computationalchemistry-introduction

1、Beijing Normal University 计算化学理论和应用计算化学理论和应用 绪论绪论2005.2.25Computational Chemistry laboratory Beijing Normal universityBeijing Normal University 计算化学简介计算化学简介 Beijing Normal University 计算机的发展计算机的发展经典力学经典力学量子力学量子力学分子和物质结构问题分子和物质结构问题分子力学分子力学分子动力学分子动力学量子化学量子化学计算化学计算化学1687 Newton Heisenberg1926 Schrdinger

2、 Born 1946 Westheimer Mayer1927 Heitler London统计力学统计力学Before 1900Boltzmann1957 Alder WainwrightBeijing Normal University 计算化学的发展趋势和方向计算化学的发展趋势和方向n静态动态n小分子体系纳米尺度n计算方法的改进和融合Beijing Normal University 计算化学能解决的问题计算化学能解决的问题Beijing Normal University 预测分子结构预测分子结构 给定一个化学式，通过理论计算定出它的最优结构给定一个化学式，通过理论计算定出它的最优结构

3、Beijing Normal University Cartesian coordinatesnDescribing a collection of discrete moleculesnMolecular MechanicsnThe number of coordinates: 3NInternal coordinatesnRelationship between the atoms in a single moleculenQuantum MechanicsnThe number of coordinates: 3N-6分子结构的表示方法分子结构的表示方法e.g. C2H4Cl2 free

4、 degree(X): 3 (2+4+2)=24 reduced free degree(E-X): 3 (2+4+2)-6(5) (linear)Beijing Normal University CCHHHHCl2+CCHClClHHH例例：C2H4Cl2Beijing Normal University 分子中原子核运动的势能函数分子中原子核运动的势能函数分子势能面分子势能面 (PES)Beijing Normal University 势能面的方程势能面的方程221() ( )( )2 nieeeNeiVVrErm分子的完全分子的完全 Schrdinger方程：方程：Born-Oppe

5、nheimer近似后方程分解为核运动和电子运动两近似后方程分解为核运动和电子运动两个方程：个方程：2221()( , )( , )22 nieeeNNNiVVVR rER rm2221() ( )( )22 nieeeNNNiVVVRERmBeijing Normal University Beijing Normal University 分子的化学性质分子的化学性质Beijing Normal University n单分子性质单分子性质 分子光谱n集团性质（容量性质）集团性质（容量性质） 自由能，焓，熵，热容n不可测量性质不可测量性质 键级Beijing Normal Universit

6、y 摘自摘自Gaussian手册手册 分子的能量和结构分子的能量和结构 过渡态的能量和结构过渡态的能量和结构 振动频率振动频率 红外和拉曼光谱红外和拉曼光谱 热化学性质热化学性质 成键和化学反应能量成键和化学反应能量 化学反应路径化学反应路径 分子轨道分子轨道 原子电荷原子电荷 电多极矩电多极矩 NMR NMR 屏蔽和磁化系数屏蔽和磁化系数 振动圆二色性强度振动圆二色性强度 电子亲和能和电离势电子亲和能和电离势 极化和超极化率极化和超极化率 静电势和电子密度静电势和电子密度单分子性质单分子性质集团性质集团性质不可测量性质不可测量性质Beijing Normal University 目前可用的

7、量子化学方法目前可用的量子化学方法1，ab initio 分子轨道从头算方法分子轨道从头算方法（HF方法方法）2，DFT 密度泛函方法密度泛函方法3，超自洽场方法，超自洽场方法 微扰方法微扰方法 组态相互作用法组态相互作用法 CC方法方法 多参考态方法多参考态方法4，半经验分子轨道方法，半经验分子轨道方法Beijing Normal University 目前可用的量子化学程序目前可用的量子化学程序 Gaussian (98,03) GAMESS Molpro Crystal Hyperchem Beijing Normal University 课程计划课程计划nGaussian程序使用入门

8、及分子输入介绍n分子几何结构优化方法介绍n分子轨道理论基础，半经验方法和基组问题n密度泛函理论基础与应用n超自洽场理论方法介绍n分子力学简介Beijing Normal University 参考书目参考书目ftp:/2005:2005451, Christopher J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry2, David C. Young, Computational Chemistry3, A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods4, M. Springborg, Methods of E