Математическая химия

Математическая химия — раздел теоретической химии, область исследований, посвящённая новым применениям математики к химическим задачам[1]. Основная область интересов — это математическое моделирование гипотетически возможных физико-химических и химических явлений и процессов, а также их зависимость от свойств атомов и структуры молекул. Математическая химия допускает построение моделей без привлечения квантовой механики. Критерием истины в математической химии являются математическое доказательство, вычислительный эксперимент и сравнение результатов с экспериментальными данными [2]. Важнейшую роль в математической химии играет математическое моделирование с использованием компьютеров. В связи с этим математическую химию, в узком смысле, иногда называют компьютерной химией (Computer chemistry), которую не следует путать с вычислительной химией (Computational chemistry).

В математической химии разрабатывают новые приложения математических методов в химии. Новизна обычно выражается одним из двух способов:

развитие новой химической теории;
развитие новых математических подходов, которые позволяют проникнуть в суть или решить проблемы химии.

При этом используемые математические средства чрезвычайно разнообразны[3]. В отличие от чисто математических наук, в математической химии исследуются химические задачи и проблемы методами современной математики.

Самой известной моделью математической химии является молекулярный граф. Отметим, что строгое математическое и физическое обоснование модель молекулярного графа нашла лишь в теории Р. Бейдера [4]. По существу теория Р. Бейдера является новым языком современной математической и теоретической химии, составляющими элементами которого являются различные математические, в том числе топологические, характеристики (экспериментально наблюдаемой) электронной плотности. При этом химические реакции и структурные изменения в молекулах могут описываться на языке теории катастроф и бифуркаций.

Другие знаменитые модели — это закон действующих масс, созданный математиком К. Гульдбергом и химиком-экспериментатором П. Вааге, граф механизма химических превращений и дифференциальные уравнения химической кинетики. Один из создателей «химической динамики» Вант-Гофф писал о себе: «Двойное стремление: к математике, с одной стороны, и к химии — с другой, проявилось во всех моих научных устремлениях».