Computational Chemistry Notes

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„Computerchemie“ (Ausgabe 2025–2026) ist ein umfassender Leitfaden für Studierende auf Universitätsniveau. Er richtet sich an Studierende der Bachelor-, Master-, Master- und Doktorandenstudiengänge und bietet einen Lehrplan, Multiple-Choice-Fragen und Quizze für Prüfungen und Forschung. Er unterstützt die Konzeptentwicklung, schnelle Wiederholung und Selbsteinschätzung.


📚 Lehrplanübersicht
Diese Ausgabe umfasst einen vollständigen Kurs in Computerchemie, der nach Einheiten gegliedert ist und über Multiple-Choice-Fragen und Quizze verfügt. Jede Einheit führt in wesentliche Konzepte, Computermethoden und Problemlösungskompetenzen ein.


🔬 Einheit 1: Einführung in die Computerchemie
Geschichte und Entwicklung, Umfang, Rolle in Forschung und Industrie, Vergleich mit experimentellen Methoden, Software/Tools, Hardwareanforderungen, Grundlagen der Programmiersprachen, Datenverarbeitung und -visualisierung, Ethik und Reproduzierbarkeit.

⚛ Einheit 2: Grundlagen der Quantenchemie
Grundlagen der Quantenmechanik, Schrödingergleichung, Operatoren & Observablen, Postulate, Näherungsverfahren, Variationsprinzip & Störungstheorie, Teilchen in einer Box, Quantenzahlen, Born-Oppenheimer-Näherung, Spin & Pauli-Prinzip.

🧬 Einheit 3: Molekülorbitaltheorie und elektronische Struktur
Atomorbitale, Hybridisierung, LCAO, MO-Diagramme, Hartree-Fock & SCF, Elektronenkorrelation, DFT, Basissätze, Effektive Kernpotentiale & Pseudopotentiale, Ab-initio- vs. semi-empirische Methoden.

🧪 Einheit 4: Computergestützte Methoden für Moleküleigenschaften
Potenzielle Energieflächen und stationäre Punkte, Techniken zur Geometrieoptimierung, Schwingungsfrequenzanalyse, Übergangszustände, Dipolmomente und Polarisierbarkeiten, Lösungsmitteleffekte: implizite und explizite Modelle, UV-Vis-Spektren, elektrostatische Potentiale, Konformationsanalyse und Energieprofilierung.

🏗 Einheit 5: Molekularmechanik und Kraftfelder
Grundlagen, Kraftfelder (AMBER, CHARMM, OPLS, GROMOS), Bindungs-/Winkel-/Torsionsparameter, nicht-gebundene Wechselwirkungen, Energieminimierung, biomolekulare Anwendungen, QM-MM, Visualisierung.

🏃 Einheit 6: Molekulardynamische Simulationen
Theorie & Grundlagen, Newtonsche Gleichungen, Integrationsmethoden, Thermostate & Barostate, Randbedingungen, Trajektorienanalyse, erweiterte Stichprobenziehung, biomolekulare Simulationen, MD-Software.

🎲 Einheit 7: Monte-Carlo-Methoden in der Chemie
Grundlagen, Zufallsstichprobenziehung, Metropolis-Algorithmus, Phasengleichgewichte, simuliertes Abkühlen, statistische Mechanik, hybride MC-MD, Berechnung der freien Energie, Konvergenzkriterien.

🌡 Einheit 8: Computergestützte Thermodynamik & Kinetik
Thermodynamische Eigenschaften, Reaktionskoordinaten, Theorie der Übergangszustände, Störung der freien Energie, Katalysezyklen, Entropie & Enthalpie, kinetisches Monte-Carlo-Verfahren, Lösungsmitteleffekte, Validierung mit Daten.

🎶 Einheit 9: Computergestützte Spektroskopie
IR- & Raman-, UV-Vis-Spektren, zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie (TD-DFT), NMR-Verschiebungen, EPR-Grundlagen, Spin-Bahn-Effekte, Vergleich mit Experimenten, strukturelle Anwendungen.

💡 Einheit 10: Anwendungen der Computergestützten Chemie
Wirkstoffdesign & Docking, QSAR, Katalyse, Materialdesign, Umweltchemie, Photochemie, grüne Chemie und Nachhaltigkeitsanwendungen, KI-Integration, zukünftige Trends.

✨ Diese App wurde von den Autoren Dr. Alexander, T. Imran, Dr. Jonathan und A. Qureshi inspiriert.

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