Chemical processes in solution - description of solvation with the help of integral equation theories for molecular liquids and solutions

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Die Methoden der Quantenmechanik erlauben es, Moleküle und Molekülensembles sowohl in ihren Grundzuständen als auch in elektronisch und/oder strukturell angeregten Zuständen in der Gasphase bezüglich der Konformation und der Energien exakt zu beschreiben. So können sowohl stabile Moleküle als auch Reaktionswege mit aktivierten Komplexen und Zwischenstufen mit hoher Genauigkeit modelliert werden. Die Untersuchung der Strukturen in kondensierter Phase ist aber mit rein quantenmechanischen Methoden aus praktischen Gründen der begrenzten Rechnerkapazitäten nur sehr eingeschränkt möglich. Die Berücksichtigung der variablen Struktur des Lösungsmittels erfolgt deshalb entweder mit Hilfe elektrostatischer Kontinuumsmodelle, mit Methoden der Computersimulation oder mit analytischen Methoden der statistischen Thermodynamik. In dieser Arbeit wird der zuletzt genannte Weg beschritten. Die Verteilung von Lösungsmittelmolekülen um einen Molekülkomplex wird mit Hilfe von räumlichen Paarkorrelationen beschrieben, die aus Integralgleichungsmethoden gewonnen werden. Die Kombination statistisch-mechanischer und quantenmechanischer Methoden zur Berechnung von Molekülzuständen und Reaktionen in flüssiger Phase hat den großen Vorteil, die gelösten Teilchen auf quantenmechanischem Niveau und die Lösungsmittelmoleküle auf klassischem Niveau zu untersuchen und die gegenseitige Beeinflussung simultan mit den Methoden der statistischen Thermodynamik zu bestimmen. Der Aufwand an Rechnerkapazität und Rechenzeit sollte sich hierbei in Grenzen halten.