計算化学

計算化学とは

計算化学（けいさんかがく、英: computational chemistry）とは、計算技術を駆使して理論化学の問題に取り組む化学の一分野です。この分野は、化学の複雑な現象を理解し、解決するためにコンピュータの力を利用することに特徴づけられます。計算化学はしばしば計算機化学とも呼ばれますが、両者の用語には異なる適用範囲があります。

計算化学の発展

近年のコンピュータ技術の飛躍的な進歩により、計算化学は化学研究の中で実験や理論と並ぶ重要な手段として位置づけられるようになりました。計算化学の技法は、現実の実験では難しい精密な計算や予測を行うことを可能にし、化学の新たな発見や理論の構築に寄与しています。そのため、計算化学は実験、理論の両方と連携しながら多様な問題にアプローチすることが求められます。

主な計算手法

計算化学には、さまざまな数値計算手法が用いられます。以下に代表的な手法を紹介します。

1. 分子軌道法（MO法）

分子軌道法は、電子の波動的性質を考慮して分子の電子状態を計算する手法です。これにより、分子のエネルギーレベルや反応性を理解するのに役立ちます。

2. 分子動力学法（MD法）

分子動力学法は、分子の運動を時間に沿ってシミュレーションし、分子の挙動や相互作用を明らかにする手法です。温度や圧力の影響を考慮した詳細な動的特性の研究が可能です。

3. モンテカルロ法（MC法）

モンテカルロ法は、確率的手法を用いて分子のエネルギーや構造の探索を行う手法です。とくに大規模な系や複雑な相互作用を持つ系の解析に優れています。

4. 分子力学法（MM法）

分子力学法は、原子間の力を古典力学に基づいて近似し、分子の構造やエネルギーを計算する手法です。大きな分子や材料の特性の解析に使用されます。

5. 密度汎関数法（DFT法）

密度汎関数法は、電子の密度を用いて多電子系のエネルギーを計算する量子化学的手法であり、比較的少ない計算コストで高精度の結果が得られます。

参考文献

計算化学に関する理解を深めるための参考文献として、以下の書籍が挙げられます。

• - Jensen, F. (1999). Introduction to Computational Chemistry.
• - Cramer, C. J. (2005). Essentials of Computational Chemistry.
• - 『実験化学講座』 第5版（2004年）.
• - 堀憲次・山本豪紀 (2006年). Gaussianプログラムで学ぶ 情報化学・計算化学実験.
• - 武次徹也編 (2006年). すぐできる 量子化学計算 ビギナーズマニュアル.

関連項目

計算化学は、構造化学、量子化学、ケモインフォマティクスなど、他の化学分野との関連も強いため、興味のある方はこれらの調査を通じてより広い視野で学ぶことをおすすめします。

また、各種学会やフォーラムが積極的に行われており、これらの活動に参加することで最新の研究動向を把握することも有益です。

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