计算化学实验室入门

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化学实验中的测量与计算

化学实验中的测量与计算

化学实验中的测量与计算化学实验是化学学习中重要的一环,实验中的测量与计算也是化学实验的重要部分。

正确的测量和计算可以保证实验结果的准确性和可靠性,而错误的测量和计算则会影响实验结果。

本文将对化学实验中的测量与计算进行讨论。

一、常见测量仪器与使用方法1.量筒量筒是一种常见的测量液体体积的仪器,适用于大量测量和定量转移液体。

使用时需要摆正量筒,调节视线到液面下缘,读数时取液体最高点的下缘读数。

2.容量瓶容量瓶是一种用于调配标准溶液或定量转移溶液的玻璃容器,具有固定的容量。

使用时需先清洗,加入待测液体,使液面与刻度线接触,然后轻轻振荡,并补充至刻度线下一点,最后记录体积。

3.分析天平分析天平是一种用于测量质量的仪器,精度高,适用于微量和定量测量。

使用时需先调零,检查天平平衡性,然后放置待测样品,记录质量。

4.比重计比重计是一种用于测量固体或液体密度的仪器。

使用时需先取得空气比重和介质密度,然后将样品放入比重计中,读取相对密度。

二、误差与精度实验误差是实验结果与真实值之间的差异,主要包括系统误差和随机误差。

系统误差是指实验结果始终偏离真实值的情况,常见的系统误差有仪器误差、环境影响等。

随机误差是指实验结果在真实值周围偏离的情况,常见的随机误差有重复实验误差、观察误差等。

精度是测量结果与真实值之间的接近程度。

精度可分为绝对精度和相对精度。

绝对精度是指一个测量结果与真实值之间的偏差,而相对精度是指在一定条件下,一组数据之间相互接近的程度。

三、数据处理与计算实验数据处理和计算的目的是为了得到可靠的实验结果。

常用的数据处理和计算方法有:1.平均数平均数是指一组数据中所有数据之和除以数据的个数。

平均数可以反映一组数据的总体水平。

2.标准差标准差是指一组数据偏离平均值的程度。

标准差越小,数据越接近平均值,可靠性越高。

3.误差分析误差分析是指对实验误差的原因进行分析,并对误差进行修正。

误差分析有助于提高实验数据的准确性。

计算化学基本方法

计算化学基本方法

计算化学基本方法
化学基本方法指的是在化学实验中常用的一些基本计算方法。

以下列举几种常见的化学基本方法:
1. 摩尔计算:化学反应常常以摩尔为单位来计量反应物和生成物的数量。

摩尔计算包括确定反应物的摩尔质量、计算反应物的摩尔比和计算反应产物的摩尔数等。

2. 适量计算:适量计算是指根据化学方程式和反应物的摩尔比,计算出所需反应物的量。

适量计算中常用的方法有比例法、轻重法和差量法等。

3. 浓度计算:浓度是指溶液中溶质(溶解物质)所占的比例。

浓度计算包括质量浓度、体积浓度和摩尔浓度等的计算。

4. 配比计算:化学反应中,当反应物的摩尔比与化学方程式中的比例不完全相等时,需要进行配比计算。

配比计算可以用来确定反应物的量,以及计算生成物的量。

5. 计算反应的理论产量:对于化学反应,理论产量是指理想条件下反应所能获得的最大产物的量。

计算反应的理论产量可以用来评估反应的效率,并与实际产量进行比较。

6. 打点计算:打点计算是指通过实验测定和计算,确定化学反应中某种物质的含量。

打点计算常用于测定稀溶液中不易测定的物质的含量,例如补充滴定法和重量法等。

这些化学基本计算方法在化学实验中经常使用,可以帮助研究人员评估反应条件、计算物质的含量和确定反应产物的量等。

化学实验中的测量与计算

化学实验中的测量与计算

化学实验中的测量与计算在化学实验中,测量与计算是不可或缺的重要环节。

准确的测量和计算结果可以提高实验的可靠性和可重复性,为科学研究和工程应用提供支持。

本文将从测量仪器的选择和使用、测量数据的处理和分析以及计算方法的应用等方面,探讨化学实验中的测量与计算。

一、测量仪器的选择与使用1. 仪器的选择在进行化学实验前,需要根据实验需求选择合适的测量仪器。

常用的测量仪器包括天平、量筒、试剂瓶、分光光度计等。

天平可以用于测量物质的质量,量筒可以用于测量溶液的体积,试剂瓶和分光光度计可以用于测量溶液的浓度等。

2. 仪器的使用正确的使用测量仪器是确保测量结果准确可靠的关键。

在使用天平时,需校准零点,并保持清洁,避免污染物质。

在使用量筒时,要保证液面与刻度线平行,避免液体附着在筒壁上造成误差。

使用试剂瓶时,要避免滴漏现象,确保溶液的准确使用。

分光光度计的使用需要调整光路、选择合适的波长和参比溶液,以保证测量结果的准确性。

二、测量数据的处理与分析1. 数据的记录测量实验过程中,需要及时、准确地记录测量数据。

在记录数据时,应注意使用规定的单位,并进行数据标注,如实验日期、实验人员等。

同时,还需注意用适当的精度记录数据,以便后续计算和分析。

2. 数据的处理测量数据的处理是为了对结果进行准确分析和应用。

常用的数据处理方法包括平均值、标准差、相对误差等。

在计算平均值时,需要将多次测量结果求和后除以测量次数。

标准差可以用来衡量数据的离散程度,通过计算标准差可以评估实验结果的可靠性。

相对误差是指实验结果与理论值之间的差别,用来评价测量数据的准确性。

三、计算方法的应用1. 质量计算质量计算是化学实验中常用的计算方法之一。

通过测量样品的质量和计算其相对分子质量,可以确定样品的物质含量。

常用的质量计算方法包括质量百分数的计算和物质的摩尔计算。

质量百分数的计算可以通过将溶液的质量与溶液总质量的比值乘以100%得到。

物质的摩尔计算可以根据化学方程式和相对分子质量的关系,计算出摩尔比例和物质的摩尔量。

化学实验室基础知识

化学实验室基础知识

引言:化学实验室是进行化学研究和实验的地方,是化学教学中重要的实践环节。

为了确保实验室的安全与高效,对化学实验室的基础知识的了解是必不可少的。

本文将继续介绍化学实验室的基础知识,帮助读者更好地理解化学实验室的运作以及注意事项。

概述:化学实验室基础知识(二)是基于化学实验室的运作流程和安全要求。

在实验室工作一般都需要了解基础的化学知识,掌握一些基本的化学实验技术,保持良好的实验室卫生和实验设备的保养以及了解常见的安全事项。

正文内容:一、实验室的运作流程1.实验室的布局和结构2.实验室设备和仪器的分类和使用3.实验室试剂和化学品的储存和管理4.实验室安全操作规范5.实验室实验记录和报告的编写和存档二、实验室的安全要求1.安全意识和安全培训2.实验室常见的安全设施和安全措施3.安全操作的基本规范4.防火安全和危险化学品的处理5.实验室事故的处理和报告三、实验室的卫生和清洁1.实验室卫生的重要性2.实验室卫生管理措施3.实验室垃圾的分类和处理4.实验室的清洁工作5.实验室常见的污染物及其处理方法四、实验室设备的保养和检修1.实验室设备保养的重要性2.实验室设备的日常保养3.实验室设备的定期检修和维护4.实验室仪器的准确校正和校准5.实验室设备故障的处理和维修五、常见的安全事项1.毒性化学物质的处理和使用2.氧化剂和还原剂的防护和存储3.酸碱溶液的安全操作4.硫酸的使用和储存5.有害气体的防护和排放处理总结:通过学习化学实验室的基础知识,我们可以更好地理解和掌握实验室的运作流程和安全要求。

熟悉实验室的布局和设备的分类和使用,遵守实验室的安全操作规范,加强实验室的卫生和清洁管理,以及保养和检修实验室设备,都可以有效提高实验室工作的效率和安全性。

同时,要特别注意常见的安全事项,合理处理和储存化学试剂和化学品,正确使用和处理有害气体和危险化学物质,以及及时报告和处理实验室事故,确保实验室工作的顺利进行。

化学分析的定量分析方法的计算

化学分析的定量分析方法的计算

化学分析的定量分析方法的计算在化学分析的过程中,定量分析是一项非常重要的工作。

它不仅可以帮助我们了解物质的组成和含量,还可以指导我们在实验室中进行精确的测量和分析。

本文将介绍化学分析中常用的几种定量分析方法,并详细说明其计算过程。

一、酸碱滴定法酸碱滴定法是一种常见的定量分析方法,适用于酸碱中和反应。

在滴定的过程中,酸或碱的溶液会与一定量的酸碱指示剂反应,当溶液的酸碱滴定终点出现时,我们可以根据滴定体积的变化来计算样品中酸碱物质的含量。

例如,我们要通过酸碱滴定法测定某种酸性物质的含量,首先需要准备一个已知浓度的碱溶液,并用酸碱指示剂标记终点。

然后,将一定量的酸性物质溶液与碱溶液滴定,直到溶液出现颜色变化。

记录滴定所用的碱溶液的体积V1,根据滴定反应的化学方程式,可以得到酸性物质的摩尔数。

酸性物质的摩尔数 = 碱溶液的浓度 ×碱溶液的体积V1二、氧化还原滴定法氧化还原滴定法是一种适用于氧化还原反应的定量分析方法。

在滴定的过程中,氧化剂和还原剂之间发生氧化还原反应,滴定到化学反应终点时,根据滴定剂的摩尔比例关系可以计算出待测物质的摩尔数。

以碘量法为例,我们要通过氧化还原滴定法测定某种物质的含量。

首先,准备一个已知浓度的碘溶液,并将其作为滴定剂。

然后,将待测物质与过量的碘溶液反应,直到反应终点出现。

记录滴定剂的体积V1和对应的摩尔数n1,根据化学反应方程式,可以得到待测物质的摩尔数。

待测物质的摩尔数 = 滴定剂的摩尔数n1 ×滴定剂的体积V1三、光度法光度法是一种基于物质与光的相互作用的定量分析方法。

在光度法中,我们通过测量溶液吸收或透过一定波长的光来确定物质的浓度。

光度法适用于有色物质的测定。

以紫外-可见光度法为例,我们可以通过测量溶液对可见光的吸收来定量分析物质的浓度。

在实验中,我们首先需要根据吸收峰的位置和强度选择合适的波长。

然后,准备一系列已知浓度的标准溶液,并测量这些溶液的吸光度。

化学室计算公式归纳总结优秀版

化学室计算公式归纳总结优秀版

化学室计算公式归纳总结优秀版化学室计算公式归纳总结1.原料药(按干燥品计算) 计算式: 百分含量=()%100%1⨯-⨯水分取样量测样量m m2.容量分析法2.1直接滴定法(计算公式之一) 供试品(%)=%100⨯⨯⨯S m TF V F-浓度校正因子F=规定实测C C (表示滴定液的实测浓度是规定浓度的多少倍) V-滴定体积(ml )T-滴定度,每ml 滴定液相当于被测组分的mg 数。

10H 13O 2N 。

计算非那西丁含量测定: 供试品(%)=%100⨯⨯⨯Sm TF V 供试品(%)=%72.99%10010003630.092.171.01010.020=⨯⨯⨯⨯2.1直接滴定法(计算公式之二) 供试品(%)=()%100V ⨯⨯⨯-Sm T F V空样例2: 2S 203.计算公式:供试品(%)=()%100V ⨯⨯⨯-Sm T F V空样2.3剩余滴定法(计算公式之一) 供试品(%)=()%100V⨯⨯⨯-Sm T F V 样空V空-滴定时,供试品消耗滴定液的体积(ml)V样-滴定时,空白消耗滴定液的体积(ml)F-浓度校正因子m s-供试品的质量例:精密称取青霉素钾供试品0.4021g,按药典规定用剩余碘量法测定含量。

mol/L)相当于37.25mg的青霉素钾。

供试品(%)=()%100 V⨯⨯⨯-SmTFV样空青霉素钾(%)=()%54.98%10010004021.025.371.01015.020.1424.68=⨯⨯⨯⨯-例:微晶纤维素的含量测定:取本品约0.125g,精密称定,置锥形瓶中,加水25ml,精密加重铬酸钾溶液(取基准重铬酸钾4.903g,加水适量使溶解并稀释至20ml)mol/L)相当于0.675mg的纤维素。

剩余滴定法(计算公式之二)供试品(%)=()%100 FV12211⨯⨯⨯-SmTFFVV1-消耗第一种滴定液的体积(ml)V2-消耗另一种滴定液的体积(ml)F1-第一种滴定液的校正因子F1-另一种滴定液的校正因子m s-供试品的质量mol/L)50ml,煮沸至油层至澄清,继续加热10分钟,放冷至室温,加甲基橙指示液1~2滴,用氢氧化钠mol/L)相当于2.016的MgO.A=CL E cm %11A- 吸收率 T-透光率%11cm E -吸收系数,其物理意义是当溶液的浓度为1%(g/ml ),液层厚度为1cm 时的吸收度数值。

化学实验中如何准确地测量和计算

化学实验中如何准确地测量和计算

化学实验中如何准确地测量和计算在化学实验中,准确地测量和计算是非常重要的,因为它们直接影响到实验结果的准确性和可靠性。

下面将介绍一些测量和计算的基本原则和方法,以帮助实验者进行准确的测量和计算。

一、准确测量的基本原则:1.选择合适的仪器和测量方法:在进行测量时,应根据需要选择合适的仪器和测量方法。

常用的仪器有天平、容量瓶、密度计、pH计等。

根据测量目的和样品性质的不同,选择合适的仪器和测量方法可以提高测量的准确性。

2.校准仪器:仪器的准确性会随着使用时间的增加而逐渐下降,因此,在进行实验之前,应首先校准仪器。

校准仪器的主要方法是使用已知浓度或已知质量的标准品进行比对。

3.清洁仪器:使用干净的仪器进行实验是保证测量准确性的必要条件。

在实验之前,应对仪器进行彻底的清洗和干燥,以确保样品不会受到杂质的干扰。

4.注意环境条件:实验室内的环境条件可能对测量结果产生影响。

温度、湿度和气压等因素都可能影响测量结果。

因此,在进行测量时,应尽量保持环境条件的稳定。

5.重复测量和取平均值:为了提高测量的准确性,可以进行重复测量,并取多次测量结果的平均值。

重复测量的目的是消除误差,提高结果的可靠性。

二、准确计算的基本原则:1.清楚实验目的和步骤:在进行计算之前,应首先明确实验的目的和步骤。

只有明确实验目的和步骤,才能准确计算所需的数据。

2.数据收集和整理:在进行计算之前,应首先收集和整理实验数据。

包括原始数据、测量数据和计算数据等。

确保所需数据的完整和准确。

3.选择正确的计算公式:在进行计算时,应根据实验的目的和所需的计算结果选择合适的计算公式。

对于不同的实验目的,可以使用不同的计算公式。

4.单位转换:在进行计算时,应注意单位的转换。

确保所用的单位统一和一致。

如果需要将一个单位转换成另一个单位,应使用正确的换算关系进行转换。

5.保留有效数字:在进行计算时,应注意保留有效数字。

有效数字是指有效位数,它们代表了计算结果的准确程度。

化学计算基础相关知识

化学计算基础相关知识

化学符号周围数字的意义有关化学式的简单计算 (1)相对分子质量的计算相对分子质量(Mr )化学式中各原子的相对原子质量的总和 (2)元素的质量比的计算元素的质量比=(相对原子质量×原子个数)之比 (3)化合物中某一元素质量分数的计算某元素的质量分数=(该元素原子相对原子质量×该元素原子个数)/相对分子质量化学式的书写(1)稀有气体和金属由原子直接构成,习惯上用元素符号表示其化学式,如He Cu ; (2)部分固态非金属因结构复杂,其化学式常用元素符号来表示,如 C S P (3)双原子分子:F2 Cl2 Br2 H2 O2 N2 (4)化学式中元素的排列顺序:A.由金属元素和非金属元素组成的化合物中,金属元素写在左边,非金属元素写在右边,如KClB.氧化物中氧元素写在右边,另一种元素写在左边,如Fe3O4数字,符号的位置 意义元素符号前面的数字 表示该原子的个数 离子前面的数字 该离子的个数 化学式前面的数字表示分子的个数元素符号正上方的数字和符号 表示化合物中某元素的化合价 元素符号右上角的数字和符号 表示该离子所代表的电荷及正负 元素符号右下角的数字表示某物质的一个分子中做韩该原子的化学式的含义以H2O 为例质量的含义宏观 A.表示一种物质B.表示组成物质的元素种类 A.表示水B.表示水是由氢,氧两种元素组成微观A.表示物质的一个分子B.表示组成物质的每个分子的原子种类和数目C.表示物质的一个分子中的原子总数A.表示一个水分子B.表示一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的C.表示一个水分子中含有三个原子量的 含 义A.表示物质的相对分子质量B.表示组成物质的个元素质量比C.表示物质中各元素的质量分数A.H2O 的相对分子质量=18B.H2O 中氢元素和氧元素的质量比为1:8C.H2O 中氢元素和氧元素的质量分数: 2×Ar (H )/Mr (H2O )×100%=2/18×100%≈11.1%Ps:金属左,非金属右,氧化物中氧在后。

计算化学实验课程教案

计算化学实验课程教案

计算化学实验课程教案教案标题:计算化学实验课程教案教案目标:1. 了解计算化学实验的基本原理和方法。

2. 掌握计算化学实验中常用的计算工具和软件。

3. 能够运用计算化学实验方法解决实际问题。

4. 培养学生的科学实验能力和创新思维。

教学内容:1. 计算化学实验的概述和基本原理。

2. 计算化学实验中的常用计算工具和软件。

3. 计算化学实验的实践操作和数据处理。

4. 计算化学实验在实际问题中的应用。

教学步骤:第一步:导入(5分钟)引导学生思考计算化学实验的重要性和应用领域,激发学生的学习兴趣。

第二步:讲解计算化学实验的概述和基本原理(15分钟)介绍计算化学实验的定义、发展历程和基本原理,让学生对计算化学实验有一个整体的认识。

第三步:介绍计算化学实验中的常用计算工具和软件(20分钟)向学生介绍计算化学实验中常用的计算工具和软件,例如分子模拟软件、量子化学计算软件等,并讲解其基本原理和使用方法。

第四步:进行计算化学实验的实践操作和数据处理(40分钟)组织学生进行计算化学实验的实践操作,例如分子结构优化、能量计算等,并指导学生如何处理实验数据和结果。

第五步:讨论计算化学实验在实际问题中的应用(20分钟)引导学生讨论计算化学实验在材料科学、药物研发等领域中的应用,并鼓励学生提出自己的创新思路和实验方案。

第六步:总结和评价(10分钟)总结本节课的教学内容,评价学生的学习情况,并提供反馈意见和建议。

教学资源:1. 计算化学实验教材和参考书籍。

2. 计算化学实验所需的计算工具和软件。

3. 实验室设备和材料。

教学评估:1. 实验报告:要求学生根据实验结果撰写实验报告,包括实验目的、方法、数据处理和结论等。

2. 学生讨论和提问:通过学生的讨论和提问,评估学生对计算化学实验的理解和应用能力。

3. 课堂练习:布置相关的课堂练习,检验学生对计算化学实验的掌握程度。

教学扩展:1. 组织学生参观相关实验室或科研机构,了解计算化学实验的实际应用。

九年级化学实验掌握化学计算方法

九年级化学实验掌握化学计算方法

九年级化学实验掌握化学计算方法九年级化学实验:掌握化学计算方法化学实验是化学学习中非常重要的一部分,其中的化学计算是实验过程中不可或缺的一环。

通过掌握化学计算方法,我们可以准确地计算实验中所需的物质用量、反应产物的质量以及反应的效率等。

本文将介绍几种常见的化学计算方法,以帮助九年级的同学们更好地掌握实验技巧。

一、摩尔计算1. 原子的相对质量在化学实验中,原子的相对质量常用来表示物质的质量。

相对质量是以碳-12同位素为标准,其他元素质量与其相对比较得出的。

例如,氢的相对质量为1,氧的相对质量为16。

2. 摩尔的概念摩尔是物质质量的计量单位,用符号"mol"表示。

一个摩尔的物质质量等于该物质的相对质量的克数。

例如,碳的摩尔质量为12g,氧的摩尔质量为16g。

3. 摩尔与质量的转换摩尔与质量之间可以互相转换。

通过以下公式可以计算出物质的质量或摩尔数:质量(g)= 摩尔数 ×摩尔质量摩尔数 = 质量(g)/ 摩尔质量例如,要计算2摩尔的氧气的质量,可以使用以下计算方法:质量(g)= 2mol × 16g/mol = 32g4. 摩尔与分子数的转换摩尔与分子数之间也可以相互转换。

通过以下公式可以计算出分子数或摩尔数:分子数 = 摩尔数 ×阿伏伽德罗常数(6.02 × 10^23)摩尔数 = 分子数 / 阿伏伽德罗常数例如,要计算0.5摩尔的氧气分子数,可以使用以下计算方法:分子数 = 0.5mol × 6.02 × 10^23 = 3.01 × 10^23二、溶液的计算在化学实验中,溶液的配制和计算是常见的操作。

下面介绍两种常见的溶液计算方法。

1. 摩尔浓度计算摩尔浓度是衡量溶液中溶质浓度的一种方式,用符号“mol/L”表示。

摩尔浓度的计算公式如下:摩尔浓度(mol/L)= 溶质的摩尔数 / 溶液的体积(L)例如,若要制备100mL浓度为0.5mol/L的硫酸溶液,可以使用以下计算方法:摩尔数 = 摩尔浓度 ×溶液的体积(L)= 0.5mol/L × 0.1L= 0.05mol2. 溶质质量计算溶质质量计算主要用于固体或液体溶解于溶剂中的情况。

计算化学 基础

计算化学 基础

计算化学基础计算化学是一门综合应用计算机科学和化学原理的学科,通过利用计算机的力量来解决和研究化学问题。

它广泛应用于药物设计、催化剂开发、材料科学等领域。

计算化学的基础是量子化学理论,它是基于量子力学的一种计算方法,用于描述原子和分子的结构、性质和反应。

量子化学理论通过求解薛定谔方程来计算分子的能量、几何构型和振动频率等信息。

这些计算结果可以帮助化学家理解分子的性质和反应机理。

在计算化学中,分子力场是另一个重要的基础概念。

分子力场模型通过经验参数来描述分子内原子之间的相互作用,以及分子与外部环境之间的相互作用。

通过分子力场模型,可以预测分子的几何构型、能量和振动频率等性质。

计算化学还涉及到计算化学方法的开发和应用。

计算化学方法是一系列用于解决化学问题的数学和计算机算法。

常见的计算化学方法包括密度泛函理论(DFT)、分子力学和半经验方法等。

这些方法在计算速度和精度上有所不同,可以根据具体问题的需要选择合适的方法。

在药物设计中,计算化学起着至关重要的作用。

通过计算化学方法,可以预测药物分子与靶标蛋白的相互作用,优化药物分子的活性和选择性。

计算化学可以帮助药物研发人员筛选出具有潜在药效的分子,并减少实验的时间和费用。

另一个应用领域是催化剂开发。

催化剂是在化学反应中起催化作用的物质。

计算化学可以帮助研究人员理解催化剂的反应机理,优化催化剂的结构和性能。

通过计算化学的方法,可以预测催化剂的活性位点和反应路径,为催化剂的设计和改进提供指导。

材料科学也是计算化学的重要应用领域之一。

计算化学可以帮助研究人员预测材料的结构、性质和相变等信息。

通过计算化学的方法,可以筛选出具有特殊性能的材料,加速新材料的开发和设计。

计算化学在环境保护和能源领域也有广泛的应用。

通过计算化学的方法,可以研究大气污染物的生成和迁移规律,优化环境治理措施。

同时,计算化学还可以帮助研究人员研究新型能源材料和储能材料,提高能源的利用效率。

计算化学作为一门交叉学科,对于化学研究和应用具有重要的意义。

计算化学入门

计算化学入门

计算化学基本概念分子模拟(Molecular Modeling)泛指用于模拟分子或分子体系性质的方法,定位于表述和处理基于三维结构的分子结构和性质。

Quantum Mechanics (QM) 量子力学Molecular Mechanics (MM) 分子力学Theoretical Chemistry 理论化学Computational Chemistry 计算化学Computer Chemistry 计算机化学Molecular Modeling 分子模拟量子化学简介量子化学的研究范围和内容9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9分子和分子之间的相互作用9分子和分子之间的相互碰撞和相互反应等问题计算与预测各种分子性质(如分子几何构型、偶极矩、分子内旋势能、NMR、振动频率与光谱强度)预测化学反应过程中的过渡态及中间体、研究反应机理理解分子间作用力及溶液、固体中的分子行为计算热力学性质(熵、Gibbs函数、热容等)量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。

在量子力学中,粒子的状态用波函数来描述,它是坐标和时间的复函数。

为了描述粒子状态变化的规律,就需要找出波函数所满足的运动方程。

这个方程是薛定谔在1926年首先提出的,被称为薛定谔方程。

求解薛定谔方程,即可从电子结构层面来阐明分子的能量、性质及分子间相互作用的本质。

Schrödinger 方程The ab initio Molecular Orbital TheoryThe Hartree-Fock EquationThe Self-Consistent Field TheoryLinear Combination of Atomic OrbitalsBasis Sets: Slater-Type Orbitals(STO) and Gaussian-Type Orbitals(GTO) 当我们决定由原子轨道线性组合成分子轨道时,就要考虑采取什么数学形式来表示原子轨道。

化学化学计算题了解化学计算的基本方法和公式

化学化学计算题了解化学计算的基本方法和公式

化学化学计算题了解化学计算的基本方法和公式化学计算是化学科学中不可或缺的一部分,它帮助我们解决化学反应和化学量的问题。

化学计算可以根据不同的需求,运用不同的基本方法和公式进行求解。

本文将为您介绍化学计算的基本方法和公式。

一、质量的计算在化学实验和化学反应中,我们经常需要计算物质的质量。

质量的计算可以通过以下公式进行:1.1 物质的质量计算公式质量 = 相对分子质量 ×物质的摩尔数其中,相对分子质量是指分子中各个元素的原子量乘以相应的系数,并将它们相加得到的值。

1.2 极量和摩尔质量的计算公式极量 = n × m摩尔质量 = M × m其中,n表示物质的量(摩尔数),m表示物质的质量,M表示物质的摩尔质量。

二、溶液浓度的计算在化学实验中,我们经常需要制备溶液或者计算溶液的浓度。

溶液浓度的计算可以通过以下公式进行:2.1 质量浓度的计算公式质量浓度 = 质量 / 体积其中,质量指的是溶质的质量,体积指的是溶液的体积。

2.2 摩尔浓度的计算公式摩尔浓度 = 物质的量 / 溶液的体积其中,物质的量是溶质的摩尔数,溶液的体积是指溶液的体积。

三、化学反应中的计算在化学反应中,我们经常需要计算反应物的量和生成物的量。

化学反应中的计算可以通过以下公式进行:3.1 反应物的量计算公式反应物的量 = 溶液中物质的质量 / 化学方程式中对应的系数其中,溶液中物质的质量指的是反应物在溶液中所含的质量。

3.2 生成物的量计算公式生成物的量 = 反应物的量 ×化学方程式中与所需生成物对应的系数/ 反应物在化学方程式中的系数其中,反应物的量是反应物在化学方程式中所需的量,化学方程式中与所需生成物对应的系数指的是生成物在化学方程式中的系数。

四、气体计算在气体反应中,我们经常需要对气体进行计算。

气体计算可以通过以下公式进行:4.1 摩尔体积计算公式摩尔体积 = 气体的质量 / 气体的摩尔质量其中,气体的质量指的是气体所含的质量,气体的摩尔质量指的是气体的摩尔质量。

化学实验室使用率计算公式

化学实验室使用率计算公式

化学实验室使用率计算公式在化学教学实验中,实验室的使用率是一个重要的指标,它可以反映实验室资源的利用情况,对实验室管理和教学工作具有重要的指导意义。

因此,对实验室使用率进行科学的计算和分析,对于提高实验室资源的利用效率和教学质量具有重要意义。

本文将介绍化学实验室使用率的计算公式及其应用。

一、化学实验室使用率的概念。

化学实验室使用率是指在一定时间内,实验室资源被有效利用的程度。

它可以用来评估实验室资源的利用效率和教学质量。

实验室使用率的高低直接影响着实验室资源的利用效率和教学质量。

因此,对实验室使用率进行科学的计算和分析,对于提高实验室资源的利用效率和教学质量具有重要的意义。

二、化学实验室使用率的计算公式。

化学实验室使用率的计算公式为:实验室使用率 = 实际使用时间 / 可使用时间× 100%。

其中,实验室使用率是一个百分比,实际使用时间是指实验室在一定时间内真正被使用的时间,可使用时间是指实验室在同一时间段内的总时间。

三、化学实验室使用率的应用。

1. 评估实验室资源的利用效率。

通过计算实验室使用率,可以评估实验室资源的利用效率。

如果实验室使用率较低,说明实验室资源的利用效率较低,需要采取措施提高实验室的使用率,以提高实验室资源的利用效率。

2. 评估教学质量。

实验室使用率还可以用来评估教学质量。

如果实验室使用率较低,说明实验室资源得不到充分利用,可能会影响教学质量。

因此,通过计算实验室使用率,可以及时发现教学质量存在的问题,并采取相应的措施加以改进。

3. 指导实验室管理。

实验室使用率的计算还可以用来指导实验室管理。

通过对实验室使用率的计算和分析,可以及时发现实验室管理存在的问题,并采取相应的措施加以改进,以提高实验室资源的利用效率和教学质量。

四、化学实验室使用率计算公式的举例。

为了更好地理解化学实验室使用率的计算公式,我们举一个例子来说明。

假设某实验室在一周内的总可使用时间为40小时,实际使用时间为30小时,则该实验室的使用率为:实验室使用率 = 30小时 / 40小时× 100% = 75%。

化学计算教案:高中化学计算实验教案

化学计算教案:高中化学计算实验教案

化学计算教案:高中化学计算实验教案。

一、教学目标1.理解化学计算实验的基本原理和概念;2.掌握浓度、含量、摩尔质量等化学计算实验的计算方法;3.巩固化学计算相关知识点,提高学生的实验技能;4.培养学生的实验操作能力和科学素养。

二、教学内容1.化学计算实验的基本原理和概念化学计算实验是实验室中常见的实验类型,它主要依靠数学和物理的知识进行计算,来得出实验结果。

在实际操作中,学生需要掌握浓度、含量、摩尔质量等基本概念和计算方法,同时还需要掌握化学计算实验的实验流程和注意事项。

2.浓度计算实验浓度是指溶液中的溶质质量或量的比例,通常以mol/L或g/L为单位表示。

浓度计算实验可以通过溶解产物的吸收光谱或滴定法等方法来确定溶液的浓度。

这种实验需要学生掌握数据的处理和分析方法,有助于提高他们的科学素养和实验技能。

3.含量计算实验含量指的是产物在反应中的量,通常以摩尔或克为单位表示。

含量计算实验是通过实验数据,推导出产物的化学量,从而计算出反应的化学计量比。

通过含量计算实验,学生可以更深入地理解化学计量关系,并能够掌握溶解、加热、加压等实验技能。

4.摩尔质量计算实验摩尔质量是指一物质的相对分子质量或分子量,通常以g/mol为单位表示。

摩尔质量计算实验是通过实验数据,测定出产物的质量和摩尔数,通过摩尔质量的计算公式,推算出反应物的摩尔质量。

这种实验有助于学生加深对摩尔质量计算方法的理解,并提高实验操作技能。

三、教学方法1.讲授法在教学过程中,教师可以通过板书、多媒体讲授和课堂讨论等方式,将化学计算实验的基本原理和计算方法讲解给学生。

2.实验操作法化学计算实验是一种高度实践性的教学方式,教师可以通过实验操作,让学生深入了解实验过程和实验原理,提高他们的技能和实验操作能力。

3.讨论法在化学计算实验的教学过程中,老师可以引导学生进行小组讨论,促进学生之间的交流和协作,从而提高学生的知识水平和实验操作能力。

四、教学评价在化学计算实验的教学评价中,老师可以将学生的实验数据、实验报告和实验操作情况作为评价依据,从而全面地评估学生的实验操作能力、科学素养和实验数据处理分析能力。

化学计算实验操作

化学计算实验操作

化学计算实验操作实验操作是化学实验中非常重要的一环,正确的实验操作能够保证实验结果的准确性和可靠性。

本文将为您介绍化学计算实验操作的一般步骤及注意事项。

一、实验目的化学计算实验旨在通过实验操作和数据处理,验证并应用化学计算方法,培养学生的实验技能和科学思维能力。

二、实验器材和试剂根据实验的要求,准备所需的实验器材和试剂,确保其质量和纯度。

在操作过程中,注意对实验器材的正确使用和保养。

三、实验步骤1. 准确称取试剂根据实验需求,使用称量器具准确称取所需试剂的质量。

注意遵循称量的准确性原则,避免称量误差对实验结果的影响。

2. 溶液的配制如实验需要配制溶液,需按照实验要求逐步加入试剂、溶解和稀释,注意搅拌均匀,确保溶液浓度的准确性。

3. 反应容器的选择根据化学反应的性质和条件选择合适的反应容器,保证反应过程的安全性和可靠性。

注意选择透明的容器,能够观察反应的颜色和变化。

4. 反应条件的控制如实验需要控制温度、压力等反应条件,应根据实验要求调节和控制相应的参数。

注意使用温度计、压力计等仪器进行实时监测。

5. 反应时间的控制根据实验要求控制反应的时间,避免反应时间过长或过短对实验结果的影响。

可以使用计时器等工具进行准确的时间控制。

6. 实验数据的采集在实验过程中,准确记录实验数据,包括试剂用量、反应时间、温度等相关数据。

注意使用适当的仪器和方法进行数据采集。

7. 杂质排除在实验过程中,注意排除杂质对实验结果的干扰。

可以通过滤液、沉淀等方法去除杂质,保证实验结果的准确性。

8. 实验安全在实验操作中,严格遵守实验室的安全规定,佩戴安全防护用具,如实验手套、护目镜等,确保人身安全。

四、数据处理和结果分析实验结束后,对实验数据进行处理和分析。

根据实验的目的和方法,应用化学计算方法对实验数据进行计算、统计和比较分析,得出准确的实验结果和结论。

需要注意的是,在实验操作过程中,应注意仪器的正确使用和操作方法的规范性。

实验过程中如有异常情况出现,及时记录并寻求实验指导老师的帮助和指导。

化学计算实验设计

化学计算实验设计

化学计算实验设计实验目的:通过设计一系列化学实验,使学生能够熟练运用化学计算方法,提高对化学计算实验的理解和应用能力。

实验原理:在化学实验中,化学计算是一种重要的手段,用于计算反应物质质量、体积、溶液浓度等相关参数。

化学计算实验设计包括溶液的配制、质量平衡、体积计算等方面。

实验材料:1. 一些常用的化学药品和试剂2. 配药瓶、量筒、容量瓶、试管等实验器材3. 秤量器、滴定管等辅助仪器实验步骤:实验一:溶液配制实验1. 根据实验目的和要求,选择适宜的化学物质配方,并计算所需质量。

2. 使用天平或秤量器,精确称取所需质量的各种药品。

3. 将称取的药品逐一加入容量瓶中,使用蒸馏水或其他溶剂溶解,并摇匀。

4. 将配制好的溶液保存在干燥、阴凉的地方。

实验二:质量平衡实验1. 在实验室中,选择一个称量瓶,并预先称重。

2. 将待称取的试剂取一定质量,逐渐加入称量瓶中,反复称量,直到质量稳定。

3. 记录称取的试剂质量,计算试剂的净质量。

实验三:体积计算实验1. 准备一定容量的溶液,并使用量筒或滴定管等工具精确地测量溶液的体积。

2. 计算实验中所用溶液的浓度,根据浓度和体积计算所需的物质质量。

实验四:滴定反应实验1. 准备滴定管、酸碱指示剂和待测溶液。

2. 将酸碱指示剂加入滴定管中,然后使用滴定管逐滴加入待测溶液,直至指示剂转变颜色。

3. 记录滴定管中溶液的体积,并据此进行浓度计算。

实验注意事项:1. 实验过程中要注意安全,佩戴实验室必需的防护设备。

2. 实验中的化学物品要正确配比和称量。

3. 实验时要严格按照实验步骤操作,不得随意更改实验条件。

4. 实验结束后,要彻底清洗实验器材和实验台面,注意实验室环境的整洁。

实验结果与讨论:通过以上一系列的化学计算实验,学生能够熟练掌握配制溶液、质量平衡、体积计算和滴定反应的方法,提高对化学计算的理解和应用能力。

实验结果的准确性和精确性对后续的化学实验和研究具有重要意义。

结论:化学计算实验设计是培养学生科学思维和实验操作能力的重要手段,通过设计合适的实验,学生能够提高对化学计算方法的理解和应用能力,为日后的科学研究和实验工作打下坚实的基础。

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Introduction to Computational Chemistry LaboratoryTable of Contents1.Introduction. Overview of computational chemistry.2.Theoretical background of computational chemistry.•Ab-initio methods for electronic structure calculations•Semiempirical calculations•Molecular mechanics approach•Molecular dynamics method•Statistical mechanics and Thermodynamics•Structure-Property Relationships•Symbolic calculations•Artificial Intelligence3.How to do a computational research project (lab).4.TAU Computational Chemistry Laboratory.•Hardware and Software for computations and visualization available in TAU Computational Chemistry Laboratory.5.Summary6.Further information and references1. Introduction.Overview of Computational Chemistry.The term theoretical chemistry may be defined as the mathematical description of chemistry.Currently, there are two ways to approach theoretical chemistry problems: computational theoretical chemistry and non-computational theoretical chemistry.Computational theoretical chemistry is primarily concerned with the numerical computation of molecular electronic structures and molecular interactions and non-computational quantum chemistry deals with the formulation of analytical expressions for the properties of molecules and their reactions.The term computational chemistry is usually used when a mathematical method is sufficiently well developed that it can be automated for implementation on a computer. Computational chemistry is the application of chemical, mathematical and computing skills to the solution of interesting chemical problems. It uses computers to generate information such as properties of molecules or simulated experimental results. Very few aspects of chemistry can be computed exactly, but almost every aspect of chemistry has been described in a qualitative or approximate quantitative computational scheme. The biggest mistake that computational chemists can make is to assume that any computed number is exact. However, just as not all spectra are perfectly resolved, often a qualitative or approximate computation can give useful insight into chemistry if you understand what it tells you and what it doesn't.Computational chemistry has become a useful way to investigate materials that are too difficult to find or too expensive to purchase. It also helps chemists make predictions before running the actual experiments so that they can be better prepared for making observations.The quantum and classical mechanics as well as statistical physics and thermodynamics are the foundation for most of the computational chemistry theory and computer programs. This is because they model the atoms and molecules with mathematics. Using computational chemistry software you can in particular perform:•electronic structure determinations,•geometry optimizations,•frequency calculations,•definition of transition structures and reaction paths,•protein calculations, i.e. docking,•electron and charge distributions calculations,•calculations of potential energy surfaces (PES),•calculations of rate constants for chemical reactions (kinetics)•thermodynamic calculations- heat of reactions, energy of activation, etc•calculation of many other molecular and balk physical and chemical properties.The most important numerical techniques are ab-initio, semi-empirical and molecular mechanics. Definitions of these terms are helpful in understanding the use of computational techniques for chemistry:•ab-initio, (Latin for "from scratch") a group of methods in which molecular structures can be calculated using nothing but the Schrödinger equation, the values of the fundamental constants and the atomic numbers of the atoms present.•Semi-empirical techniques use approximations from empirical (experimental) data to provide the input into the mathematical models.•Molecular mechanics uses classical physics and empirical or semi-empirical (pre-determined) force fields to explain and interpret the behavior of atoms and molecules.The table below attempts to capture the main specifics of each of these three methods: MethodTypeFeatures Advantages Disadvantages Best forMolecular Mechanics •Uses classicalphysics•Relies on force-fieldwith embeddedempirical parameters•Computationallyleast intensive - fastand useful with limitedcomputer resources•Can be used formolecules as large asenzymes•Relies on potentialsthat have to besomehow supplied•Sometimesinaccurate because thesupplied potentials areused beyond theirproven range ofvalidity•Particular forcefield, applicable onlyfor a limited class ofmolecules•Does not calculateelectronic properties•Requiresexperimental data (ordata from ab initiocalculations)•Large systems(~1000 of atoms)•Systems orprocesses with nobreaking or formingof bondsSemi-Empirical •Uses quantumphysics•Uses experimentallyderived empiricalparameters•Uses manyapproximation•Less demandingcomputationally thanab initio methods•Capable ofcalculating transitionstates and excitedstates•Requiresexperimental data (ordata from ab initio)for parameters•Less rigorous thanab initio) methods•Medium-sizedsystems (hundreds ofatoms)•Systems involvingelectronic transitionAb Initio•Uses quantumphysics•Mathematicallyrigorous, no empiricalparameters•Uses approximationextensively •Useful for a broadrange of systems•does not depend onexperimental data•Capable ofcalculating transitionstates and excitedstates•Computationallyexpensive•Small systems(tens of atoms)•Systems involvingelectronic transition•Molecules withoutavailableexperimental data•Systems requiringrigorous accuracyIn the next chapter these and some other basic theoretical methods, both numerical and analytical, will be described in more details.2. Theoretical background of Computational Chemistry•Ab-initio methods for electronic structurecalculationsThe most common type of ab-initio calculation is called Hartree-Fock calculation (abbreviated HF), in which the primary approximation is called the mean field approximation. This means that the Coulombic electron-electron repulsion is not explicitly taken into account, however, its average effect is included in the calculation. This is a variational calculation, which implies that the approximate energies calculated are all equal to or greater than the exact energy. The accuracy of the calculation depends on the size of the basis set used, however because of the mean field approximation, the energies from HF calculations are always greater than the exact energy and tend, with increasing basis size, to a limiting value called the Hartree-Fock limit.An additional issue that affects the accuracy of the computed results is the form chosen for the basis functions. The actual form of the single electronic molecular wave function (molecular orbital) is of course not known. The forms, used for the basis functions, can provide a better or worse approximation to the exact numerical single electron solution of the HF equation. The basis functions used most often are combinations of either Slater type orbitals (exp(-ax)) or Gaussian type orbitals (exp(-ax2)), abbreviated STO and GTO. Molecular orbital is formed from linear combinations of atomic orbitals, which are nothing more than linear combinations of basis functions with coefficients founded from the appropriate atomic HF calculations. Because of this approximation, most HF calculations give a computed energy greater than the Hartree-Fock limit. The exact set of basis functions used is often specified by an abbreviation, such as STO-3G or 6-311++g**. In the Appendix 1 to this manual you can read about structures and features of some popular basis sets.More advanced calculations begin with a HF calculation then correct for correlations that result from the electron-electron repulsion. Some of these methods are Many-Body Perturbation Theory (MBPT-n, where n is the order of correction), the Generalized Valence Bond (GVB) method, Multi-Configurations Self Consistent Field (MCSCF), Configuration Interaction (CI) and Coupled Cluster theory (CC). As a group, these methods are referred to as correlated calculations.Another method, which avoids making the HF mistakes in the first place is called Quantum Monte Carlo (QMC). There are several flavors of QMC, variational, diffusion and Green's functions. These methods work with an explicitly correlated wave function and evaluate integrals numerically using a Monte Carlo integration. These calculations can be very time consuming, but they could yield extremely accurate results.An alternative ab-initio method is Density Functional Theory (DFT), in which the total energy is expressed in terms of the total electron density, rather than the wavefunction. This type of calculation leads to an approximate effective or model Hamiltonian and to an approximate expression for the total electron density. Often the electron density approximations are made using some empirical corrections. Such DFT approaches are related to semi-empirical methods, which are addressed in the next chapter.The good side of ab-initio methods is that they eventually converge to the exact solution, once all of the approximations are made sufficiently small in magnitude. However, this convergence is not monotonic. Sometimes, more approximate calculation gives better result for a given property, than a more elaborate calculation.The bad side of ab-initio methods is that they are expensive. These methods often take enormous amounts of computer CPU time, memory and disk space. The HF method scales as N4, where N is the number of basis functions, so a calculation twice as big takes 16 times as long to complete. Correlated calculations often scale much worse than this. In practice, extremely accurate solutions are only obtainable when the molecule contains a few electrons.In general, ab-initio calculations give very good qualitative results and can give increasingly accurate quantitative results as the molecules in question become smaller.You can read more details about theoretical background of main ab-initio methods in the Appendix 2 to this manual.Note on units: The energies calculated are usually in units called Hartrees (1 H = 27.2114 eV).•Semiempirical calculationsSemiempirical calculations are set up with the same general structure as a HF calculation. Within this framework, certain pieces of information, such as two electron integrals, are approximated or completely omitted. In order to correct the errors introduced by omitting these parts of the calculation, the method is parameterized, by curve fitting in a few parameters or numbers, in order to give the best possible agreement with experimental data.The good side of semiempirical calculations is that they are much faster than the ab-initio calculations.The bad side of semiempirical calculations is that the results can be erratic. If the molecule under study is similar to molecules in the data base used to parameterize the method, then the results may be very good. If this molecule is significantly different from anything in the parameterization set, the answers may be poor.Semiempirical calculations have been very successful in computational organic chemistry, where there are only a few elements used extensively and the molecules are of moderate size. However, semiempirical methods have been devised specifically for the description of inorganic chemistry as well.•Molecular Mechanics approachIf a molecule is too big to effectively use a semiempirical treatment, it is still possible to model it's behavior by avoiding quantum mechanics. This is done by constructing a simple expression for “molecular force field”, i.e. the potential energy asfunction of all atomic positions, and using it study molecular properties without the need to compute a wave function or total electron density. The energy expression consists of simple classical equations, such as the harmonic oscillator equation in order to describe the energy associated with bond stretching, bending, rotation and intermolecular forces, such as Van der Waals interactions and hydrogen bonding. All of the constants in these equations must be obtained from experimental data or an ab-initio calculation.In a molecular mechanics method, the database of compounds used to parameterize the method (a set of parameters and functions is called a force field) is crucial to its success. Where as a semiempirical method may be parameterized against a set of organic molecules, a molecular mechanics method may be parameterized against a specific class of molecules, such as proteins. Such a force field would only be expected to have any relevance to describing other proteins.The good side of molecular mechanics is that it allows the modeling of enormous molecules, such as proteins and segments of DNA, making it the primary tool of computational biochemists.The bad side is that there are many chemical properties that are not even defined within the method, such as electronic excited states. In order to work with extremely large and complicated systems, often molecular mechanics software packages have the most powerful and easiest to use graphical interfaces. Because of this, mechanics is sometimes used because it is easy, but not necessarily a good way to describe a system.•Molecular Dynamics methodMolecular dynamics consists of examining the time dependent behavior of a molecule, such as vibrational motion or Brownian motion. This is most often done within a classical mechanical description similar to a molecular mechanics calculation.The application of molecular dynamics to solvent/solute systems allows the computation of properties such as diffusion coefficients or radial distribution functions for use in statistical mechanical treatments. Usually the scheme of a solvent/solute calculation is that a number of molecules (perhaps 1000) are given some initial positionand velocity. New positions are calculated a small time later based on this movement and this process is iterated for thousands of steps in order to bring the system to equilibrium and give a good statistical description of the radial distribution function.In order to analyze the vibrations of a single molecule, many dynamics steps are done, then the data is Fourier transformed into the frequency domain. A given peak can be chosen and transformed back to the time domain, in order to see what the motion at that frequency looks like.•Statistical Mechanics and ThermodynamicsStatistical mechanics is the mathematical means to extrapolate thermodynamic properties of bulk materials from a molecular description of the material. Statistical mechanics computations are often tacked onto the end of ab inito calculations for gas phase properties. For condensed phase properties, often molecular dynamics calculations are necessary in order to do a computational experiment.Thermodynamics is one of the best developed physical theories and it give us a good theoretical starting point for analysis of molecular systems. Very often any thermodynamic treatment is left for trivial pen and paper work since many aspects of chemistry are so accurately described with very simple mathematical expressions.•Structure-Property RelationshipsStructure-property relationships are qualitative or quantitative empirically defined relationships between molecular structure and observed properties. In some cases this may seem to duplicate statistical mechanical results, however structure-property relationships need not be based on any rigorous theoretical principles.The simplest case of structure-property relationships are qualitative thumb rules. For example, an experienced polymer chemist may be able to predict whether a polymer will be soft or brittle based on the geometry and bonding of the monomers.When structure-property relationships are mentioned in current literature, it usually implies a quantitative (which does not mean rigorous) mathematical relationship. These relationships are most often derived by using curve fitting software to find the linear combination of molecular properties, which best reproduces the desired property. The molecular properties are usually obtained from molecular modeling computations. Other molecular descriptors such as molecular weight or topological descriptions are also used.When the property being described is a physical property, such as the boiling point, this is referred to as a Quantitative Structure-Property Relationship (QSPR). When the property being described is a type of biological activity (such as drug activity), this is referred to as a Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR).•Symbolic CalculationsSymbolic calculations are performed when the system is just too large for an atom-by-atom description to be viable at any level of approximation. An example might be the description of a membrane by describing the individual lipids as some representative polygon with some expression for the energy of interaction. This sort of treatment is used for computational biochemistry and even microbiology.•Artificial IntelligenceTechniques invented by computer scientists interested in artificial intelligence have been applied mostly to drug design in recent years. These methods also go by the names De Novo or rational drug design. The general scenario is that some functional site has been identified and it is desired to come up with a structure for a molecule that will interact with that site in order to hinder it's functionality. Rather than have a chemist try hundreds or thousands of possibilities with a molecular mechanics program, the molecular mechanics is built into an artificial intelligence program, which tries enormousnumbers of "reasonable" possibilities in an automated fashion. The techniques for describing the "intelligent" part of this operation are so diverse and their number so large, that it is impossible to make any generalization about how this is implemented in a generic program.3. How to do a computational research project (lab)When using computational chemistry to answer a chemical question, the obvious problem is that you need to know how to use the software. Then, you need to have some information and/or intuition, concerning the quality of the answer, and you have to be able to make rational decisions about the possibility to sacrifice accuracy for efficiency. Here is a check list to follow.•What do you want to know? How accurately? Why?If you can't answer these questions, then you don't even have a research project yet.•How accurate do you predict the answer will be?In analytical chemistry, you do a number of identical measurements then work out the error from a standard deviation. With computational experiments, doing the same thing should always give exactly the same result. The way that you estimate your error is to compare a number of similar computations to the experimental answers. There are articles and compilations of these studies. If none exist, you will have to guess which method should be reasonable, based on it's assumptions then do a study yourself, before you can apply it to your unknown and have any idea how good the calculation is.•How long do you expect it to take?Often computational chemistry calculations (especially ab-initio ones) are so time consuming that it would take a decade to do a single calculation, even if you had a very power machine with enough memory and disk space. However, a number ofmethods exist because each is best for different situations. The trick is to determine which one is best for your project. Again, concerning the time consumption, the answer is to look into the literature and see how long each calculation takes, when particular soft- and hardware is used. If the only thing you know is how a calculation scales, do the simplest possible calculation then use the scaling equation to estimate how long it will take to do the sort of calculation that you have predicted will give the desired accuracy.•What approximations are being made? Which are significant?This is how you avoid “successfully” performing a calculation that is complete garbage. An example would be trying to find out about vibrational motions that are very anharmonic, when the calculation uses a harmonic oscillator approximation.Once you have finally answered all of these questions, you are ready to actually do a calculation. Now you must determine what software suitable for your hardware is available, what it costs and how to use it. Note that two programs of the same type (i.e. ab-initio) may calculate different properties, so you have to make sure the program does exactly what you want.When you are learning how to use a program, you may try to do dozens of calculations that will fail because you constructed the input incorrectly. Do not use your project molecule to do this. Make all your mistakes with something really easy, like a water molecule. That way you don't waste enormous amounts of time.4. TAU computational chemistry laboratory courseThe aim of the laboratory-course that is being given at TAU starting in the 2nd semester 2004 is to give the 3rd and 4th year students fundamental knowledge and basic skills in solving computational chemistry problems using commercial codes on windowsand unix workstations. This lab is not aimed for experts in theoretical chemistry. On the contrary, it is aimed at experimental chemists in all disciplines who are interested in applying computational chemistry methods in their research and in their future professional careers. Therefore no pre-requisites are imposed beyond first year chemistry and second year physical chemistry (including introduction to quantum chemistry).In 2008 the laboratory will be given still on an experimental basis. From the point of views of the students this will imply that details of the projects required may be adjusted during the semester in order to adjust to students suggestions and needs. Furthermore, instructors will be asked to provide close guidance of the required computational experiments and to respond to students questions and needs throughout the week. No hard core theoretical effort will be required, but the students will be asked to gain a qualitative knowledge of the methods used and to understand the way in which input and output are read in and analyzed. Upon successful completion of the lab requirements a student should be able to apply the codes studied to routine organic compounds and processes.•Hardware and software for calculations andvisualization available in TAU ComputationalChemistry Laboratory (TAUCCL)1) Some common computer software used in TAUCCL for computational chemistry practicum includes:•Gaussian W03 (ab-initio, semiempirical, molecular mechanics calculations)•Hyperchem 7.5(ab-initio, semiempirical, molecular mechanics & dynamics calculations)Data visualization is the process of displaying information in any sort of pictorial or graphical representation. A number of computer programs are now available at TAUCCLto apply a colorization scheme to data or work with three dimensional representations (Gaussview, MolDen,gOpenMol).More detail information about possibilities, limitations and correct exploitation of particular computational chemistry program you can find in the appropriate “Beginner Guide” or in the corresponding Program Manual.2) Hardware in TAUCCL includes 12 PC stations with dual boot Windows XP and LINUX OS.5. Summary1) To summarize, computational chemistry is:• a branch of chemistry that generates data which complements experimental data on the structures, properties and reactions of substances. The calculations are based on quantum and classical mechanics, molecular dynamics, statistical theory and thermodynamics, semiempirical structure-properties relationships, theories of symbolic calculations and artificial intelligence, and include:1.Global potential energy surfaces calculations (including equilibrium states,transition structures and Van-der-Waals complexes)2.Calculation of wave function and electronic charge distribution and manyother non energetic properties (like multiple moments, NMR parameters,etc)3.Molecular geometry in ground and excited states4. Vibrational and rotational constants5.Reaction paths and rate constants for chemical reactions6.Details of the dynamics of molecular collisions7.thermodynamical properties•Particularly useful for:1.Determination of properties that are inaccessible experimentally2.Interpretation of experimental data2) Before starting a computational chemistry project (lab) one has to make a scientifically grounded chose of the appropriate computational method and the corresponding software which suits the available hardware limits (memory, disc space and CPU-time). Then one has to learn how to make input file, how to run the program and how to interpret output on some simple examples. After all that steps were done the actual calculation could be started.6. Further information and referencesFor an introductory level overview of computational chemistry see the main reference and source for this manual :David Young "Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real World Problems", John Wiley & Sons , 2001A more detailed description of common computational chemistry techniques is contained inA. R. Leach "Molecular Modelling Principles and Applications" Addison Wesley Longman (1996)G. H. Grant, W. G. Richards "Computational Chemistry" Oxford (1995)F. Jensen "Introduction to Computational Chemistry" John Wiley & Sons (1999)There are many books on the principles of quantum mechanics and every physical chemistry text has an introductory treatment. The book below is excellent for both intermediate and advanced users.C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe "Quantum Mechanics Volumes I & II" Wiley-Interscience (1977)For an introduction to quantum chemistry seeD. A. McQuarrie "Quantum Chemistry" University Science Books (1983)A graduate level text on quantum chemistry isI. N. Levine "Quantum Chemistry" Prentice Hall (1991)An advanced undergraduate or graduate text on quantum chemistry isP. W. Atkins, R. S. Friedman "Molecular Quantum Mechanics" Oxford (1997) For quantum Monte Carlo methods seeB. L. Hammond, W. A. Lester, Jr., P. J. Reynolds "Monte Carlo Methods in Ab-initio Quantum Chemistry" World Scientific (1994)A good review article on density functional theory isT. Ziegler Chem. Rev. 91, 651-667 (1991)For density functional theory seeR. G. Parr, W. Yang "Density-Functional Theory of Atoms and Molecules" Oxford (1989) For a graduate level description of statistical mechanics seeD. A. McQuarrie "Statistical Mechanics" Harper Collins (1976)For thermodynamics study we recommendI. N. Levine "Physical Chemistry" McGraw Hill (1995)Another nice introduction to computational chemistry isS. Profeta, Jr. "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Supplement" 315, John Wiley & Sons (1998).There is a comprehensive listing of all available molecular modeling software and structural databanks, free or not, in appendix 2 of"Reviews in Computational Chemistry Volume 6" Ed. K. B. Lipkowitz and D. B. Boyd, VCH (1995)There is a write up on computer aided drug design atgopher:///00/documents/drug.design.guideMathematical challenges from theoretical/computational chemistry/readingroom/books/mctcc/index.htmlAn online text on molecular modeling using molecular mechanics/Science/Compchem/feature01.htmlA Computational Chemistry Primer/GatherScatter/GSwinter96/taylor1.htmlAn online text on computational chemistry/~ubcg8ab/course/os_molf.html。

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