量子化學計算方試驗

量子化學計算方法試驗

1. 應用量子化學計算方法進行計算的意義

化學是一門基礎學科，具有堅實的理論基礎，化學已經發展為實驗和理論并重的科學。理論化學和實驗化學的主要區別在于，實驗化學要求把各種具體的化學物質放在一起做試驗，看會產生什么新的物質，而理論化學則是通過物理學的規律來預測、計算它可能產生的結果，這種計算和預測主要借助計算機的模擬。也就是說，理論化學可以更深刻地揭示實驗結果的本質并闡述規律，還可以對物質的結構和性能預測從而促進科學的發展。特別是近幾年來，隨著分子電子結構、動力學理論研究的不斷深入以及計算機的飛速發展，理論與計算化學已經發展成為化學、生物化學及相關領域中不可缺少的重要方向。目前，已有多種成熟的計算化學程序和商業軟件可以方便地用于定量研究分子的各種物理化學性質，是對化學實驗的重要的補充，不僅如此，理論計算與模擬還是藥物、功能材料研發環境科學的領域的重要實用工具。

理論化學運用非實驗的推算來解釋或預測化合物的各種現象。理論化學主要包括量子化學，(quantum chemistry)是應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。理論與計算化學的巨大進展，正使化學學科經歷著革命性的變化。今天的理論與計算化學幾乎滲透到現代一切科技領域，與材料、生物、能源、信息和環保尤為密切，理論化學的應用范圍將越來越廣。理論與計算化學逐步發展成為一門實用、高效、富有創造性的基礎科學，在化學、生物學等領域的影響越來越顯著，且與日劇增。

2. 應用量子化學計算方法進行計算的目的

(1)了解量子化學計算的用途。

(2)了解量子化學計算的原理、方法和步驟。

(3)通過一兩個計算實例進行量子化學計算的上機操作試驗。

(4)學會簡單的分析和應用計算結果。

3. 量子化學計算試驗的原理

量子化學是應用量子力學的規律和方法來研究化學問題的一門學科。將量子理論應用于原子體系還是分子體系是區分量子物理與量子化學的標準之一。

主要分為：①分子軌道法(簡稱MO法，見分子軌道理論)；②價鍵法(簡稱VB法，見價鍵理論)；③密度泛函理論。以下只介紹分子軌道法。

①分子軌道法：分子體系中的電子用單電子波函數滿足Pauli不相容原理的直積(如Slater行列式)來描述，其中每個單電子波函數通常由原子軌道線性組合得到(類似于原子體系中的原子軌道)，被稱作分子軌道，分子軌道理論是目前應用最為廣泛的量子化學理論方法。

HF方法：它是原子軌道對分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個電子在所有原子核和電子所產生的平均勢場中運動，即每個電子可由一個單電子函數(電子的坐標的函數)來表示它的運動狀態，并稱這個單電子函數為分子軌道，而整個分子的運動狀態則由分子所有的電子的分子軌道組成(乘積的線性組合)，這就是分子軌道法名稱的由來。分子軌道法的核心是哈特里－?？?#xff0d;羅特漢方程，簡稱HFR方程，它是以三個在分子軌道法發展過程中做出卓著貢獻的人的姓命名的方程。1928年D.R.哈特里提出了n個將電子體系中的每一個電子都看成是在由其余的 n-1個電子所提供的平均勢場中運動的假設。這樣對于體系中的每一個電子都得到了一個單電子方程(表示這個電子運動狀態的量子力學方程)，稱為哈特里方程。使用自洽場迭代方式求解這個方程(見自洽場分子軌道法)，就可得到體系的電子結構和性質。哈特里方程未考慮由于電子自旋而需要遵守的泡利原理。1930年，B.A.福克和J.C.斯萊特分別提出了考慮泡利原理的自洽場迭代方程，稱為哈特里－福克方程。它將單電子軌函數(即分子軌道)取為自旋軌函數(即電子的空間函數與自旋函數的乘積)。泡利原理要求，體系的總電子波函數要滿足反對稱化要求，即對于體系的任何兩個粒子的坐標的交換都使總電子波函數改變正負號，而斯萊特行列式波函數正是滿足反對稱化要求的波函數。將哈特里－?？朔匠逃糜谟嬎愣嘣臃肿?#xff0c;會遇到計算上的困難。C.C.J.羅特漢提出將分子軌道向組成分子的原子軌道(簡稱AO)展開，這樣的分子軌道稱為原子軌道的線性組合(簡稱LCAO)。使用LCAO-MO，原來積分微分形式的哈特里－福克方程就變為易于求解的代數方程，稱為哈特里－?？?#xff0d;羅特漢方程，簡稱HFR方程。

CI方法：組態相互作用(Configuration Interaction)方法。用HF自洽場方法計算獲得的波函數和各級激發的波函數為基展開體系波

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机量子化学计算实验报告物化实验,量子化学计算方试验.doc的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。