第一章节计算化学简介幻灯片.pptVIP

根据物理与化学的基本原理，建立一种以计算数据（由计算机执行）代替实验测量的研究方法，获取化学信息。 分子力学（经典牛顿力学） 半经验分子轨道理论 从头算分子轨道理论 密度泛函理论 分子动力学理论 常用的量子化学计算方法 量子力学理论 Born-Oppenheimer近似 非相对论近似 单电子近似 Hartree-Fock 方 程 Roothaan 方 程 自洽场 从头算 SCF- ab initio 密度 泛函法 DFT 超 HF LCMTO-X? 耦合 电子对 CEPA 组 态 相互作用 CI 微扰处理 MP 多组态 自洽场 MCSCF 价电子从头算 EP(VP) 模拟从头算 SAMO 分子碎片法 MF 梯度近似 GGA 浮动球 高斯法 FSGO AM1 C-EHMO EHMO IT-EHMO MCNDO CNDO MINDO INDO MNDO NDDO PM3 MSW-X? DV-X? LCAO-X? 局域密度 近 似 LDA 从头算法 Ab Initio 半从头算法 Slater X? 半经验法 Semi-emperical 独立 电子对 IEPA 第一原理计算 常用的量子化学计算方法 量子力学理论 Born-Oppenheimer近似 非相对论近似 单电子近似 Hartree-Fock 方 程 Roothaan 方 程 自洽场 从头算 SCF- ab initio 密度 泛函法 DFT 超 HF LCMTO-X? 耦合 电子对 CEPA 组 态 相互作用 CI 微扰处理 MP 多组态 自洽场 MCSCF 价电子从头算 EP(VP) 模拟从头算 SAMO 分子碎片法 MF 梯度近似 GGA 浮动球 高斯法 FSGO AM1 C-EHMO EHMO IT-EHMO MCNDO CNDO MINDO INDO MNDO NDDO PM3 MSW-X? DV-X? LCAO-X? 局域密度 近 似 LDA 从头算法 Ab Initio 半从头算法 Slater X? 半经验法 Semi-emperical 独立 电子对 IEPA 优化分子的几何构型 在势能面上寻找分子的稳定构型及过渡态 预测相互作用能：键能、电离能、电子亲和势、生成热、氢键、范德华作用、溶剂效应 预测光谱性质 预测反应速率和反应机理 计算化学是化学与多个学科的交叉 化 学 物理学 计算机 科 学 材料科学 生命科学 数 学 计算 化 学 环境科学 计算化学在化学中的地位 计算化学在化学各个分支中的作用： 物理化学：用量子力学计算气体的熵、热焓等热力学常数， 解释分子光谱，了解分子间的作用力等； 有机化学：用量子力学估计分子的相对稳定性，计算反应中 间物及过渡态的性质，研究化学反应的机理； 分析化学：用量子力学了解谱线的频率和强度； 无机化学：按量子力学的方法用配位场理论解释过渡金属配 位化合物的性质等 计算化学的重要性 R.S.Mulliken（马利肯） 1966 Nobel讲演 “总之，我愿意强调我的信念，计算化学的年代已经到来，成百上千的化学家以计算机代替实验室，来获取众多的化学信息，唯一的障碍是必须偿付机时费。” 计算化学的重要性 S. Wilson（威尔逊）1982年 Nobel 物理奖得主 “今天，已达到的状况是很多时候，计算化学家可用计算机代替试管。相对于传统的实验化学技术，计算化学方法不应看作是一个竞争对手，两种方法是相互补充的，一种方法提供另一种方法不能提供的数据。” 计算化学的重要性 Atkins（阿特金斯）物理化学家 “传统的物理化学面临革命。化学家最终可以处理真实和高度复杂的体系。与此同时，现代课程应该反映这一巨变，计算机正开始改变我们的思维与教学方式。习惯上，教科书依靠解析公式，对真实体系进行简化，进行理想化的零级近似，如理想气体、理想溶液及稳态假定。今天，借助计算机，理想化的处理可被更实际和高级的模型所取代。它冲击了我们的“概念库”，开辟了超越解析公式的思维范畴，通过真实模拟，提供形成新思维方法的机遇。” 计算化学方法的发展现状 1927 年海特勒（W. H. Heitler）和伦敦（W. London）就用量子力学来解氢分子的波函数，第一次在“精密科学”水平上认识了化学键的本质，开创了量子化学或者说开创了理论化学学科。 计算化学方法的发展现状 1952年H. Schull等三人用手摇计算机花两年才完成一个N2分子的从头算。 有人断言：用尽世界上的纸张恐亦无法完成一个Fe原子的计算 计算化学方法的发展现状 1958年 R. S. Mulliken：对精确的量子化学计算不抱希望。 1960年L. Pauling：也许我们可以相信理论物理学家，物质的所有性质都应当用薛定谔方程来算。但事实