Pada awalnya para ilmuwan kesulitan untuk memahami bagaimana ikatan antar atom dapat bekerja dan bagaimana perilaku diantaranya. Dengan perkembangan teori mekanika kuantum, masalah ini agak dapat diatasi dengan pendekatan matematis. Namun pada kenyataannya aplikasi mekanika kuantum memberi persamaan yang terlalu rumit diselesaikan.

Perubahan pemikran mulai terjadi pada awal dekade 1960 saat digunakan komputer untuk menyelesaikan persamaan-persamaan ini dan kimia kuantum cabang baru dalam ilmu kimia. Dan ketika mendekati akhir dekade 1990, kita melihat teori-teori baru dan perkembangan metode komputasi dan pengaruhnya yang besar pada perkembangan ilmu kimia seluruhnya. Walter Kohn dan John Pople adalah dua orang yang berfasa besar dalam pengembangan ini. Walter Kohn telah menyusun teori-teori dasar menyederhanakan pendekatan matematis pada penggambaran ikatan atom, dan John Pople telah mengembangkan seluruh metodologi kimia kuantum yang kini digunakan pada seluruh cabang kimia.

Perhitungan berbasis komputer sekarang secara umum digunakan untuk melengkapi teknik eksperimen. Perhitungan konvensional biasanya didasarkan pada gerakan-gerakan dari perilaku elektron. Untuk itu biasanya metode ini sangat rumit secara matematis. Dengan perhitungan berbasis komputer sangat mungkin menganalisa struktur suatu molekul secara detail.

Walter Kohn memperlihatkan bahwa gerakan elektron tidak perlu dipertimbangkan, melainkan perlu diketahui jumlah rata-rata elektron pada suatu titik di dalam ruang (densitas elektron).

John Pople diberi penghargaan atas pengembangannya pada metode komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari molekul secara teoritis dan interaksi-interaksi yang terjadi dalam reaksi kimia. Metode ini didasarkan pada hukum dasar mekanika kuantum schrodinger. Sebab komputer diberi input dengan bagian-bagian dari suatu molekul atau reaksi kimia yang mungkin terjadi.
Hasilnya sering kali digunakan untuk melukiskan atau menjelaskan hasil-hasil dengan mudah untuk Reriset dengan mendesain. Program komputer GAUSSIAN, versi pertama dipublikasikan pada than 1970. Program tersebut sejak itu dikemabngkan dan saat ini telah digunakan oleh ribuan kimiawan dalam universitas dan perusahaan komersial di seluruh dunia.

Kimia Kuantum- sebab dan latar belakang
Hukum mekanika kuantum difondasikan…lebih dari 70 tahun yang lalu yang membuatnya secara teoritis mungkin untuk dipahami dan mengkalkulasi bagaimana elektron dan inti atom berinteraksi untuk membangun suatu materi dalam semua bentuknya. Tantangan kimia kuantum adalah untuk mempublikasikan pengetahuan ini untuk menjelaskan sistem molekuler. Hal ini lebih mudah dikatakan daripada dilakukan.

Walter Kohn menunjukkan pada tahun 1964, bahwa energi total untuk sebuah sistem dijelaskan oleh Hukum Mekanika Kuantum dapat secara teoritis dihitung bila kerapatan elektron telah diketahui. Pertanyaannya hanya bagaimana energi bergantung pada kerapatan. Kohn memberikan pernyataan penting berdasarkan bahwa ketergantungan ini seperti dalam suatu sistem imaginer dengan elektron-elektron bebas. Memerlukan beberapa dekade dan kontribusi-kontribusi dari banyak peneliti, sebelum persamaan untuk mendeterminasikan energi telah akurat dipetakan untuk studi dalam skala besar terhadap sistem molekuler. Metode Kohn diperkenalkan untuk diketahui sebagai teori kerapatan-fungsional (the density-functional theory). Saat ini digunakan dalam studi terhadap area problem kimia yang luas, dari mengkalkulasi struktur geometri molekul (seperti jarak ikatan dan sudut ikatan) untuk memetakan reaksi kimia sistem.

Dalam kurun waktu 1960-an banyak grooup penelitian di Eropa dan USA memulai dengan demamnya mengeksploitasi potensi yang besar dari komputer. Metode-metode baru dari komputasi mulai dikembangkan dan disempurnakan. John Pople merupakan figur seorang pioner dalam bidang ini. Ia menyadari bahwa jika metode-metode teoritis merupakan suatu metode untuk memperoleh penjelasan dalam kimia, maka perlu untuk mengetahui seberapa akurat hasil dari suatu tertentu yang diberikan. Tambahan pula , metode-metode ini haruslah mudah untuk digunakan dan tidak membutuhkan banyak sumber yang lain. Melalui suatu perkembangan yang signifikan pada metodologi teoritis di penghujung tahun 1960-an, orang mulai mendesain Sebuah program komputer dengan poin-poin khusus yang lebih superior dibanding sebelumnya. Spesifikasi diatas sekarang bisa terpenuhi dan Gaussian-70 nama progaram tersebut dengan segera dapat digunakan secara luas.

Pople melanjutkan pada tahun 70 dan 80-an untuk melanjutkannya, pada waktu yang sama membangun sebuah model kimia yang didokumentasikan dengan sangat baik. Pada awal tahun 90-an dia telah siap untuk memperkenalkan teori kerapatan fungsional Kohn, dengan ini sebuah kemungkinan baru telah terbuka untuk menganalisa setiap molekul kompleks.

Aplikasi kima kuantum

Kimia kuantum saat ini digunakan dalam semua biadang kimia dan fisika molekuler, sebagaimana dia dapat menghasilkan informasi kuantitatif pada molekul dan interaksinya ,teori tersebut juga mampu untuk mengetahui lebih dalam mengenai proses-proses molekuler yang tidak bisa diperoleh dari eksperimen saja. Teori dan eksperimen dikombinasikan saat ini dalam memepelajari struktur dalam sebuah materi.
Kemudian bagaimana kalkulasi kimia kuantum dapat dilaksanakan? Dari kita ambil contoh dari asam amino yaitu sistein yang diilustrasikan diatas. Bagaimana kita menghasilkan gambar tersebut, kita duduk didepan komputer dan memulai program kimia kuantum. Dari menu kita memilih sebuah molekul dimana sebuah atom karbon diikat dengan sebuah atom hidrogen dan sebuah grup amino (NH2, grupThiolathomethil, dan CH2SH), dan sebuah gugus karboksil (COOH). Komputer menggambar sebuah gambar kasar dari molekul pada layar. Kita sekarang menginstruksikan komputer untuk menentukan struktur geometri dari molekul dengan kalkulasi kimia kuantum. Ini bisa memakan waktu satu menit untuk menghasilkan gambar struktur yang kasar. Tetapi untuk menghasilkan gambar dengan akurasi tinggi.gambar dalam layar secara bertahap berubah dengan tingkat akurasi yang semakin besar. Ketika operasi ini sudah selesai kita bisa memerintahkan komputer untuk menghitung sifat-sifat lain dari sistem.

Dalam ilustrasi diatas kami telah mengkalkulasi sebuah permukaan dengan kerapatan elektron yang tetap. Permukaan yang berwarna melambangkan harga potensial elektrostatik. Ini bisa digunakan sebagai contoh, untuk memprediksikan bagaimana molekul berinteraksi dengan molekul lainnya dalam lingkungannya. Beberapa informasi tersebut mungkin bisa digunakan untuk mempelajari protein (yang disusun oleh asam-asam amino) berinteraksi dengan substrat yang berbeda, misalnya dalam bidang farmasi.

Contoh lain substrat mungkin diambil dari alam semesta dimana di dalamnya sebagian dari bintang-bintang dan planet-planet, ada sangat banyak mencakup materi antar bintang, seringkali dikumpulkan dalam awan raksasa.
Apa saja kandungan dari materi ini? Ini bisa dipelajari dari bumi lewat radiasi yang dipancarkan molekul tersebut. Radiasi ini muncul karena molekul berotasi. Kimia kuantum, bagaimanapun juga, tidak lepas dari beberapa keterbatasan. Perhitungan berdasarkan kepada asumsi bahwa struktur bisa memberikan informasi dalam emisi pada frekuensi radio, yang bisa langsung dibandingkan dengan data yang dikumpulkan oleh teleskop radio.
Pada langkah ini, teori dan perhitungan bersama-sama bisa memberi informasi tentang komposisi molekul dalam materi antar bintang.

Pada gambar 2., CF2Cl2 (freon, pada gambar sebelah kiri) diuraikan oleh radiasi ultraviolet dari matahari. Atom klorin bebas terbentuk yang bereaksi dengan molekul-molekul O3 (ozone, pada gambar kanan) dan menghancurkan O3 tersebut. proses ini bisa dipelajari dengan menggunakan kalkulasi kimia kuantum. Sebagai contoh lain, misalnya. Jauh di atmosfir terdapat suatu lapisan tipis dari molekul ozon yang melindungi kita atas radiasi ultra violet dari matahari. Materi yang kita lepaskan ke atmosfir (misalnya freon) bisa menimbulkan hancurnya lapisan ozon. bagaimana ini bisa terjadi ? Reaksi kimia mana yang terlibat? Dengan komputasi kimia kuantum kita bisa menggambarkannya secara detail sehingga kita bisa lebih memahaminya. Pengetahuan ini bisa membantu kita untuk mengambil langkah-langkah yang diperlukan untuk membuat atmosfir kita lebih bersih. Kimia kuantum sekarang ini digunakan dalam seluruh cabang kimia, selalu dengan tujuan yang sama, yaitu untuk meningkatkan pengetahuan

Penelitian scientific dari Walter Kohn dan John Pople telah menjadi dasar yang penting bagi perkembangan lebih lanjut dari penelitian dalam bidang inikita terhadap struktur bagian dalam dari materi. Pene.