Chimie mathématique
La chimie mathématique est le domaine de la chimie théorique consacré aux applications des mathématiques à la chimie[1]. Elle concerne principalement la modélisation mathématique de phénomènes chimiques[2].
Histoire
La première tentative de mathématiser la chimie a été faite par Mikhaïl Lomonossov (1711-1765). Son manuscrit Elementa Chimiae Mathematicae (éléments de chimie mathématique, en latin) a été retrouvé après sa mort parmi ses papiers[3]. Apparemment, Lomonosov, inspiré par les travaux de Principia I. d'Isaac Newton, avait l'intention d'écrire un traité chimique similaire dans lequel il souhaitait présenter de manière axiomatique toutes les connaissances chimiques existant à cette époque.
Arthur Cayley (1821-1895) est le premier mathématicien à s'intéresser aux aspects combinatoires de la chimie. Il a publié un article dans Berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft, qui était alors le principal journal de chimie, sur le dénombrement d'isomères d'alcanes en 1875[4]. Ce travail est le premier travail sur l'application de la théorie des graphes en chimie.
Georg Helm a publié un traité intitulé The Principles of Mathematical Chemistry: The Energetics of Chemical Phenomena (Les principes de la chimie mathématique : l'énergétique des phénomènes chimiques) en 1894[5].
Dans la chimie moderne, le terme "chimie mathématique" a été réintroduit dans les années 1970. Les premiers périodiques spécialisés dans ce domaine sont la revue MATCH Communications in Mathematical and in Computer Chemistry[6], publiée pour la première fois en 1975, et le Journal of Mathematical Chemistry[7], publié pour la première fois en 1987. Ce sont quelques-uns des périodiques les plus contemporains spécialisés dans le domaine.
En 1986, Ante Graovac a lancé une série de conférences annuelles, Math/Chem/Comp, à Dubrovnik (Croatie)[8].
En 2005, l’International Academy of Mathematical Chemistry[9] (Académie internationale de chimie mathématique, (IAMC)) a été fondée à Dubrovnik par Milan Randić. L'Académie comptait 82 membres en 2009 du monde entier, dont six scientifiques récompensés par un prix Nobel.
Mathématiques appliquées à la chimie
Le tableau suivant présente les principaux domaines des mathématiques utilisées en chimie mathématiques.
| Domaine mathématique | Applications en chimie mathématique |
|---|---|
| Théorie des graphes | Théorie des graphes chimiques : étude mathématique de graphes moléculaires et de l'isomérie et développement de descripteurs moléculaires ou d'indices topologiques pouvant trouver une application dans les relations quantitatives structure-propriété |
| Topologie | Topologie moléculaire : stéréochimie et étude des propriétés de surfaces |
| Théorie des nœuds | |
| Combinatoire | |
| Théorie des groupes | Chimie quantique et stéréochimie |
| Géométrie fractale | |
| Équation différentielle | Cinétique chimique |
| Système dynamique | |
| Théorie des catastrophes et des bifurcations | Changements structurels dans les molécules |
| Algèbre d'opérateurs | Chimie quantique |
| Logique mathématique | |
| Théorie de l'information et méthodes de l'intelligence artificielle | Chémoinformatique |
| Équation intégro-différentielle | Description des processus intervenant sur des surfaces non homogènes (catalyse hétérogène et adsorption) |
Références
- Restrepo, G. Mathematical chemistry, a new discipline. In Essays in the philosophy of chemistry, Scerri, E.; Fisher, G., Eds.; Oxford University Press: New York, UK, 2016; Chapter 15, 332-351
- A review of the book by Ivan Gutman, Oskar E. Polansky, "Mathematical Concepts in Organic Chemistry" in SIAM Review Vol. 30, No. 2 (1988), pp. 348-350
- M. V. Lomonosov, Œuvres complètes. En 10 volumes. Moscou-Léningrad, maison d'édition de l'Académie des sciences de l'URSS, 1950-1959. Tom 1
- A. Cayley, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 8 (1875) 1056-1059.
- Helm, Georg. The Principles of Mathematical Chemistry: The Energetics of Chemical Phenomena. translated by J. Livingston R. Morgan. New York: John Wiley & Sons, 1897
- MATCH Communications in Mathematical and in Computer Chemistry
- Journal of Mathematical Chemistry
- Math/Chem/Comp
- International Academy of Mathematical Chemistry