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Beijing Normal University 计算化学理论和应用 －绪论 计算化学简介 计算化学的发展趋势和方向 静态－动态 小分子体系－纳米尺度 计算方法的改进和融合 计算化学能解决的问题 预测分子结构 给定一个化学式，通过理论计算定出它的最优结构 分子势能面 (PES) 分子中原子核运动的势能函数 势能面的方程 分子的化学性质 单分子性质 分子光谱 集团性质（容量性质） 自由能，焓，熵，热容 不可测量性质 键级 摘自Gaussian手册 目前可用的量子化学方法 1，ab initio 分子轨道从头算方法（HF方法） 2，DFT 密度泛函方法 3，超自洽场方法 微扰方法 组态相互作用法 CC方法 多参考态方法 4，半经验分子轨道方法 目前可用的量子化学程序 Gaussian (98,03) GAMESS Molpro Crystal Hyperchem ………… 课程计划 Gaussian程序使用入门及分子输入介绍 分子几何结构优化方法介绍 分子轨道理论基础，半经验方法和基组问题 密度泛函理论基础与应用 超自洽场理论方法介绍 分子力学简介 参考书目ftp://2005:2005@45 1, Christopher J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry 2, David C. Young, Computational Chemistry 3, A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods 4, M. Springborg, Methods of Electronic-structure Calculations 5, W. Koch, A chemist’s Guide to Density Functional Theory 6, Andrew R. Leach, Molecular Modelling * * 2005.2.25 Computational Chemistry laboratory Beijing Normal university 计算机的发展 经典力学 量子力学 分子和物质结构问题 分子力学 分子动力学 量子化学 计算化学 1687 Newton Heisenberg 1926 Schr?dinger Born 1946 Westheimer Mayer 1927 Heitler London 统计力学 Before 1900 Boltzmann 1957 Alder Wainwright Cartesian coordinates Describing a collection of discrete molecules Molecular Mechanics The number of coordinates: 3N Internal coordinates Relationship between the atoms in a single molecule Quantum Mechanics The number of coordinates: 3N-6 分子结构的表示方法 e.g. C2H4Cl2 free degree(X): 3 (2+4+2)=24 reduced free degree(E-X): 3 (2+4+2)-6(5) (linear) 例：C2H4Cl2 分子的完全 Schr?dinger方程： Born-Oppenheimer近似后方程分解为核运动和电子运动两个方程： ?? 分子的能量和结构 ?? 过渡态的能量和结构 ?? 振动频率 ?? 红外和拉曼光谱 ?? 热化学性质 ?? 成键和化学反应能量 ?? 化学反应路径 ?? 分子轨道 ?? 原子电荷 ?? 电多极矩 ?? NMR 屏蔽和磁化系数 ?? 振动圆二色性强度 ?? 电子亲和能和电离势 ?? 极化和超极化率 ?? 静电势和电子密度 单分子性质 集团性质 不可测量性质 * *