06.01.2017

Теоретическая химия шла по ложному пути 10 лет

Представители Института элементоорганических соединений (ИНЭОС) РАН в сотрудничестве с учеными из США смогли доказать, что самый популярный метод в теоретической химии - теория функционала электронной плотности - на протяжении десяти лет был ложным. Исследование опубликовано в журнале Science.

Когда химики хотят включить некоторые «теории» в свои работы, как правило, это означает, что они будут выполнять некоторые квантово-химические расчеты участвующих молекул. Это, строго говоря, означает решение ряда чрезвычайно сложных уравнений, описывающих движение электронов вокруг атомных ядер, с целью вычисления энергии исходных молекул и продуктов.

Прорыв вычислительных методов квантовой химии пришел с теории функционала плотности и теорем Хогенберга-Кона. Теоремы в основном говорят о том, что среднее число электронов, находящихся в любой точке в пространстве (иначе называется распределением электронной плотности), содержат всю информацию, необходимую для определения энергии. Существует, однако, условие: эти теоремы не дают метода для извлечения энергии из электронной плотности. Они просто говорят, что такой метод, точный функционал, существует.

Для исследования использовался суперкомпьютер "Ломоносов", который тестировал все функционалы, но при помощи данного алгоритма нельзя было получить точные данные при заведомо ошибочных сведениях. В связи с этим российские химики обратились к американцу Джону Пердью из Университета Темпл в Филадельфии. Специалист проанализировал данные и нашел ошибку, а химики в качестве тестовых систем указали анионы, в то время как такого делать нельзя.

Химическое пространство, однако, огромно, и метод хорошо работает на сотни молекул, но может потерпеть неудачу при испытании на что-то, чему он не был обучен - как маленькие, простые атомы в этом исследовании. Следует отметить, что некоторые из этих "неправильных" методов на самом деле очень популярны. Так как они противоречат основам теории, они дают «хорошую» энергию от «плохих» плотностей, и авторы пришли к выводу, что эти методы, скорее всего, страдают от некоторых внутренних проблем. А теория функционала плотности будет отклоняться дальше от пути к точной функциональной, если такой подход к функционалам не возьмут под контроль.

Бурмас Роман

Источники:

1. svopi.ru