《计算化学简介》PPT课件

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1、计算化学ComputationalChemistry李娟副教授课程安排10周---上课A5026周---上机化学楼仿真实验室316联系方式：Tel:15989146610E-mail:tchjli@jnu.edu.cnQQ：22445441地址：化学楼302室期考题型一.填空题（共10分）二.选择题（共10分）三.判断题（共10分）四.应用题（共70分）上机成绩40％+60％期考成绩参考资料1.基础量子化学与应用，刘靖疆，高等教育出版社，2004，72.林梦海编.2004.《量子化学计算方法与应用》.科学出版社3.DavicYoung.200

2、1.《ComputationalChemistry》.JohnWiley&Sons.Inc4.吴兴惠等编.2002.《现代材料计算与设计教程》.电子工业出版社本课程的教学目的介绍计算化学的基本理论，方法，程序本课程的特点：理论，科学问题，科学计算课程的主要内容量子化学基础计算方法简介软件的使用具体应用示例第一章计算化学简介第一章什么是化学？第一章戴德生：研究物质本质变化的学问（《六合丛谈》）九年制义务教育初中课本：化学是一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的基础自然科学。ChemistryChemistry长期以来，化学一直被科学界公认

3、为一门纯实验科学。其理由要追溯到人类认识自然的两种科学方法。⑴归纳法(F.Bacon,1561-1626)⑵演绎法(R.Decartes,1596-1650)设计实验实验数据唯象理论“预测”数据拟合检验公理假设形式理论二次形式化近似、计算和模拟预测模型实验检验迄1980年代，归纳法是多数化学家采用的唯一科学方法；演绎法在化学界从未得到普遍承认原因：①对象复杂；②习惯观念归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较运用数学的多少是一门科学成熟的程度的标志。马克思数学的应用：在刚体力学中是绝对的，在气体力学中是近似的，在液体力

4、学中就已经比较困难了；在物理学中是试验性的和相对的；在化学中是最简单的一次方程式；在生物学中等于零。恩格斯恩格斯的论断反映了19世纪中叶自然科学各学科的“成熟程度”。表明各学科研究对象物质运动形式与规律其复杂程度的差异然而，百年来科技的发展使各学科的“成熟程度”发生了巨大变化二十世纪八十年代以来，先进的分析仪器的应用、量子化学计算方法的进展和计算机技术的飞速发展，对化学科学的发展产生了冲击性的影响。其研究内容、方法、乃至学科的结构和性质都在发生深刻的变化。化学科学发展简要回顾冶金、建材工业推动了无机药物、染料、酿酒工业推动了有机元素周期

5、表奠定无机化学基础无机、有机化学在19世纪率先建立经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础物理化学在20世纪初形成。旨在揭示化学反应的普遍规律—反应进行的方向、程度和速度…Gibbs化学热力学Gibbs自由能：G=HTS反应速率常数：Arrhenius化学动力学物理化学的建立使化学科学开始拥有了理论。高等数学首次派上了用场—虽然仅是一阶的常、偏微分方程而已（以后在经典统计热力学中用到了概率论）经典物理化学的理论是唯象的，是有限的地球空间内宏观化学反应规律的经验总结1930年代量子化学和量子统计力学分支的形成使化学科学开始与演绎法“沾上了边

6、”。但在1980年代前进展十分缓慢Heisenberg(海森堡)、Schrödinger(薛定谔）、Dirac（狄拉克）、Born（波恩）等于1925~1926创建30年代初由vonNeumann（冯·诺依曼）完成形式理论体系量子力学是演绎法最成功的实例量子力学的建立未依据任何实验事实或经验规律。它用少数几条基本假定作为公理，由此出发，通过严格的逻辑演绎，迅速地建成一个自洽、完备、严密的理论体系微观粒子或体系的性质由状态波函数唯一确定，服从Schrödinger方程基本运动方程—Schrödinger方程Schrödinger方程：Ham

7、ilton算符：Ĥ在10-13m的微观层次，方程放之四海而皆准方程建立容易，困难在于求解经历80余年，量子力学经受物质世界不同领域(原子、分子、各种凝聚态、基本粒子、宇宙物质等)实验事实的检验，其正确性无一例外。任何唯象理论无法与之同日而语用完备的形式理论体系解释和预测不同科学领域的实验结果。量子力学第一原理(FirstPrinciple)计算（即从头算）只需用普适物理常数，如普朗克常数、玻耳兹曼常数、光速等而不依赖任何经验参数即可合理预测微观体系的状态和性质20世纪人类光彩夺目的科技成就大多与量子力学有关。量子理论不仅有力地促进了社会的物

8、质文明，且改变了人类的思维方式量子力学的建立和发展促进了：现代化学键理论奠基（1930）Pauling（鲍林）是杰出代表Slater（斯莱特）、Mulliken（