Chemia matematyczny jest dziedziną chemii teoretycznej poświęconej zastosowań matematyki do chemii . Dotyczy to głównie matematycznego modelowania zjawisk chemicznych.
Pierwszą próbę matematyzacji chemii podjął Michaił Łomonosow (1711-1765). Jego rękopis Elementa Chimiae Mathematicae (łac. Elementy chemii matematycznej) został znaleziony po jego śmierci w jego artykułach. Najwyraźniej Łomonosow, zainspirowany pracą Principia I Izaaka Newtona , zamierzał napisać podobny traktat chemiczny, w którym chciałby aksjomatycznie przedstawić całą istniejącą wówczas wiedzę chemiczną.
Arthur Cayley (1821-1895) był pierwszym matematykiem zainteresowanym kombinatorycznymi aspektami chemii. Opublikował artykuł w Berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft , ówczesnym wiodącym czasopiśmie chemicznym, dotyczący wyliczania izomerów alkanów w 1875 r. Niniejsza praca jest pierwszą pracą dotyczącą zastosowania teorii grafów w chemii.
Georg Helm opublikował traktat zatytułowany The Principles of Mathematical Chemistry: The Energetics of Chemical Phenomena w 1894.
We współczesnej chemii termin „chemia matematyczna” został ponownie wprowadzony w latach 70. XX w. Pierwszymi czasopismami specjalizującymi się w tej dziedzinie były czasopismo MATCH Communications in Mathematical and in Computer Chemistry , opublikowane po raz pierwszy w 1975 r., Oraz Journal of Mathematical Chemistry , po raz pierwszy opublikowane w 1987. To jedne z najnowocześniejszych czasopism specjalizujących się w tej dziedzinie.
W 1986 roku Ante Graovac zapoczątkował coroczny cykl wykładów Math / Chem / Comp w Dubrowniku (Chorwacja).
W 2005 roku Milan Randić założył Międzynarodową Akademię Chemii Matematycznej (IAMC) w Dubrowniku. W 2009 roku Akademia liczyła 82 członków z całego świata, w tym sześciu laureatów Nagrody Nobla.
Poniższa tabela przedstawia główne obszary matematyki stosowane w chemii matematycznej.
Dziedzina matematyczna | Zastosowania w chemii matematycznej |
---|---|
Teoria grafów | Teoria grafów chemicznych : matematyczne badanie grafów molekularnych i izomerii oraz opracowywanie deskryptorów molekularnych lub wskaźników topologicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w ilościowych związkach struktura-właściwość |
Topologia | Topologia molekularna : stereochemia i badanie właściwości powierzchni |
Teoria węzłów | |
Kombinatoryczny | |
Teoria grup | Chemia kwantowa i stereochemia |
Geometria fraktalna | |
Równanie różniczkowe | Kinetyka chemiczna |
System dynamiczny | |
Teoria katastrof i bifurkacji | Strukturalne zmiany w cząsteczkach |
Algebra operatorów | Chemia kwantowa |
Logika matematyczna | |
Teoria informacji i metody sztucznej inteligencji | Chemoinformatyka |
Równanie różniczkowo-całkowe | Opis procesów zachodzących na niejednorodnych powierzchniach ( heterogeniczna kataliza i adsorpcja ) |