han med 1922 års Nobelpris.
En elektron i en atom eller molekyl är inte en
partikel utan en våg och en partikel - fast
samtidigt.
Partikel – våg dualitet
Elektronernas tillstånd
Elektroner kan inte
beskrivas som
punktformiga laddningar
utan måste beskrivas som
vågfunktioner!
Tillståndsbegreppet!
Schrödingers bidrag
Schröding sammanfattade Bohrs ideer
under 1920-talet och formulerade en
matematisk ekvation som beskriver det
hela – Schrödingers ekvation.
För detta arbete belönades han med
1933 års Nobel pris i kemi.
Paul Dirac
Belönades med 1933 års
Nobelpris i fysik för sitt
arbete på kvantmekaniken
“De underliggande fysikens lagarna för den matematiska teori som beskriver stora delar av fysiken och hela kemin är sålunda kända nu. Svårigheten är nu endast att tillämpningarna av dessa ekvationer är för komplicerade för att lösas.”
Paul Dirac, 1929.
Sedan hände inte mycket förrän...
Den digitala datorn...
ENIAC 1944 i USA
BESK 1952 i Sverige
Gyllene tider 1960-1980
Med dators hjälp och rimliga
approximationer blir det
omöjliga möjligt!
Björn Roos och BESK, 1960
Motståndet
“Varje försök att använda matematiska modeller för att studera kemiska frågor måste ansees som ytterst irrationellt. Om matematiska modeller någonsin skulle ha en framträdande roll i kemin – en orimlighet som är omöjlig – så skulle detta leda till ett snabbt och vida spritt sönderfall av den kemiska vetenskapen”
Auguste Comte, Cours de philosophie positive,
1830
Erkännandet
1998 år Nobelpris i kemi
Walter Kohn
John Pople
Förståelse av kemisk bindning
Molekylorbitalteori
Kemiska reaktioner
Reaktionshastighet
Reaktionsdynamik
Nanoteknologi
Molekylära diskminnen
●Leverans av medicin
●Mekaniska system på nanonivå
●
DNA
Kunskap om kemisk bindning och växelverkan
används i design av läkemedel
Söndagsmorgon...
Alkoholdehydrogenas
