计算化学是使用组合来研究复杂的化学问题 计算机模拟、化学理论和信息科学。也称为化学信息学, 该领域使科学家能够准确分析过于复杂的量子数据集 无需计算化学软件的帮助即可进行研究。计算化学 软件使用理论化学方法来计算分子性质和 结构,通常是在量子水平上。

化学信息学帮助计算机和科学家交流化学并理解 化学过程如何运作。化学反应经常发生得如此之快,科学家们 只能看到最终结果,而看不到它们如何或为何发生。计算化学用途 巨大开发虚拟模型来展示化学反应和物理过程 发生。这是基于数学方程来预测原子如何排列的 化学结构以及分子如何移动和转变。
化学信息学可以提供详细的描述量子力学系统如果没有这个领域的贡献,这将具有挑战性。化学信息学是 通常用于补充化学实验中收集的信息。然而,它 有时还可以预测尚未观察到的化学现象。
计算化学家做什么?
计算化学家是各种化学学科的问题解决者。 计算化学软件的使用使化学家能够超越以前的水平 领域的局限性。计算化学家将设计、创造、组织、管理、 检索、分析、传播、可视化和使用各种化学信息 更具体的化学领域。
在某些情况下,化学信息学已经发展成为更明确的研究领域,例如 如分子建模、定量结构/活性关系、化学计量学 和分子量子力学。化学信息学应用包括催化、药物 开发和计算化学数据库。
催化
计算化学催化是指使用计算化学方法 研究和预测化学反应中催化剂的行为。这允许 研究人员分析催化机制,确定影响催化剂的关键因素 性能,并设计新的、更高效的催化剂,而无需执行每一项操作 进行物理实验。使用机器学习,计算化学家通常可以绕过 计算量子力学并直接找到可能的结果。
药物开发
通过计算化学等领域的信息技术管理 变得越来越重要药物发现和开发过程。化学信息学将原始数据与物理化学理论相结合,以便更好地 以及更快地做出决策,确定最有前途的化合物和 用于开发新药的分子。计算化学数据库包括库 数千种可能的候选药物。
计算化学数据库
化学信息学家使用许多计算化学数据库 并做出贡献:
- PubChem
- 化学EMBL
- ChemSpider
- ChEBI
每个数据库都编录了许多不同的分子结构,其中一些已被 在自然界中发现的,其他的可以合成或只是理论上的。同时 每个数据库都有自己的优点和缺点,都提供对化学信息的访问 例如分子结构、性质和生物活性,使研究人员能够 进行计算化学模拟和分析。
计算化学家的职业是什么样的?
计算化学是一个强大的领域,各个行业都有很高的需求, 特别是药品。这是由于对计算的依赖日益增加 药物发现和材料科学研究的建模。不仅是化学信息学家 需求量很大,但在研发领域有各种各样的角色, 分子设计、数据分析和咨询服务。
化学家和材料科学家
化学家和材料科学家进行研究以了解 原子和分子水平的物质。在计算化学领域,这些科学家 使用计算机模拟和建模技术来预测化学行为和 设计新材料。最常受雇的是化学家和材料科学家 作为制药和药品制造领域的科学研究人员和开发人员 在建筑领域,工程及相关字段。由于这些领域对科学家的高需求,化学家 和材料科学家预计就业增长快于平均水平。
生物化学家和生物物理学家
生物化学家生物物理学家研究生物体内的化学过程。他们可能 使用计算方法来模拟生物系统,分析分子相互作用, 并协助药物设计。他们最有可能受雇于科学研究 和开发、制药和药品制造以及学院、大学 和专业学校。

化学工程师
化学工程师应用化学、物理和工程学原理来解决涉及的问题 化学品的生产或使用。计算化学可以成为他们的一部分 致力于优化化学工艺和设计高效的化学反应器。他们 经常受雇于化学制造、建筑工程和科学领域 研究与开发。
计算机和信息研究科学家
这些科学家发明和设计了新的计算技术方法并发现 现有技术的创新用途。在计算化学的背景下, 他们可以开发用于分子建模和模拟的算法和软件。这些 这类研究人员通常为联邦、州和地方政府、计算机 系统设计师和科学研究与开发服务。
数据科学家和数学科学职业
数据科学家此组通常使用机器学习来分析大型数据集以提取见解 和统计方法。在计算化学中,他们可以分析化学数据 识别趋势或预测化学反应的结果。他们经常在电脑前工作 系统设计、公司和企业管理以及管理、技术和 科学咨询服务。
环境科学家和专家
环境科学家致力于保护环境和人类健康。在计算方面 化学,他们可以模拟环境过程,例如污染物行为或 化学品对生态系统的影响。他们经常为州政府、管理层、 科学技术咨询服务以及建筑和工程 服务。
医学科学家
医学科学家进行研究以改善人类健康。他们可能会使用计算 化学来模拟生物系统、研究药物相互作用或协助开发 新药物。他们可以担任科学研究和开发人员,用于医疗 和诊断实验室,以及制药和药品制造。
软件开发人员
软件开发人员设计和创建软件程序。在计算化学的背景下,他们 可以开发用于分子建模、模拟或化学的专门软件 数据分析。软件开发人员经常在计算机系统设计中找到职业, 与软件发行商合作,或在公司和企业管理中。
运筹分析师
运筹分析师使用数学和分析方法帮助组织解决问题。在计算化学中,它们可能适用 这些技术可优化化学过程或开发化学预测模型 反应。他们可以在科学和技术领域管理公司和企业 咨询或计算机系统设计。

高等教育教师(化学、生物化学或相关领域)
这些教育工作者在大学教授化学、生物化学或相关领域的课程 学院或大学水平。他们还可以进行计算化学研究, 开发新方法或将其应用于各种化学问题。化学信息学家 走这条路的人通常在学院、大学、专业学校工作 和短期大学。
计算化学家能赚多少钱?
化学信息学的薪资根据其领域和在该领域中的角色而有所不同。 计算化学家的平均年薪范围为入门级到平均和前 10% 的人。这些领域的就业机会预计将大幅增长 比这十年的平均水平要快。这使得化学信息学的整体就业前景 对于那些有兴趣从事计算化学家职业的人来说非常有前途。
数据来自 Glassdoor,访问时间为 2025 年 4 月。
| 职业 | 平均入门级工资(薪资标准) | 平均年薪 (BLS) | 前 10% (BLS) |
|---|---|---|---|
| 化学家 | $95,940 | $154,430 | |
| 生物化学家 | $115,570 | $168,900 | |
| 化学工程师 | $128,430 | $182,150 | |
| 计算机和信息研究科学家 | $152,310 | $232,120 | |
| 数据科学家 | $124,590 | $194,410 | |
| 环境科学家 | $88,640 | $134,830 | |
| 医学科学家 | $111,430 | $167,600 | |
| 软件开发人员 | $144,570 | $211,450 | |
| 运筹分析师 | $99,120 | $159,280 | |
| 中学教师,化学 | $103,030 | $171,600 | |
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数据来自 payscale.com,访问日期为 2025 年 4 月。 数据来自(BLS),日期为 2024 年 5 月。 |
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计算化学家需要哪些技能?
计算化学职业需要耐心、逻辑思维和注意力 详细说明。计算化学家需要扎实的解决问题的技能。他们需要 批判性思考并解决复杂的计算问题。他们还有 解释和分析模拟生成的大型数据集。

“人际交往能力”在此领域也很重要。计算化学家需要合作 与其他科学家一起,他们必须能够解释他们的实验结果 给他们的客户。较强的沟通能力、外向的性格和倾向 担任顾问角色对计算的成功做出了巨大贡献 化学家。
计算化学家还需要强大的数学背景才能理解 计算方法的基础理论。他们应该形成深刻的理解 化学知识和熟悉量子力学。他们还受益于 编程技能、计算化学软件和知识的熟练程度 机器学习技术。
计算化学家做什么任务?
计算化学家使用高性能计算来解决问题并创造 需要大量数据的模拟。计算化学家可能会发展 化学和生化过程和实体的计算机模型和模拟, 以及执行和解释大型数据集的统计分析。作为一部分 这些责任,化学信息学家将创建反应的视觉表示 途径、分子相互作用或其他现象。
计算化学家还可以表征新的化合物和工艺来支持 专利权利要求,帮助开发合成工艺和设计实验。取决于 在他们选择的领域,也可能会询问化学信息学家或计算化学家 提供客户服务或销售支持或教授培训学生的课程 他们的工作。
计算化学与化学信息学
计算化学和化学信息学这两个术语经常互换使用。 这两个领域是如此紧密地联系在一起,以至于并不总是需要区分 他们之间。当区分两者时,化学信息学通常是 被称为计算化学的一部分,其模型不基于再现 世界在分子水平上运转的真实物理和化学。不像 计算化学的其他方面,化学信息学旨在简单地产生 可以预测化合物的化学和生物特性的有用模型。这个 基于二维(或有时三维)化学结构 一个分子。
还有其他方法可以区分化学信息学和计算化学。 化学信息学强调使用计算机来保存或表示化学式 以及物理和化学性质。计算化学强调计算 基于量子力学和经典力学等物理原理。计算型 化学利用这些原理来计算运动、反应或物理或化学 系统的属性。
计算化学的未来
计算化学预计将在预测方面取得显着进步 科学家整合机器学习的力量,人工智能和量子计算。这将允许更准确地模拟复杂的化学物质 系统。先进技术与化学数据库相结合可以为科学家提供帮助 无缝连接和模拟不同级别的细节(从原子到细节)的能力 到宏观尺度。
更快、更有针对性的实验设计有望简化药物 通过快速识别具有所需特性的有前途的化合物来进行发现过程。 计算化学也有潜力解决可持续性问题 通过计算模型优化化学过程并开发环境 友好的化学过程。化学信息学在未来能源中也占有一席之地 存储技术和优化能源转换过程。
为了充分发挥化学信息学的潜力,计算化学家必须继续 构建可靠且全面的化学数据集来训练机器学习模型。 高级模拟的高计算要求需要访问强大的 计算基础设施。业内人士也必须了解底层 复杂人工智能预测背后的机制,以建立对计算结果的信任 化学家在场。
