量子化学
量子化学
量子化学量子化学是是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。
研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互作用；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。
量子化学可分基础研究和应用研究两大类，基础研究主要是寻求量子化学中的自身规律，建立量子化学的多体方法和计算方法等，多体方法包括化学键理论、密度矩阵理论和传播子理论，以及多种微扰理论、群论和图论在量子化学中的应用等。
应用研究是利用量子化学方法处理化学问题，用量子化学的结果解释化学现象。
一、量子化学创建的主要标志是三种化学键理论的建立和发展，分别是价键理论(valance-bond theory，VB)、分子轨道理论(molecular orbital theory，mo)和配位场理论(ligand field theory,LFT)。
（一）价键理论主要描述分子中的共价键和共价结合，其核心思想是电子配对形成定域化学键，要点如下：1．若两原子轨道互相重叠，两个轨道上各有一个电子，且电子自旋方向相反，则电子配对给出单重态，形成一个电子对键。
2.两个电子相互配对后，不能再与第三个电子配对，这就是共价键的饱和性。
3.遵循最大重叠原则，共价键沿着原子轨道重叠最大的方向成键。
共价键具有方向性。
原子轨道通常在某个特定方向上有最大值，只有在此方向上轨道间才有最大重叠而形成共价键。
（二）分子轨道理论计算较简便，又得到光电子能谱实验的支持，使它在化学键理论中占主导地位，要点如下：1．原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。
在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数ψ（称为分子轨道）来描述。
分子轨道和原子轨道的主要区别在于：（1）在原子中，电子的运动只受1个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子则在所有原子核势场作用下运动，分子轨道是多核系统。
物理化学量子化学
物理化学量子化学物理化学量子化学是一门研究物质的微观结构和变化的学科。
它基于量子力学原理，通过数学模型和计算方法，探索分子和原子的性质和相互作用。
本文将生动地介绍物理化学量子化学的基本概念、方法和应用，为读者提供指导意义。
量子化学的基本概念是在量子力学框架下解释和计算分子结构和性质。
在传统力学中，物体的行为可以通过经典力学方程描述，而在微观尺度上，物体的行为则需要通过量子力学来解释。
量子力学认为微观粒子的位置和动量不可以同时精确确定，而是以概率分布的方式存在。
这意味着在量子化学中，我们无法直接观测或计算分子的精确位置和能量，而是通过求解物质微观波函数来获得相关信息。
为了解决量子力学方程的复杂性，量子化学采用了数值计算方法。
其中最基本的方法是哈特里—福克方程的求解，通过最小化能量泛函来获得分子的最稳定状态。
从而确定分子的几何结构和能量，以及电荷分布和电荷转移等重要性质。
量子化学的应用十分广泛。
在化学领域，量子化学可用于预测分子反应动力学和热力学性质。
在材料科学中，量子化学可用于设计新型材料的电子结构和光学性质。
在生物科学领域，量子化学可用于研究蛋白质的结构和功能。
在实践中，量子化学需要进行大量复杂的计算。
为了提高计算效率，科学家们不断开发创新的方法和算法。
近年来，人工智能和机器学习的应用也进一步推动了量子化学的发展。
例如，通过构建神经网络模型，可以加速分子模拟，从而实现高效的药物筛选和化学合成。
总之，物理化学量子化学是一门重要且发展迅速的学科。
它通过数学模型和计算方法解释和预测物质的性质和行为，广泛应用于化学、材料和生物等领域。
随着计算技术和人工智能的不断进步，量子化学将继续为科学研究和工程应用提供有力的支持，推动我们对物质世界的认识不断深入。
化合物的量子化学性质和反应机制
化合物的量子化学性质和反应机制一、量子化学基本概念1.量子力学：研究微观粒子（如原子、分子、离子等）运动规律的学科。
2.波函数：描述微观粒子状态的数学函数，代表粒子在空间某一点出现的概率。
3.薛定谔方程：量子力学的基本方程，描述微观粒子在势能场中的运动。
4.能量本征态：系统可能的能量状态，对应于波函数的特定值。
5.分子轨道理论：研究分子中电子运动规律的理论，包括分子轨道的构建、填充和跃迁。
二、化合物的量子化学性质1.分子轨道对称性：分子轨道关于某个轴或平面对称的性质，影响分子的化学键合和反应性。
2.分子轨道能量：分子轨道的能量级别，决定分子的稳定性和化学反应活性。
3.电负性：描述原子吸引电子能力的物理量，影响化合物中电子分布和化学键性质。
4.分子极性：分子中正负电荷中心不重合导致的极性，影响分子的物理和化学性质。
5.化学键：原子间通过共享或转移电子而形成的相互作用，包括共价键、离子键和金属键等。
三、化学反应的量子化学机制1.反应物和产物：化学反应中参与转化的物质，其分子结构和能量状态发生变化。
2.过渡状态：化学反应过程中能量最高的状态，是反应物转化为产物的必经之路。
3.活化能：使反应物转化为过渡状态所需的能量，影响反应速率。
4.催化剂：参与反应但在反应结束后不消耗的物质，通过降低活化能加速反应速率。
5.电子转移：化学反应中电子从一个物质转移到另一个物质的过程，涉及氧化还原反应。
四、量子化学在化合物研究中的应用1.分子模拟：利用量子化学方法模拟分子结构和性质，预测化学反应结果。
2.化学键理论：分析化学键的类型、长度和强度，解释化合物的稳定性和反应性。
3.光谱学：研究分子在吸收、发射或散射光过程中产生的光谱现象，揭示分子结构和化学环境。
4.量子化学计算：利用计算机算法和软件，计算分子结构和性质，为实验研究和应用提供理论依据。
五、化合物量子化学性质与反应机制的关系1.分子结构与性质：分子结构决定其性质，量子化学方法可用于预测和解释分子性质。
什么是量子化学
什么是量子化学量子化学是一门研究化学现象和过程的量子力学方法的学科。
它涉及到使用量子力学原理和数学模型来描述和解释化学问题，包括分子结构、化学键、反应机制、光谱性质和化学动力学等方面。
量子化学在理论和实验上都有重要应用，如在材料科学、生物化学、环境科学和能源领域等。
量子化学的基本概念包括以下几个方面：1.量子力学基本原理：量子化学的基础是量子力学，它描述了微观世界的规律。
量子力学的基本原理包括波粒二象性、不确定性原理、波函数和算符等。
2.分子轨道理论：分子轨道理论是量子化学的核心理论之一，它用于描述分子中的电子分布和化学键。
分子轨道理论解释了分子的稳定性、键长、键角和光谱性质等。
3.电子结构计算：电子结构计算是量子化学的重要方法之一，它通过计算分子或材料的电子密度分布来预测其性质。
电子结构计算方法包括从头算（Ab Initio）方法、密度泛函理论（DFT）方法等。
4.化学反应动力学：量子化学可用于研究化学反应的动力学过程，包括反应速率、活化能、过渡态等。
通过计算反应物和产物的分子轨道能级，可以预测反应的进行方向和速率。
5.光谱学：量子化学方法可用于解释和预测分子和材料的吸收、发射和散射等光谱性质。
光谱学在化学、物理、生物和环境科学等领域具有广泛应用。
6.量子化学在材料科学中的应用：量子化学方法在材料科学中发挥着重要作用，例如预测材料的电子、磁性和光学性质，优化材料的设计和合成等。
7.量子化学在生物化学中的应用：量子化学方法在生物化学中有着广泛的应用，如研究蛋白质结构、酶催化反应、DNA和RNA的碱基配对等。
8.量子化学在环境科学和能源领域的应用：量子化学可用于研究环境污染物的作用机制、大气化学过程、太阳能电池、燃料电池等。
总之，量子化学是一门具有重要理论和实际应用价值的学科，它为研究和解决各种化学问题提供了强大的工具。
量子化学
量子化学简介量子化学基于非相对论薛定谔方程,作了博恩－奥本海默近似.薛定谔方程是H totalΨtotal=EΨtotal其中E=系统的容许能(系统通常是一个分子).Ψtotal=所有电子和原子核以及它们自旋位置的函数.H total=一个微分运算符,它源于经典哈密顿函数H(p,q)=E,函数中所有的动量p i用(h/2πi)∂/∂q i 替代,只要p和q在直角坐标系中.如果你不喜欢用直角坐标系,那么您可以构造一个矫正的量子力学H.标准的方法是用"波多尔斯基法"在任意坐标系统中构造哈密顿函数.在一个无外磁场的真空条件下,一个原子核和电子系统忽略磁场相互作用,用原子单位:H total=-1/2∑i2/M i-1/2∑n2＋∑Z i Z j/︱R i-R j︱-∑Z i︱R i-r n︱+∑l/︱r m-r n︱∇∇博恩－奥本海默近似值忽略了一些电子和原子耦合的条件,所以可以写成:Ψtotal(R,r)=Ψnuclei(R)Ψelectrons(r;R)≅H total T nuclei(P,R)+H electrons(p,r;R)(忽略了在原子核的动量P和H electrons的关系)然后解薛定谔方程求电子(固定原子核).我们根据这些固定的原子核的位置R来计算能量,就是V(R):H electrons(p,r;R)Ψelectrons(r;R)=V(R)Ψelectrons(r;R)现在我们回到总哈密顿函数,对所有电子的位置r积分,忽略所有f复杂的条件,从而得到了一个关于原子核的近似薛定谔方程:≅<Ψelectrons(r;R)︱H total︱Ψelectrons(r;R)>H nuclei=T nuclei(P,R)+V(R)两个近似薛定谔方程都还很难得到准确的解(两个方程是在3N particles坐标中的偏微分方程),所以我们构造更加近似的方程.V nuclei通常被展开到关于一个固定值R o的R的二阶偏导:≅+1/2ΣΣ(∂2V/V/∂∂R i∂R j)(R i-R oi)()(R R j-R oj)V nuclei V nuclei(R o)+1/2然后分别处理平动,转动,和振动条件下的数据,忽略结合不同坐标中复杂的条件.在这种著名的"刚性转子谐振子(RRHORRHO)")"近似值中,解析式就是所谓的能量本征值相应的配分函数Q,在P.Chem.text文件查找.近似值法有一个重要的优点就是我们解薛定谔方程不需要在意电子有很多R:我们只需要找到一个固定值R o,然后在R o点计算能量和二阶导数.很多计算程序大都能在算出V的同时就10=3030能计算V的一阶导数和二阶导数.例如,一个最大的计算包含3个问题,10个原子和3*10=的坐标R i,在Athena机上算V nuclei(R o)花了大约半分钟,算30*30=900二阶导数(∂2V/V/∂∂R i∂R j)只花了13分多.如果你想简单地通过有限差分法来算的话,得到同样的结果可能需要15个小时(而且可能因为有限差分法的数值错误,造成结果偏差更大).以前分析一阶导数是用来加速求固定值R o(例如,平衡结构).结构和二阶导数通常都是用某一个近似值算出的,但是最终能量V(R o)是更精确的(因为热数据和速率数据对V(R o)中的错误是最敏感的,即使很差的近似值通常也会得到接近于正确的结构图和频率).所以...只要有一个合适的V的二阶泰勒展开式近似,就能得到不错的效果."大振幅位移"的分子和过渡态(例如,泰勒展式不充分)问题就比较多了,要在一个灵活的研究范围里处理它们.幸好有很多常规的二级V系统,它们的RRHO近似是精确的.但是我们怎样在任意几何结构R中计算V(R)呢？我们想解H electrons(p,r;R)Ψelectrons(r;R)=V(R)Ψelectrons(r;R)在真空,无电场,忽略磁场效应的条件下H electrons=-1/2∑n2＋∑Z i Z j/︱R i-R j︱-∑Z i︱R i-r n︱+∑l/︱r m-r n︱因为电子是不可区别的费密子,任意两个电子的置换必须改变Ψelectrons的符号(由于元素周期的原因,这是一个非常重要的约束条件叫作泡利不相容原理,)再加上由于自旋有一不错的量子数所以我们得到更多的系统规定参数:S2|Ψelectrons>=S(S+1)|Ψelectrons>S z|Ψelectrons>=M|Ψelectrons>我们用一种形式写Ψelectrons以保证满足泡利不相容原理:Ψelectrons(x1,x2,x3,…xN)=ΣC m1m2m3…mN|Φm1(x1)Φm2(x2)Φm3(x3)…ΦmN(x N)|符号|….|意思是构造校正反对称"斯莱特行列式"."分子轨道"Φm(x1)是一个电子的自旋坐标和位置的标量函数.通常被写作"原子轨道"的和χ:Φm(x,y,z,s)=|S z>ΣD mnχn(x,y,z)在和原子有关的电子坐标系中原子轨道大多数总是高斯型和的形式位于多项式中一个原子的中心:χn(r)=ΣN n1exp(-αn1|r-R i(n)|2)P1(r-R i(n))这里应用了一些原子轨道的常规组,把多项式隐藏成某些选择α的命令；这些叫做"基组",像"6-31G*","TZ2P","cc-pVQZ".一般的程序是挑选基组中的一个,然后改变C和D来找到一个Ψelectrons的近似值尽可能接近的解薛定谔方程.如果你的基组与真实情况的重叠度很好,那么只要改变一点C和D你将得到精确的结果.否则,有一个经典的变化定理说可以通过一个估算的(很复杂的多维)积分来计算E相应的任意Ψelectrons近似值,一直算到最低的E.所以关键就是使C和D最小化:E[Ψ]=E(C,D)=<Ψelectrons|H electrons|Ψelectrons>/<Ψelectrons|Ψelectrons>积分的估值需要O(N basis3)操作.(因为高斯型函数允许积分被分析计算,所以在这里可以应用)标准状况下基组的每个原子可以包含15个原子轨道(除了H原子不需要这么多以外),可以改变(15*N atoms)2的系数D mn.可能系数C的数特别大,像N basis和N electrons相乘,所以完整的展开几乎不可能.通常人们不是不愿意改变C,而仅是不愿意独自改变一小部分C,来减少参数的数量.但是在允许改变C的同时,应该说明事实上不同的电子之间也是相互影响的:当一个电子靠近原子核,其它的电子可能要远离原子核.关键的问题是我们要找到一个3*N electrons变量的近似函数.为了解决这个问题人们提出了"密度泛函理论(DPF)",其中用电子密度的近似函数来代替波函数Ψ.这种泛函数的本质是从电子的相互作用中获得最大的影响.大多数常见的密度泛函理论解到最后方程中不存在变量C,所以只需要改变D来进行函数值最小化:E[ρ]=E(D)密度泛函理论计算法通常很经济,计算中用到的E[ρ]仅是近似值,是限制计算结果精确度的主要原因.幸好我们用的现代泛函数已经十分的精确了(标准错误～4kcal/mole).前不久Kohn因为发现了密度泛函理论获得了诺贝尔奖.近似值都有名字,下面是一个术语表:半经验(MOPAC,MNDO,AM1,PM3):改变D,只用经验的估值而不是真的去积分.非常经济,但是只对于一部分分子才够精确,而且这部分分子必须与得到经验估值的分子相似才行.密度泛函理论(B3LYP,BLYP,PW91):经验值用得少,要比半经验法更可靠.CPU:经济的,和HFO(N3)一样.出错～4kcal/mole(精确度可以和MP2媲美而且更经济).对于结构学,二阶导数来说更好的方法是先试V(R o).HF(aka Hartree-Fock,SCF):只有一个C非零,改变D CPU:经济的O(N3)出错～15kcal/mole MP2,MP4(aka Moller-Plesset,MBPT):先改变D,然后通过微扰理论调整C得到数值(为了节省CPU,不要随意改变C的).MP2:中等CPU:O(N5),出错～5kcal/moleCI,CISD(组态相互作用):先改变D,固定D不变,然后改变C的多一点.昂贵的,不处理更多任务的话,CCSD法更好.MCSCF,CASSCF:同时改变一个C和所有D的有限组.昂贵的,更好的帮助我们了解能量有可比性的几个电子的状态.专业用户需要选择哪个C改变.CAS-PT2:用CASSCF来确定D和一部分C,然后微扰理论确定更多的C.没有CASSCF的昂贵.有时效果很好,但不稳定.MRCI(多方面参考CI):通过CASSCF或MCSCF来确定D和一部分C,固定它们不变,然后让许多的C改变.很昂贵,对小的系统来说非常精确.CCSD,CCSD(T),QCISD(耦合簇)改变D,固定它们,然后改变很多C,但是约束某些C之间的联系.也就是有效地用一个更长的展式,而不是增加可校正参数的数量.这种约束迫使结果"量值一致".也就是,被同时计算的两个分子与被分别计算的两个分有相同的能量.昂贵,通常很精确.外推法("合成法"):G2,G3,CBS-q,CBS-Q,CBS-QB3,CBS-RAD根据一些方案,用不同量值的基组运行一系列以上计算.所有计算的结果被外推成一个真实V(R)的估值.这种方法比CCSD或MRCI用的CPU时间更少,同时也有极好的精确度.但是,多重的步骤也为出错提供了更多的机会.现在我最喜欢的方法是CBS-QB3,我急切地期待卫斯里的彼得森组对CBS-QB3下一代的开发.精确度:通常为1-2kcal/mole符号方法1/基组1//方法2/基组2意思是"用方法2和基组2计算几何结构,然后在此基础上用方法1和基组1计算能量."如果没有说明,二阶导数的计算也用方法2和基组2.当你在解释说明你做的数据时,所用的方法(例如,B3LYP,MP2,CCSD(T))和基组都必须详细说明.使所有看到说明的人都能重复你的计算并且得到相同的的结果.等键反应可以看到,计算中用了很多近似值,导致计算结果与实验结果不同,绝对能量的计算也经常出现严重的错误.但是,计算相似分子的差分要比算绝对能量更精确了.所以如果你想得到某种物质X精确的焓值,那么用这种方法:1)找到一个反应X+A=B+C A,B,C的焓已知,而且反应物和产物相似(例如,化学键类型的数量).反应式两边的物质越相似,得到的结果越精确,理想的反应热将是零.2)在X,A,B,C的平衡几何结构上,用同样的量子化学方法和基组计算能量.由此继续计算理论ΔH rxn3)ΔH f(X)isodesmic=Hf(B)expt+Hf(C)expt-ΔH f(A)expt–ΔH rxn theor遗憾的是,用同样的方法改善过渡态能量的精确度是困难的,因此很少用公认的系统来比较.一些注意事项1)优化(SCF/HF/DFT/CASSCF/MRSCF)问题需要解D,解是非线性的而且有多重解,只有一个是我们想得到的(通常想要得到最低能量的解).所以可能解到最后剩下一个不正确的波函数,也可能它符合一个电子的存在态.如果这种情况发生,在高斯型中有很多工具会帮你指出来.2)存在低态电子(接近于基态)的系统中,大多数的量子化学方法有问题(收敛,精确性).在这些情况下,有时计算出的数是完全对的,有时是错的.尤其对于过渡态来说这是一个问题,在系统中存在一些孤对电子.如果必须研究这些系统的话,应该寻求专家的帮助.3)很多分子本身有多重的构造(V(R)中的局部最小值),有时存在多重鞍状点可能与过渡态混淆.看一看你的结构,如果不是你所期望的,继续研究.在一个足够好的分子结构中即使在确定初值上多做一些努力也是值得的.另外结构－优化算法可能占用和浪费很多CPU的时间去作无用功.如果你遇到这方面的问题,可以约束一些坐标使得优化更容易.4)对于基本系统和开放系统,比较计算结果<S2>和理论值S(S+1).如果差距很大,可能还有其他的问题没有考虑到.有时你可以用"限制"法像ROHF和RMP2,或者自旋投影法来解决"自旋混乱"问题.5)同一个问题有很多不同的解法,有时结果也是很微妙的.把你自己算法的计算结果和其他人不同算法的结果核对是一个好主意.如果结果相同,那么你就应该确信你的结果是正确的.。
量子化学
量子化学计算方法
分子模拟
分子力学或量子力学与统计力学结合的分子模拟技 术使量子化学计算从静态向动态、从小体系向纳米、介 观尺度过渡提供了可能。
分子模拟可分为两大类:一类为分子动力学(MD)模拟 ；另一类以概率论为基础的Monte Carlo模拟(MC)。
量子化学计算方法
QM/MM组合方法
量子化学方法(QM) 能精确地预测各种中小分子的物 理、化学性状, 研究化学反应机理。
常听人说“量子化学是棘手的”，这句话不是没有道理的，因 为一提起量子化学，往往就联想到困难的数学和计算。不过现 在否认量子化学有用的人大概是没有了。
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目录
什么是量子化学 量子化学的发展过程 量子化学的研究内容 量子化学计算方法 量子化学计算软件
What quantum chemistry is all about ?
量子化学计算方法
密度泛函理论
如定域密度泛函理论LDFT、自旋密度泛函近似LSDA 、广义梯度近似GGA、密度泛函与分子轨道的杂化方 法(如B3LYP等)等。密度泛函理论改变以往以轨道波函 数为基的特点,以密度函数为为基。
量子化学计算方法
Xα方法
Xα方法是密度泛函理论的一个重要分支, 它是对电子 间非定域的交换能采用了统计平均近似, 用一个与电荷 密度的立方根成正比的密度泛函近似替代了从头计算方 法中计算最为困难的电子交换作用项, 从而在保持较高 理论严谨性和计算精确度的同时, 大大减少了计算工作 量。Xα方法从50 年代发展到现在,根据它们引入近似程 度的不同, 主要可分为以下几种: (1)自洽场多重散射Xα 法(SCF-MS-Xα法) ；(2)分立变分Xα法(DV- Xα法) ；(3)原子线性组合Xα法(LCAO-Xα法) ；
量子化学的基本原理和计算方法
量子化学的基本原理和计算方法量子化学（Quantum Chemistry）是应用量子力学原理和方法研究分子和原子体系的学科。
它揭示了分子和原子的结构、性质和反应机制，为材料科学、生物化学、环境科学等领域的研究提供了基础。
本文将介绍量子化学的基本原理和计算方法。
一、量子化学的基本原理1. 波粒二象性量子化学的起点是波粒二象性原理。
根据波粒二象性，光既可以表现为波，也可以表现为粒子（光子）。
类似地，电子也表现出波粒二象性。
2. 薛定谔方程薛定谔方程是描述量子体系的基本方程，它由Schrödinger提出。
薛定谔方程可以得到体系的波函数，从而揭示体系的能量和性质。
3. 波函数波函数是描述量子体系的数学函数，它包含了体系的全部信息。
根据波函数，可以计算体系的性质，如能量、电荷分布等。
4. 经典力学与量子力学的区别经典力学和量子力学描述了不同尺度下的物理现象。
在经典力学中，物体的位置和动量可以同时确定，而在量子力学中，由于不确定原理的存在，不能同时确定一个粒子的位置和动量。
二、量子化学的计算方法1. 基组理论基组是用来近似描述分子的波函数的一组基函数。
常用的基组有Slater基组、Gaussian基组等。
通过多个基函数的线性组合，可以得到较准确的波函数。
2. 近似方法由于薛定谔方程的求解往往困难，常用的方法是采用近似求解。
常见的近似方法有哈特里-福克方法、密度泛函理论等。
3. 分子轨道理论分子轨道理论是一种近似描述分子波函数的方法，它将分子波函数表示为原子轨道的线性组合。
通过计算得到分子的轨道能级和轨道系数，进而得到各种性质。
4. 动力学模拟方法动力学模拟方法用来研究分子和原子的动力学行为。
常见的方法有分子动力学模拟、蒙特卡洛模拟等。
它可以模拟分子的结构变化、反应动力学等。
三、量子化学在实际应用中的意义1. 预测和解释化学反应量子化学可以预测和解释化学反应的速率常数、活化能等。
通过计算分子的反应途径和反应路径，可以指导实验设计和反应优化。
量子化学概述
量子化学概述
标题：量子化学概述
正文：
量子化学是一门研究原子和分子的物理性质及其变化的学科。
它基于量子力学的原理，通过数学计算和理论模型来描述和解释原子与分子的结构、性质和反应。
首先，量子化学研究的核心是原子和分子的波函数。
根据薛定谔方程，波函数可以描述系统的状态和性质。
通过求解薛定谔方程，我们可以得到原子和分子的能量、振动频率、轨道结构等信息。
其次，量子化学研究的一个重要应用领域是分子结构预测。
通过计算，可以确定分子的几何构型、键长和键角等。
这对于理解分子的稳定性和反应活性具有重要意义。
同时，量子化学还可以预测分子的光谱性质，如吸收光谱和拉曼光谱，进一步揭示物质的结构特征。
此外，量子化学也在解释化学反应机制、催化过程和原子与分子间的相互作用方面发挥重要作用。
通过量子化学计算，可以研究反应的速率常数、中间体的形成和反应物的能垒等。
这对于设计新的催化剂和理解化学反应动力学有着重要意义。
最后，量子化学还与实验研究相结合，通过理论模拟和实验验证相互印证，共同推动科学的进展。
量子化学的发展也为材料科学、生物化学和药物设计等领域提供了理论基础和研究方法。
总结起来，量子化学是一门基于量子力学原理的学科，通过数学模型和计算方法研究原子和分子的性质和反应。
它在预测分子结构、解释化学反应机制和催化过程等方面发挥着重要作用，为化学和相关领域的研究提供了关键的理论支持。
化学中的量子化学基本原理知识点
化学中的量子化学基本原理知识点量子化学是化学中的一个重要分支，研究微观粒子在原子和分子尺度上的行为规律。
量子化学理论为我们解释了原子和分子的结构、性质以及与化学反应有关的动力学等方面的问题。
本文将介绍化学中的量子化学基本原理知识点，包括量子力学、波粒二象性、波函数、波函数的解释以及量子化学计算方法。
一、量子力学量子力学是研究微观粒子行为的理论框架，主要描述物理系统的能量、动量和角动量等性质。
量子力学的基本假设是微观粒子的性质以及系统的状态不是完全确定的，而是通过波函数来描述。
波函数的模的平方给出了找到粒子在空间不同位置的概率。
二、波粒二象性在量子化学中，微观粒子既可以表现为粒子性，也可以表现为波动性。
这种既有粒子性又有波动性的性质被称为波粒二象性。
例如，电子既可以被看作是一颗粒子，也可以被看作是一种波动。
三、波函数波函数是量子力学中描述微观粒子的数学函数。
波函数的求解可以得到粒子存在于空间中的概率分布。
波函数一般用希腊字母ψ表示，其平方的积分给出了粒子存在于空间不同区域的概率密度。
波函数是关于时间的复数函数，可以用来描述粒子的位置、动量等性质。
四、波函数的解释波函数的解释主要有两种常用的观点，即哥本哈根解释和波动解释。
哥本哈根解释认为波函数描述了粒子的可能状态，直到测量确定其具体状态为止。
波动解释则将波函数看作是一种真实的物理波，具有波动性和干涉现象。
五、量子化学计算方法量子化学计算方法是将量子力学理论应用于化学计算的方法。
通过计算物理系统的波函数，可以得到粒子间的相互作用能、反应速率等相关性质。
常见的量子化学计算方法包括密度泛函理论、分子轨道理论和半经典理论等。
六、应用量子化学的基本原理对于解释和研究化学现象具有重要的作用。
它在材料科学、药物设计、催化剂设计等领域都有广泛的应用。
通过量子化学计算方法，可以预测物质性质、反应机制以及探索新的化学反应途径。
结论量子化学中的基本原理知识点包括了量子力学、波粒二象性、波函数、波函数的解释以及量子化学计算方法等内容。
化学物理学中的量子化学研究
化学物理学中的量子化学研究量子化学是化学物理学中重要的研究领域之一。
它是利用量子力学理论和计算方法研究物质的电子结构和反应行为的学科。
在化学研究中，重要的化学反应、分子的稳定性、光谱、化学键成键关系等不同的问题，都需要量子化学的研究来解决。
量子化学的研究可分为四个方面：量子化学基础、计算化学、光谱学和化学反应动力学。
下面从这四个方面来详细介绍量子化学在化学研究中的应用。
一、量子化学基础量子化学理论是量子力学的一个重要应用领域。
通过量子化学理论，研究人员可以探究分子的电子构型、电子能级、电荷分布、化学键成键方式等。
其中，薛定谔方程是量子化学的基本方程。
薛定谔方程描述了分子中电子的波动性和粒子性。
在化学研究中，薛定谔方程常用来解释分子的化学反应发生机理。
二、计算化学量子化学中的计算化学是将物理化学问题转换为数学问题，并利用计算机进行计算的方法。
这种方法被广泛应用于化学计算、化学预测和化学设计领域。
计算化学的应用涉及到电子结构计算、气相反应动力学探索、化学键性质预测等。
这种方法不仅在实验上可以验证化学规律，还可以减少一些繁琐的实验工作。
三、光谱学光谱学是一种非常有效的手段，可以检测和探测化学物质的性质和结构。
量子化学在光谱学中的研究主要与电子结构和激发态有关。
利用量子力学的理论可以计算物质的光学响应，比如比色、磁旋光、荧光等，通过光谱学技术可以得到各种物理化学信息。
光谱学技术被广泛应用于物质分析、化学诊断以及药物质量控制等领域。
四、化学反应动力学化学反应动力学是研究化学反应过程的关键环节。
通过量子化学的计算方法，可以研究分子间相互作用力及其对化学反应动力学的影响。
例如，通过电负性分析来研究特定反应的化学键活化机制，研究反应类型、反应速率以及反应的立体化学等。
总结总之，量子化学在化学物理学领域中的应用非常广泛。
在化学中, 量子化学可以用来研究不同分子之间的相互作用、预测分子的化学性质、探索各种化学反应的机理等。
化学物质的量子化学与量子反应
密度泛函近似：将多电子体系的薛定谔方 程简化为单电子密度方程，从而大大降低 了计算复杂度。
耦合簇理论：一种用于计算多电子体系 电子相关能的近似方法，通过将电子相 关能表示为一系列簇函数的线性组合。
路径积分方法：将多粒子体系的运动方 程转化为单粒子路径积分方程，从而能 够处理多粒子体系的量子动力学问题。
分子轨道的应用：分子轨道理论可以用来预测和解释分子的电子结构和性质，如键能、键长、 键角等。
电子密度分布：描述分子中电子的分布情况，影响分子的化学性质。 化学键：分子间的相互作用力，决定物质的物理和化学性质。 键的类型：共价键、离子键和金属键等，影响分子的稳定性和性质。
键的强度：可以通过电子云密度、键长和键能等参数来衡量，影响化学反应的活化能。
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分子光谱：描述分子能级跃迁产生的光谱，包括电子光谱、振动光谱和转动光谱 激发态：分子吸收能量后达到的高能状态，具有更高的能量和更活跃的化学性质 电子跃迁：分子中电子在不同能级之间的跃迁，产生光谱线 激发态寿命：激发态的持续时间，通常较短，对化学反应速度有重要影响
化学反应的量子力 学描述
反应坐标：描述化学反应过程中原 子和分子的空间位置变化
量子力学描述：用量子力学原理描 述化学反应的微观过程
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势能面：描述化学反应过程中能量 的变化趋势和路径
波函数：描述化学反应过程中原子 和分子的状态和行为
反应路径：描 述化学反应过 程中分子构型
的变化
过渡态：反应 过程中的能量 最高点，反应 过程中的关键
中间状态
计算方法：基 于量子力学原 理的计算方法， 如变分法、微
纳米材料：量子 化学可以用来预 测纳米材料的电 子结构和物理性 质，从而优化其
量子化学入门与计算化学
量子化学入门与计算化学量子化学是一门研究原子和分子的结构、性质及其变化的学科。
它利用量子力学的原理和方法来描述原子核和电子之间的相互作用，从而解释和预测分子的性质。
计算化学则是将计算机模拟和计算方法应用于量子化学问题的学科领域。
本文将简要介绍量子化学的基本概念，以及如何运用计算化学的方法来解决实际问题。
量子化学的基本概念包括原子结构、化学键和分子轨道理论。
原子结构是指原子核和绕核运动的电子组成的结构，而化学键则是指原子之间通过共价键、离子键或金属键等形式相互结合的化学联系。
分子轨道理论则是描述分子中电子的分布和运动方式的理论框架。
在量子化学中，我们常用的一些基本概念包括哈密顿算符、薛定谔方程和波函数等。
哈密顿算符是描述系统总能量的算符，它包括动能算符和势能算符。
薛定谔方程则是描述系统的时间演化规律，它将系统的哈密顿算符作用在波函数上得到系统的能量信息。
波函数则是描述系统状态的数学函数，其平方模长表示电子在空间中的分布概率。
计算化学则是将这些量子化学的基本概念和方法应用到计算机模拟中。
通过数值计算和模拟，可以解决实际问题，如分子几何构型的优化、反应动力学的模拟等。
计算化学可以有效地对复杂的量子化学问题进行求解，提高研究效率和预测准确性。
在计算化学中，我们常用的一些方法包括分子力场方法、半经验与密度泛函理论等。
其中，分子力场方法是基于经验参数建立的用于描述分子的能量和几何结构的方法，适用于大分子和生物分子的研究。
而半经验方法则是介于经典力场和量子力学方法之间的一种方法，常用于简化的计算和模拟。
而密度泛函理论则是基于电子密度的概念，通过求解电子密度泛函来描述系统的性质。
总的来说，量子化学和计算化学是相辅相成的学科。
量子化学提供了丰富的理论基础和实验数据，而计算化学则能够利用计算机模拟和计算方法对量子化学问题进行求解。
通过学习和应用这两个学科的知识和方法，我们可以更好地理解和预测分子的性质和反应规律，为化学和生物领域的研究提供有力支持。
量子化学的基本概念
量子化学的基本概念量子化学是研究原子和分子性质的一种理论方法，基于量子力学的原理进行描述和分析。
在这篇文章中，我们将介绍量子化学的基本概念，包括量子力学、波函数、薛定谔方程、哈密顿算符、轨道和电子结构等主题。
1. 量子力学量子力学是描述微观世界的基本理论，它用数学语言描述微观粒子的运动和相互作用。
与经典力学不同，量子力学认为微观粒子的性质是离散的，而非连续的。
它引入了波粒二象性的概念，即微观粒子既可以像粒子一样表现，也可以像波动一样传播。
2. 波函数在量子力学中，波函数是对微观粒子状态的数学描述。
波函数的平方模表示了找到粒子在某个位置的概率。
波函数包含了粒子的位置和动量信息，并可以通过薛定谔方程来求解。
3. 薛定谔方程薛定谔方程是量子力学的基本方程，描述了波函数随时间变化的规律。
它是一个偏微分方程，包含了粒子的动能和势能信息。
通过求解薛定谔方程，我们可以得到粒子的波函数，从而推导出物理量的期望值。
4. 哈密顿算符哈密顿算符是薛定谔方程中的算符，表示粒子的总能量。
它由动能算符和势能算符构成，用来计算粒子在特定势场中的能量。
哈密顿算符的本征值和本征函数对应着粒子的能级和波函数。
5. 轨道轨道是描述电子在原子或分子中运动的一种数学函数。
根据量子力学的原理，每个电子都可以用一组量子数来描述其状态。
不同的轨道对应着不同的量子数组合，表现出不同的能级和空间分布。
6. 电子结构电子结构是描述原子或分子中电子分布的方式。
根据泡利不相容原理和洪特规则，电子在不同的轨道上填充，形成不同的电子组态。
电子结构决定了物质的化学性质和反应行为。
综上所述，量子化学是基于量子力学原理的一种研究微观粒子行为的理论方法。
它通过波函数、薛定谔方程、哈密顿算符等概念描述了原子和分子的性质和行为。
通过研究轨道和电子结构，我们可以深入理解物质的化学性质及其反应规律。
量子化学在化学领域的应用非常广泛，可以帮助我们解释和预测实验现象，推动化学研究的发展。
量子化学理论方法
量子化学理论方法量子化学是一种使用量子力学原理和方法研究化学问题的基础科学。
它通过求解薛定谔方程来描述和研究原子、分子和材料的电子结构和性质。
在过去的几十年里，量子化学理论方法已经取得了长足的发展，为理解化学现象提供了强有力的工具。
下面将介绍一些主要的量子化学理论方法。
1.哈特里-福克方法：哈特里-福克方法是解决薛定谔方程的一种重要方法。
它通过引入一组波函数来描述电子的状态，并使用变分原理来求解波函数的平方和，从而得到电子的能量和波函数。
哈特里-福克方法是量子化学中最常用的方法之一，它可以用于计算分子的电子结构、反应动力学和光谱等。
2.密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）：DFT是一种计算电子结构的理论方法，它将多电子系统的能量表示为电子密度的函数。
DFT方法通过求解电子密度函数的优化问题来得到系统的最低能量状态，从而预测分子的电子结构和性质。
DFT方法广泛应用于研究分子的几何结构、化学键、反应性和电子光谱等。
3.构型相互作用（Configuratioin Interaction，CI）：CI是一种计算方法，它将多电子波函数表示为单电子波函数的线性组合。
CI方法通过引入一系列激发态波函数来考虑电子的关联效应，从而得到更精确的电子结构和性质。
CI方法广泛应用于研究激发态分子的性质、化学反应中的键断裂和电子转移等过程。
4.Møller-Plesset微扰理论（MP2）：MP2是一种微扰理论方法，它在哈特里-福克方程的基础上引入了二阶微扰项，以考虑电子相关效应的影响。
MP2方法可以用于计算分子的电子结构、振动光谱和反应性等，它提供了对电子相关效应的更准确描述。
5.完全活性空间自洽场（Complete Active Space Self Consistent Field，CASSCF）：CASSCF是一种多组态方法，它考虑了所有可能的电子状态和激发态的贡献。
量子化学基本概念
量子化学基本概念量子化学是一门研究分子和材料的电子结构和动力学行为的学科。
它采用了量子力学的理论框架来解释和预测化学反应和分子性质。
本文将介绍一些量子化学的基本概念。
波粒二象性首先要介绍的是波粒二象性。
早在1900年，普朗克就提出了能量是离散的、分立的概念，这就是一个粒子的特征。
但是，爱因斯坦等人在研究光电效应时发现，光的行为既可解释为波，也可解释为粒子。
这就是波粒二象性。
在量子力学中，电子等粒子的行为也表现出波粒二象性，即它们既可视为粒子，又可视为波。
波函数在量子力学中，波函数是描述粒子状态的数学函数。
波函数可以复杂到无法用公式解析求解，遵循的是薛定谔方程。
它可以用来计算粒子在空间上的分布和能级对应的概率密度。
电子波函数给出了描述电子在空间中的位置、动量以及能量状态的量子数字。
量子化学的核心概念：基态和激发态在量子化学中，我们最关心的是电子的基态和激发态。
基态是电子的最稳定状态，它的能量最低，电子处于最靠近原子核的能级上。
当一个电子从低能级跳到高能级的过程中，电子处于激发态。
激发态的电子具有更高的能量，因此它们更容易参与化学反应。
原子轨道和分子轨道原子和分子的电子波函数可以用原子轨道和分子轨道来描述。
原子轨道是一组描述单个原子中电子几何和能量状态的数学函数。
分子轨道则是描述分子中电子几何和能量状态的数学函数。
在分子轨道中，电子存在于整个分子中，并且它们特定的能量状态由波函数计算。
原子轨道和分子轨道的组合构成了电子态，其中电子会根据波函数的预示在原子或分子中发生运动。
总结量子化学是一门非常复杂的学科，它涉及到数学、物理和化学等领域。
本文介绍了一些量子化学中的基本概念，包括波粒二象性、波函数、基态和激发态、原子轨道和分子轨道等。
这些概念是量子化学研究的基础，也是理解化学反应和分子性质的关键。
自然科学知识：化学物理学和量子化学
自然科学知识：化学物理学和量子化学化学物理学和量子化学化学物理学和量子化学都是现代化学的重要分支，它们的出现和发展推进了化学的进步和革新。
下面我们将分别对这两个分支进行介绍。
一、化学物理学化学物理学是研究分子和原子结构内在运动规律、热力学、动力学等科学问题的一门学科。
又称为“分子物理化学”。
化学物理学主要研究物质的电、热、光、力等性质及它们之间的相互关系。
例如，气体的状态方程和理想气体的运动规律可以通过化学物理学来解释；固体和液体的性质也可以通过化学物理学来研究。
化学物理学与化学和物理学有着密切的联系。
它要求分子和原子结构的知识，同时对热力学、动力学和量子力学等方面的知识也有一定的要求。
化学物理学是一门具有重要地位的基础学科，它为许多应用化学和生命科学做出了贡献。
例如，在医学中，通过化学物理学的研究，可以探讨药物在体内的行为，理解生物大分子的结构和功能等地方都有应用。
二、量子化学量子化学是以量子力学为基础的地位已经上升到一种独立的化学分支的学科，主要是研究化学反应和物质性质的基本理论和方法。
量子化学的主要内容是认识并控制物质的量子和化学本质。
量子化学研究的是物质的分子和原子结构，涉及到分子和原子的量子力学理论、化学中分子的偶极子、反应动力学、酸碱性等问题。
在化学反应的研究中，通过量子化学的计算方法，可以研究分子之间的作用力、反应的机理等问题。
量子化学是现代化学的重要分支之一，通过研究物质的分子和原子结构，可以帮助我们更好地理解和掌握化学反应和物质性质的本质。
在材料、生物、药物等方面的研究中，量子化学的应用也十分广泛。
总结：总的来说，化学物理学和量子化学都是现代化学的重要分支。
化学物理学研究分子和原子的内在运动规律、热力学、动力学等问题，而量子化学则是以量子力学为基础的化学分支，研究物质的分子和原子结构，涉及到分子和原子的量子力学理论、化学中分子的偶极子、反应动力学、酸碱性等问题。
化学物理学和量子化学都为现代科学技术的进步提供了基础理论和实验技术。
什么是量子化学
什么是量子化学
量子化学是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。
其研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互作用；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。
量子化学也称为分子量子力学，是物理化学的一个分支，专注于将量子力学应用于化学系统，特别是电子对分子、材料和溶液的物理和化学性质的贡献的量子力学计算原子级。
这些计算包括系统应用的近似值，旨在使计算在计算上可行，同时仍然捕获有关对计算的波函数以及结构、光谱和热力学性质等可观察特性的重要贡献的尽可能多的信息。
量子化学还关注量子效应对分子动力学和化学动力学的计算。
化学家严重依赖光谱学，通过光谱学可以获得有关分子尺度能量量化的信息。
常用方法有红外 (IR) 光谱、核磁共振(NMR) 光谱和扫描探针显微镜。
量子化学可应用于光谱数据以及其他实验数据的预测和验证。
许多量子化学研究都集中在单个原子和分子的电子基态和激发态，以及化学反应过程中发生的反应途径和过渡态的研究。
也可以预测光谱特性。
通常，此类研究假设电子波函数由核位置绝热参数化（即Born-Oppenheimer 近似）。
如需了解更多有关量子化学的信息，建议咨询量子化学领域专家学者或查阅相关文献资料。
化学反应中的量子化学
化学反应中的量子化学化学反应是一种物质从一种状态向另一种状态发生变化的过程，这个过程中发生着许多的化学反应。
化学反应的本质是在分子、原子和电子之间发生的相互作用。
这些相互作用的本质是由原子的电子结构决定的。
对于化学反应，了解这些相互作用的原理是非常重要的。
量子化学便是一种探究化学反应中相互作用的原理的方法。
量子化学是由量子力学发展而来的一门学科。
量子力学是研究微观领域中粒子的运动和相互作用的科学。
它提供了原子和分子的数学描述。
在量子力学中，分子可以看作是由原子和分子轨道构成的。
而分子轨道则是由电子的量子数描述的。
在量子化学中，我们可以利用分子的几何形状和电子的量子数计算分子之间的相互作用。
量子化学的应用十分广泛。
它可以用于计算化学反应速率、热力学参数和动力学参数等。
特别是在精细化学制剂、材料科学、生物医学等领域中，量子化学已经成为一种重要的工具。
在理论上，利用量子化学模型，可以更好地理解化学反应的本质。
它可以帮助我们研究与化学反应相关的物理参数，例如电子云密度、电位能、键长、键角等。
通过这些理论参数的计算，可以得到分子的属性和性质，以及化学反应的机理。
这些结果可以帮助化学研究人员更好地控制和优化化学反应。
量子化学模型可以用于计算各种化学反应的机理，包括化学反应中的中间体和过渡态。
这对于对于新材料、新药品和新工艺的设计和发展起到了重要作用。
在实践中，利用量子化学的计算可以预测实验结果并设计实验。
这是非常有用的，因为越来越多的实验是昂贵、耗时甚至危险的。
在设计实验之前，通过量子化学计算可以更好地了解实验中基础的物理参数，从而更好地控制实验过程并预测实验结果。
总之，量子化学是一种用于研究化学反应的方法。
它可以提供化学反应中各种相互作用的理论框架。
通过这种方法，可以更好地理解化学反应的本质、控制化学反应的进程和设计实验，促进新材料和新药品的发展。
量子化学
绪 言
一、量子化学发展史
量子化学是应用量子力学基本原理研究原子、分子和晶体的电 子结构、化学键性质、分子间相互作用力、化学反应、各种光谱、 波谱和电子能谱的理论；同时也是研究无机和有机化合物、生物大 分子和各种多功能材料的结构与性质的一门学科。 1927年海特勒和伦敦用量子力学基本原理讨论氢分子结构问题，
E=8hc/5×1/[exp(hc/kT)-1]
实验
E (T , )
普朗克理论值
T=1646k
光电效应
1900年前后，许多实验已经证实：
•只有当照射光的频率超过某个最小频率（即临阈频率）时，金 属才能发射光电子，不同金属的临阈频率不同。
•随着光强的增加，发射的电子数也增加，但不影响光电子的 动能。 •增加光的频率，光电子的动能也随之增加。 以上是经典物理学所无法解释的。在 Plank 量子论的启发下， 1905年，Einstein发表了光子学说，圆满解释了光电效应。
说明了两个氢原子能够结合成一个稳定的氢分子的原因，并且利用相
当近似的计算方法，算出其结合能。由此使人们认识到可以用量子力学
原理讨论分子结构问题。他们的成功标志着量子力学与化学的交叉学科
——量子化学的诞生。
量子化学的发展历史可分两个阶段：
第一个阶段是1927年到20世纪50年代末，为创建时期。 其主要标志是三种化学键理论的建立和发展。
（ 1 ）光是一束电子流，光子的能量与光子的频率成正比，即： =h，光的能量是量子化的 （2）光子不但有能量，而且还有质量 m ，但光子的静止质量是 0 ， 光子质量m = h/c2 = 2.2×10-37/(g) :cm；
（3）光子具有一定的动量(p)，p = mc = h/c = h/
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量子化学计算的基础就是解电子运动的Schr dinger 量子化学计算的基础就是解电子运动的Schrödinger方 Schr dinger方 通过对原子和分子的核外电子运动的了解， 程，通过对原子和分子的核外电子运动的了解，进一步 了解分子的结构、电荷分布，原子间结合能， 了解分子的结构、电荷分布，原子间结合能，结构与性 质的关系，一直接到反映途径（核运动规律）的研究。 质的关系，一直接到反映途径（核运动规律）的研究。 建立在三个近似基础上: 建立在三个近似基础上: 非相对论近似 Born-Oppenhermer近似 Born-Oppenhermer近似 单电子近似（轨道近似） 单电子近似（轨道近似） 最后得到单电子运动方程
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量子化学方法(QM) 量子化学方法(QM) 能精确地预测各种中小分子的物 化学性状, 研究化学反应机理。 理、化学性状, 研究化学反应机理。 分子力学(MM) 分子力学(MM) 及建立在分子力学基础上的分子动力 在研究模拟生物大分子、 学(MD) , 在研究模拟生物大分子、大块合金材料等方 面获得广泛的应用。 面获得广泛的应用。 综合两种方面的优点, 将两种方法结合起来, 综合两种方面的优点, 将两种方法结合起来, 把研 究体系分为几个区域, 究体系分为几个区域, 在中心区域进行高精度的量子化 学计算(QM) , 在周边区域进行半经验或分子力学计算 学计算(QM) 这就是近来十分流行的QM/MM组合方法。 QM/MM组合方法 (MM) , 这就是近来十分流行的QM/MM组合方法。
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简单分子轨道法如HMO(休克尔分子轨道法) EHMO(扩 简单分子轨道法如HMO(休克尔分子轨道法)、EHMO(扩 HMO(休克尔分子轨道法 HM0)法等 法等。 展HM0)法等。 这类方法最突出的特点是计算量小, 这类方法最突出的特点是计算量小, 很适合于共轭体 系的计算, 系的计算, 但它在计算的开始以及计算过程中引入太多 的近似, 只能用来定性研究较简单分子的有关规律, 的近似, 只能用来定性研究较简单分子的有关规律, 在 早期的量子化学工作中用得较多。 早期的量子化学工作中用得较多。
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Xα方法 Xα方法
Xα方法是密度泛函理论的一个重要分支, Xα方法是密度泛函理论的一个重要分支, 它是对电 方法是密度泛函理论的一个重要分支 子间非定域的交换能采用了统计平均近似, 子间非定域的交换能采用了统计平均近似, 用一个与电 荷密度的立方根成正比的密度泛函近似替代了从头计算 方法中计算最为困难的电子交换作用项, 方法中计算最为困难的电子交换作用项, 从而在保持较 高理论严谨性和计算精确度的同时, 高理论严谨性和计算精确度的同时, 大大减少了计算工 作量。Xα方法从 年代发展到现在, 方法从50 作量。Xα方法从50 年代发展到现在,根据它们引入近 似程度的不同, 主要可分为以下几种: (1)自洽场多重 似程度的不同, 主要可分为以下几种: (1)自洽场多重 散射Xα (SCF-MS-Xα法 Xα法 (2)分立变分Xα法(DV分立变分Xα 散射Xα法(SCF-MS-Xα法) ；(2)分立变分Xα法(DVXα法 (3)原子线性组合Xα法(LCAO-Xα法 原子线性组合Xα Xα法) ；(3)原子线性组合Xα法(LCAO-Xα法) ；
量子化学的计算
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很早以前，化学一直被科学界公认为一门纯实 很早以前， 验学科， 验学科，理论是基于试验数据而归纳的经验公 式和规律。 式和规律。随着科学和计算机技术的应用和发 逐渐形成了量子化学这一分支学科。 展，逐渐形成了量子化学这一分支学科。 马克思曾说过“ 马克思曾说过“运用数学的多少是一门学科成 熟的程度的标志” 量子化学逐渐走向成熟。 熟的程度的标志”。量子化学逐渐走向成熟。 常听人说“量子化学是棘手的” 这句话不是没有道理的， 常听人说“量子化学是棘手的”，这句话不是没有道理的，因 为一提起量子化学，往往就联想到困难的数学和计算。 为一提起量子化学，往往就联想到困难的数学和计算。不过现 在否认量子化学有用的人大概是没有了。 在否认量子化学有用的人大概是没有了。
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