Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?

[AAA1111]

Правильно ли я понимаю, что расчётам это трудно поддаётся (часто пока вовсе не поддаётся) и в основном на практике в лабораториях это выясняют?
Т.е. эффективной универсальной методики вычислить будет ли реакция и что в результате неё получится, пока нет?

[madschumacher]

Универсальная методика очень даже есть -- это квантовая механика. Ничего там особо загадочного нет. Проблема в том, что "мокрая" химия -- это ну оооооооооооочень огромные и оооооооооочень сложные системы, в которых происходят тучи процессов. Простой пример: растворение карбоната кальция в солянке. Каждый (нормально учащийся) школьник напишет: $\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow }$. А вот если рассматривать механизм этого, вроде элементарного процесса, то там окажется столько стадий , что проще головой аПстену убиться.
Короче, очень сложно многое именно посчитать чисто из-за сложности системы (даже в память компьютера такими задачами влезть -- это очень нетривиально ). Но даже на простых моделях уже давно всякие клевые результаты получали (например, реакция Дильса-Альдера объясняется правилами Вудворта-Хоффмана, что даёт возможность предсказывать протекание реакций в аналогичных случаях и т.д.). А сейчас с развитием вычислительных методов и компьютеров мы можем анализировать ещё более сложные процессы (реакции на поверхностях катализаторов, биологические процессы, и т.д.). За это всё давали Нобелевки по Химии (последняя в 2013 году).
Ну а в сочетании со старыми и новыми экспериментальными методами изучения и моделями всё это выглядит ещё более многообещающе.
Так что потихоньку-полегоньку движемся.

P.S. Приличные работы синтетиков сейчас достаточно часто включают моделирование открытых ими процессов в пробирке. Это позволяет иногда выявлять общие закономерности и предсказывать пути улучшения синтезов.

[AAA1111]

madschumacher в сообщении #1160627 писал(а):

Короче, очень сложно многое именно посчитать чисто из-за сложности системы (даже в память компьютера такими задачами влезть -- это очень нетривиально ).

Вот я об этом и говорю, что универсальность этих методов пока слишком ограничена мощностью компьютеров. А ещё наверное и умами программистов. Т.е. нет даже такой программы универсальной, что бы можно было взять любые вещества, вбить в неё инфу о них, и получить готовый ответ (при наличии достаточно мощного компьютера). Увы, пока похоже даже очень приблизительные методы моделирования и вычисления на универсальность не тянут. О более точных расчётах наверно и говорить пока нечего.
Так?

[madschumacher]

AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):

Вот я об этом и говорю, что универсальность этих методов пока слишком ограничена мощностью компьютеров.

Здесь химия не исключение, а правило. Любая инженерная задача в те же самые проблемы упирается. Какой-нть дизайн оптимального инжектора для двигателя, или формы антенны тоже не имеет универсальной программы для решения (иначе куча людей уже без работы была бы).

AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):

А ещё наверное и умами программистов.

Ну раз Вы такой умный, то плиз, метод в студию!

AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):

Т.е. нет даже такой программы универсальной, что бы можно было взять любые вещества, вбить в неё инфу о них, и получить готовый ответ (при наличии достаточно мощного компьютера).

Универсальной программы, блин. А Вселенную Вам заодно не смоделировать?
Вообще, полно подобного в химической инженерной деятельности. Там могут быть забиты достаточно простые или же весьма сложные модели, в которые задаются начальные условия и считается термодинамика,кинетика процесса. Причем, в зависимости от задачи варьируется сложность модели. Но это обычно базируется на померенных(или прочитанных, но так или иначе табулированных) макроскопических величинах (энтальпии образования, теплоемкости, константы скоростей реакции и т.д.). Можно было бы там идти от первых принципов, но экономически (да даже по затратам времени/сил) это бессмысленно.

AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):

Увы, пока похоже даже очень приблизительные методы моделирования и вычисления на универсальность не тянут.

Ну это Вы зря. Для малоатомных систем в газе можно всё моделировать "в лоб" из первых принципов. Ну и в зависимости от размера системы обычно можно решить нужную задачу, даже на атомарном уровне (например, Тефаль заказывали в Desy моделирование в компьютере на атомарном уровне поведения антипригарного покрытия, ну а про моделирование биохимии я молчу). А если не ограничивать себя в методах, то можно сделать еще больше. Главное знать где искать и как делать. А волшебной палочки, применимой абсолютно ко всему, насколько мне известно, ни в одной науке (да и в других областях человеческой деятельности) нет. Но в целом да, конечно, простор для научной и инженерной деятельности большой.

P.S. Вы бы конкретизировали саму задачу, т.к. даже "взять вещество" -- это уже нетривиальное утверждение. Оно может быть в различном агрегатом состоянии, в различных кристаллических модификациях, в различном изомерном составе, растворено в различных растворителях, да даже тупо с различной степенью чистоты. И всё это может и будет приводить к разным последствиям.

P.P.S. касательно вопроса в названии темы, он обычно не имеет смысла, т.к. можно взять и смоделировать процессы, происходящие при смещении 2х веществ (в лоб не возьмется задача, но в нужный момент "углубляться" в центр вопроса -- можно. Но на это уйдет много времени, проще взять да смешать. Тут возникает другая проблема -- если мы хотим получить продукт дешево, то мы не знаем даже что и как надо смешивать (это, если хотите, обратная задача химии). А вот эта задача уже на порядок сложнее (и если бы Вы знаете про обратные задачи даже в обычном смысле, то это сразу поймете) и существенно более нерешаемые. Вот эту задачу -- да, решить не удаётся. Т.е. на вопрос темы можно ответить -- моделированием. Но это нафиг никому обычно не нужно.

[arseniiv]

madschumacher в сообщении #1161202 писал(а):

P.S. Вы бы конкретизировали саму задачу, т.к. даже "взять вещество" -- это уже нетривиальное утверждение. Оно может быть в различном агрегатом состоянии, в различных кристаллических модификациях, в различном изомерном составе, растворено в различных растворителях, да даже тупо с различной степенью чистоты. И всё это может и будет приводить к разным последствиям.

А ещё (пускай теперь абсолютно чистое) в зависимости от разных $p,V,T$ иметь разный состав (динамическое равновесие в воде молекул воды и всяких ионов, скажем)! А ещё не быть в термодинамическом равновесии… (Это добавление для ТС, т. к. вы-то как раз об этом знаете лучше меня.)

(Оффтоп)

madschumacher в сообщении #1161202 писал(а):

А Вселенную Вам заодно не смоделировать?

arseniiv расталкивает очередь и вклинивается поближе к началу.

[AAA1111]

madschumacher в сообщении #1161202 писал(а):

Ну раз Вы такой умный, то плиз, метод в студию!

Да не, я далеко не такой умный.

arseniiv в сообщении #1161207 писал(а):

Вы бы конкретизировали саму задачу

Да в общем, я уже понял вроде бы. Спасибо за пояснения. Ну, а, если точнее, то изначально я представлял себе задачу примерно так: две молекулы примерно до десятка атомов каждая сталкиваются в вакууме. Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.
Или что-то вроде этого.

[Osmiy]

AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):

Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.

[Dmitriy40]

(Оффтоп)

Osmiy в сообщении #1161326 писал(а):

AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):

Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.

Или даже парочка бозонов Хиггса с кучей другого мусора - если разогнать молекулы посильнее перед столкновением.

[AAA1111]

Osmiy в сообщении #1161326 писал(а):

Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.

На это скорость влияет и состав молекул. Вот при какой скорости какие комбинации образуются, а при какой остаются прежними (молекулы не прореагировали, а разлетелись после удара), это и интересно было бы вычислить.

[ИСН]

Отсюда чудовищно далеко до расчёта реальных химических реакций. На какой скорости, каким боком столкнулись частицы... а как только они столкнулись, то получились, возможно, какие-то новые, которые тоже сталкиваются друг с другом и со старыми, и число вариантов растёт лавинообразно.

[madschumacher]

AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):

две молекулы примерно до десятка атомов каждая сталкиваются в вакууме. Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Ну дык это ж вообще халтура. Для курсовой работы задачка.

Самый простой способ: взять ab initio молекулярную динамику (квантово-химическое приближение на Ваш вкус и выбор), оттермостатить каждую из молекул по одиночке (термостат на Ваш вкус и выбор), ну и под нужными углами и скоростями запустить молекулы друг на друга (можно ещё и с разным прицельным параметром). Можно так много раз сделать и посмотреть на статистику того, что у Вас получается. Там есть ещё куча мелких аспектов, которые можно учесть, но базовая идея такая.

Osmiy в сообщении #1161326 писал(а):

Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.

Это и так подразумевается постановкой задачи. Вопрос в том: какие и с какой вероятностью.

[madschumacher]

ИСН в сообщении #1161362 писал(а):

Отсюда чудовищно далеко до расчёта реальных химических реакций.

Ну смотря каких... Для интерпретации данных, полученных методом молекулярных пучков, уж точно достаточно.

[GraNiNi]

AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):

Ну, а, если точнее, то изначально я представлял себе задачу примерно так: две молекулы примерно до десятка атомов каждая сталкиваются в вакууме. Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Все это - компьютерные игрушки в химию, к реальности имеющие весьма отдаленное отношение.

Например, даже для простейшей реакции, простейших молекул - водорода с хлором, с образованием хлороводорода, никакие расчеты не дадут необходимых результатов, на основании которых можно было бы построить завод по производству соляной кислоты.

Только эксперимент может вскрыть все внутренние "тайны" химических реакций и обнаружить истину.

[madschumacher]

GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):

Все это - компьютерные игрушки в химию, к реальности имеющие весьма отдаленное отношение.

Ой, не надо тут ля-ля...
Вы сильно не правы, т.к. эти, как Вы изящно выразились "компьютерные игрушки в химию":
1. согласуются и используются для интерпретации кучи экспериментальных данных: структуры веществ, их спектров (ИК, Раман, ЭПР, ЯМР, фотоэлектронных, оптических спектров поглощения и т.д.), их термодинамических свойств, скоростей реакций (тут, правда пока что редко количественно, скорее качественно), и т.д., причем сейчас даже дошли до весьма приличного качества моделирования всяких биологических процессов (за что по сути и был выдан Нобель по Химии в 2013м);
2. дали данные, которые раньше (и сейчас может быть, я этим не занимаюсь) очень даже использовались для решения вполне себе прикладных задач (знаю, что термодинамические свойства высокоэнергетических веществ, рассчитанные квантовой химией, использовались для создания топлив и, собственно, взрывчатки);
3. привели к созданию всех концепций современной химии, что существенно упрощает жизнь большинству химиков, как фундаментальщиков, так и прикладников.

GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):

Например, даже для простейшей реакции, простейших молекул водорода с хлором, с образованием хлороводорода, никакие расчеты не дадут необходимых результатов, на основании которых можно было бы построить завод по производству соляной кислоты.

По одной простой причине: Вы когда-нибудь видели сколько экспериментально установленных элементарных стадий у этой реакции ($\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2 HCl}$) в газовой фазе? Я слышал цифру ~ 100 штук (это только важных для количественного описания кинетики реакции). Ну так вот -- для каждой из этих стадий компьютерным моделированием из первых принципов можно получить константу реакции (ичсх, получают ), но анализировать их все -- это уже весьма убийственная по затратам задачка. Вы же не будете молотком чинить компьютер и кровавой Мэри отвёрткой забивать гвозди? Или применять квантмех для описания полёта снаряда из пушки? Мораль: в каждой области есть свои инструменты, которые имеет смысл там использовать.

GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):

Только эксперимент может вскрыть все внутренние "тайны" химических реакций и обнаружить истину.

Ё-моё, как высокопарно... Давайте ещё раз процитируем и посмакуем:

GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):

все внутренние "тайны" химических реакций и обнаружить истину

Блеск!
Почитайте какие-нть свежие (или не очень свежие ) статьи в каком-нть захудалом Nature, Science, JACS, Angewandte Chemie, PCCP, JCP, JPCx (x=A,B,C) и иже с ними и Вы увидите, что интерпретация этих самых экспериментов чаще всего тупо базируется на этих самых компьютерных игрушках в химию...
Ну и конечно замечу, что наука -- это не про "истину" и "тайны", а про хорошо работающие модели, которые хорошо описывают необходимые куски реальности. А за "Истиной" и "Тайнами" обращайтесь к контентмейкерам и обитателям Пургатория...

[GraNiNi]

madschumacher в сообщении #1161618 писал(а):

По одной простой причине: Вы когда-нибудь видели сколько экспериментально установленных элементарных стадий у этой реакции ($\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2 HCl}$) в газовой фазе? Я слышал цифру ~ 100 штук (это только важных для количественного описания кинетики реакции). Ну так вот -- для каждой из этих стадий компьютерным моделированием из первых принципов можно получить константу реакции (ичсх, получают ), но анализировать их все -- это уже весьма убийственная по затратам задачка.

Вот об этом и речь.
Никакое компьютерное моделирование не заменит реальный химический опыт, когда нужны надежные, проверенные цифры, а не абстрактные модели.