컴퓨터 화학(Computational Chemistry)
모종의 화학 수행평가 덕에 계산화학 또는 컴퓨터 화학(Computational Chemistry)와 관련된 정보를 찾아보게 되었다. 추후 사용을 위해 기록해두고자, 이와 같이 여기에 관련 정보를 기록해둔다.
여기에 기록된 내용은 필자의 영어 원문에 대한 주관적 해석과, 각종 온라인 정보를 참고하여 병합해 정리한 것이다. 필자는 컴퓨터 화학에 대한 전공자가 아니므로, 따라서 컴퓨터 화학에 관한 정확한 정보를 얻고자 한다면, 필히 관련 내용을 직접 찾아보기 바란다.
이 글은 다음의 문서들을 참고하였음을 밝힌다.
- 계산화학 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
- Computational Chemistry – From Wikipedia, the free encyclopedia
- 화학이 컴퓨터를 만날 때, 계산화학의 모든 것 – 과학지식백과, Institute for Basic Science
- [화학뉴스] 화학계의 새로운 패러다임, 계산화학 – KOSMOS
- 계산화학의 소개 – 화학공학소재연구정보센터
- 계산화학을 아세요? – 대한민국청소년의회 의회매거진 IT/과학
개요
계산화학 또는 컴퓨터 화학(Computational Chemistry)은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 화학 문제를 해결하는, 화학의 한 분야이다. 컴퓨터 화학에서는 이론 화학에서 연구된 다양한 이론 등을 사용, 효율적인 컴퓨터 프로그램을 이용하여 분자, 고체, 이온 등에 대한 구조와 특성을 계산한다.
컴퓨터 화학은 분석적으로 해결하기 어려운 양자 다체 문제 등을 푸는데에 사용할 수 있으며, 관찰된 화학 현상과 같은 결과를 보이는 결과를 예견하는데 사용될 수도 있으나 이를 바탕으로 하여 아직 관찰되지 않은 화학 현상도 예측할 수 있는 능력이 있다. 이러한 점에서 컴퓨터 화학은 신약 및 재료 공학 등의 분야에서 활발히 활용되고 있다.
컴퓨터 화학을 통해 계산할 수 있는 입자의 특성의 예시로는 분자 등의 구조, 에너지, 전하 밀도 분포, 쌍극자 모멘트, 진동수, 반응성 등이 있다.
역사
컴퓨터 화학은 Linus Pauling과 E. Bright Wilson의 Introduction to Quantum Mechanics(1935)와 Eyring, Walter, Kimball의 Quantum Chemistry(1944), Heitler의 Elementary Wave Mechanics(1945) 등의 책과 이들을 정리한 Coulson의 Valence라는 교과서에서 그 이론적 태동을 찾아볼 수 있으며, 1940년대의 컴퓨터 과학의 발전으로 인해 입자를 기술하는 정교한 파동 방정식을 풀 수 있을 가능성이 대두되어, 1950년대 초부터 최초로 컴퓨터를 오비탈 계산에 사용하기 시작하면서 수많은 이론 화학자들이 컴퓨터 화학으로 뛰어들었다.
1970년대 초에는 ATMOL, Gauussian, IBMOL이나 POLYAYTOM 등과 같은 컴퓨터 화학 분야를 위한 프로그램이 개발되어, 분자 궤도를 효과적이고 빠르게 계산할 수 있게 되었다.
컴퓨터 화학이라는 용어의 첫 등장은 Sidney Fernbach와 Abraham Haskell Taub의 Computers and Their Role in the Physical Sciences(1970)에서 찾아볼 수 있다. 1980년에 이르러서는 처음으로 컴퓨터 화학 저널이 출판되었다.
컴퓨터 화학은 1998년과 2013년에 노벨 화학상을 받은 분야이기도 하다. Gaussian 프로그램의 성공적인 개발에 대한 업적으로 1998년에는 Walter Kohn, John Pople이, 2013년에는 크기가 큰 분자에 적용하기 힘들었던 기존 Gaussian 프로그램의 단점을 성공적으로 극복하는 알고리즘을 제시한 Martin Karplus, Micheal Levitt, Arieh Warshel이 그 업적으로 수상하였다.
Google Ngram Viewer의 검색 결과의 해석
실제 Google Ngram Viewer의 검색 결과를 보더라도, 관련 저널이 창간된 1980년대 전후를 시점으로 해서 폭발적으로 관련 논문이 증가하는 사실을 발견할 수 있다.
