کتاب مبانی و کاربردهای شیمی محاسباتی همراه با آموزش نرم افزارهای Gaussian - GaussView - HyperChem- AIM

اهمیت شیمی محاسباتی و ضرورت استفاده از آن در گستره ی دنیای شیمی بر محققین و متخصصین این حوزه به خوبی آشکار است. کمبود کتابها و منابع جامع به زبان فارسی که دربردارندهای مفاهیم تئوری و کاربردی باشد و همچنین نیاز روزافزون محققین و دانشجویان در شاخه های مختلف علوم پایه، به ویژه در مقاطع تحصیلات تکمیلی، به منابعی که پاسخ گوی پرسشهای ایشان در زمینه ی مبانی، انواع روشها و نکات کاربردی دانش شیمی محاسباتی باشد، نویسندگان را بر آن داشت تا با استفاده از تجربه ی خود در تدریس و تحقیق در زمینه ی شیمی محاسباتی به تکمیل اندوخته های خود مبادرت ورزند و کتابی را تألیف نمایند که تا حد امکان تأمین کننده ی نیاز دانشجویان و محققین کشور در این زمینه باشد.

۱ - ۱- مقدمه ای بر شیمی محاسباتی و تاریخچه ی آن

در دنیای پیشرفته ی امروز، رایانهها نقش کلیدی و گسترده ای را در توسعه ی علم و گسترش مرزهای دانش بازی می کنند. یکی از پایه ای ترین موضوعاتی که متخصصین در این حوزه می آموزند برنامه سازی های رایانه ای است. شیمی محاسباتی شاخه ای از علم شیمی است که در آن، از رایانه ها جهت کمک به حل مسائل شیمی استفاده میشود و شامل همه ی روش های نظری برای محاسبهی خواص شیمیایی و فیزیکی مولکول ها، جامدات با مایعات می باشد. به عبارت دیگر، شیمی محاسباتی، توصیف شیمی به زبان ریاضی است که در آن، یک روش ریاضی توسط رایانه برای انجام محاسبات به کار میرود. این محاسبات بر پایه ی مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک آماری انجام می گیرد.

معمولا دو روش برای حل مسائل شیمی به صورت نظری وجود دارد: شیمی محاسباتی و شیمی نظری غیر محاسبانی، شیمی محاسباتی به محاسبات عددی ساختارهای الکترونی مولکولها و اندر کنش های مولکولی مربوط می شود، اما شیمی نظری غیر محاسباتی به توصیف تحلیلی مولکولها و فرمول بندی آنها به صورت دستی اطلاق می گردد.

در شیمی محاسباتی نیز از رایانه ها برای پیش بینی ساختار مولکولی، خواص مولکولی و واکنش های شیمیایی استفاده میشود. این روش به شیمیدانها اجازه می دهد به جای این که پدیده های شیمیایی را از طریق واکنش های شیمیایی و ترکیبات شیمیایی مورد بررسی قرار دهند، آنها را از طریق محاسبات کامپیوتری مطالعه کنند. عموما نتایج شیمی محاسباتی کامل کنندهی اطلاعات به دست آمده از روشهای تجربی و آزمایش های شیمیایی هستند و حتی در برخی موارد می توانند منجر به پیش بینی پدیده های مشاهده نشدهی شیمیایی شوند. به بیان بهتر شیمی محاسباتی به عنوان یک آزمایشگاه مجازی عمل کرده و می تواند با شیمی آزمایشگاهی در یافتن موضوعات جدید در علم شیمی رقابت نماید.

تاریخ گسترش شیمی محاسباتی بسیار اندک است. علاقه ی افراد به محاسبات طولانی و خسته کننده، از دیرباز وجود داشته اما این محاسبات که اغلب با شیوه های دستی صورت می گرفت، به محض برخورد با اولین پیچیدگیها به بن بست می خورد و بی حاصل می ماند. با وجود این کسانی هم بودند که از همین پیچیدگیها لذت می بردند و برای رفع آنها کوشش می کردند. اولین بار عبارت شیمی محاسباتی در سال ۱۹۷۰ مورد استفاده قرار گرفت. در طول دهه ی ۱۹۷۰ روشهای مختلفی به عنوان روش های ابداعی شیمی محاسباتی دیده شد و اولین مجلهی شیمی محاسباتی در سال ۱۹۸۰ انتشار یافت. در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ اولین شرکت های ارائه ی مدل سازی به نام های شرکت طراحی مولکولی (در سال ۱۹۷۸) و شرکت همکاران تریپاس" (در سال ۱۹۷۹) ایجاد شدند.

اولین کامپیوتر در سال ۱۹۴۳ به نام اینیاک به سفارش ارتش ایالت متحده ساخته شد. پس از آن در سال ۱۹۵۵ شخصی به نام سکر' اولین مقاله ی خود را بر اساس محاسبات روشهای کوانتومی برای سیستمهای مولکولی بزرگ مانند نیتروژن ارائه داد. سپس ساخت نرم افزارهای محاسباتی آغاز گردید. در سال ۱۹۸۰ نرم افزار GAMESS" توسط شخصی به نام مایکل دو پلیس و همکارانش ساخته شد. در سال ۱۹۸۷ شرکت Gaussian در پنسیلوانیا توسط شخصی به نام جان پایل ایجاد شد که این شرکت تنها توزیع کننده ی برنامه ی Gaussian در آن زمان بود. جایزهی نوبل شیمی در سال ۱۹۸۸ به والتر کوهن و جان پاپل به دلیل ارائه ی روش های نوین محاسباتی در شیمی کوانتومی تعلق گرفت. پس جدا میکرد توسعه یافت.