روشهای نیمه تجربی در علم شیمی محاسباتی

محاسبات نیمه تجربی با همان ساختارهایی که از محاسبات هارتری فاک (HF) به دست می‌آیند و دارای یک عملگر هامیلتونی و یک تابع موجی است، راه‌اندازی می‌شوند.در این چارچوب، یک سری از اطلاعات تقریب خورده و یا به طور کامل حذف می‌شوند. معمولأ، الکترونهای هسته در محاسبات شرکت نمی‌کنند و فقط یک مجموعه‌ی پایه‌ی حداقل مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، تعدادی از انتگرالهای دو الکترونی نیز حذف می‌شوند. به منظور تصحیح اشتباهات حاصله از حذف بخشی از محاسبات، روش موجود پارامتردار می‌شود. پارامترها مقادیر حذف شده را با مقایسه با نتایج تجربی یا محاسبات ab initio تخمین می‌زنند. اغلب، این پارامترها جایگزین تعدادی از انتگرالهای حذف شده می‌شوند.

مزیت محاسبات نیمه تجربی، سریعتر بودن آنها نسبت به محاسبات ab initio می‌باشد. عیب روشهای نیمه تجربی این است که نتایج امکان اشتباه بودن را دارند و هم اینکه ویژگیهای کمی از مولکولها قابلیت پیشبینی را دارند. اگر مولکول مورد نظر به مولکولهایی که اطلاعاتشان در نرم افزار محاسباتی موجود است شبیه باشد، نتایج بسیار خوبی را به دست خواهد داد. اگر مولکول محاسبه شده کاملأ متفاوت با مجموعه‌ی پایه‌ی پارامتردار شده باشد، نتایج ضعیفی به دست خواهد آمد. برای مثال، اتمهای کربن موجود در سیکلوپروپان و کوبان زاویه‌های پیوندی کاملأ متفاوتی با دیگر ترکیبات معمولی دارد، بنابراین این مولکولها امکان پیشبینی درست با این روشهای پارامتردار شده را ندارند. با این وجود، روشهای نیمه تجربی حساس به مجموعه‌ی پارامترهای حاصل از محاسبات مکانیک مولکولی نیستند.

روشهای نیمه تجربی نتایج منتوعی را به دست می‌دهند. بیشتر اوقات، ساختار هندسی و انرژی (معمولأ گرمای تشکیل) برای محاسبات به کار برده می‌شوند. تعدادی از محققان ممان دوقطبی مولکولها، گرمای واکنش و پتانسیلهای یونیزاسیون را نیز وارد مجموعه‌ی پارامتردار کننده کرده‌اند. روشهای کمی برای دستیابی به یک ویژگی خاص مولکولی نظیر طیف الکترونی جابجاییهای شیمیایی NMR پارامتردار شده‌اند. محاسبات نیمه تجربی می‌توانند در محاسبات مجموعه‌های پایه‌ی دیگر مورد استفاده قرار بگیرند.

روشهای نیمه تجربی زیادی توانایی محاسبه انواع انرژیها از قبیل گرمای تشکیل را دارند. پژوهشگران نباید تصحیحات نقطه‌ی صفر را در نتایج (انرژیها) دخالت بدهند، زیرا تصحیحات ترمودینامیکی در پارامترها وارد شده‌اند.

محاسبات نیمه تجربی در حوزه‌ی شیمی آلی خیلی موفق عمل کرده‌اند، تا جایی که یک سری از اتمها و مولکولها با سایز متوسط را به خوبی محاسبه می‌کنند. تعدادی از روشهای نیمه تجربی نیز به طور خاص برای مولکولهای معدنی به کار می‌روند.