《计算化学基础》课程介绍与教学大纲

PAGEPAGE5《计算化学基础》课程简介课程编号：03024918课程名称：计算化学基础ComputationalChemistry学分:2学时：32适用专业：应用化学专业建议修读学期：6开课单位：化学与化工学院应用化学系先修课程：高等数学、物理化学、结构化学考核方式与成绩评定标准：所有成绩均采用百分制。平时成绩以上机操作实验和课堂考勤为主；考查采用开卷笔试，教师批改；总评成绩=平时成绩*50%+考试成绩*50%。教材与主要参考书目：1、《量子化学基础》杨照地等，化学工业出版社，2012年2、《量子化学计算方法与应用》，林梦海等，科学出版社，2004年3、《量子化学从头计算法》廖沐真等，清华大学出版社，1984年4、《分子模拟与高分子材料》杨小震，科学出版社，2002年内容概述：中文：本课程教学的基本内容主要包括以下五大部分：量子力学基础、微扰理论、角动量理论、群论、密度泛函理论。通过对以上对量子化学基础知识及应用的学习，一方面在于使学生较系统地掌握一些量子化学理论基础；另一方面使学生学习理论与计算化学的分析问题和研究问题的方法，起着启发学生开阔思路，激发探索和创新精神，增强适应能力，提高人才素质的重要作用。另外，对学生毕业后的工作和进一步学习新理论，新知识，新技术，不断更新知识都将产生十分深远的影响。英文：Thiscourseconsistsofthefollowingfiveparts:theFoundationofquantummechanics,perturbationtheory,theangularmomentumtheory,grouptheory,densityfunctionaltheory.Basedontheabovebasicknowledgeandapplicationofquantumchemistrystudy,thestudentswillbeabletolearnsomequantumchemistrytheorysystematicallyanditwillhelpstudentstolearntheoreticalandcomputationalchemistrymethodsofproblemanalysisandresearch.Studyingthiscoursecanplayaninspiredstudentbroadens,stimulatethespiritofexplorationandinnovation,enhanceadaptivecapacity,improvethequalityoftalentanimportantrole.Inaddition,thestudentsworkandlearnmoreaboutthenewtheory,newknowledge,newtechnologiesandconstantlyupdatedknowledgewillhaveaveryfar-reachingimpact.

《计算化学基础》教学大纲课程编号：03024918课程名称：计算化学基础ComputationalChemistry学分:2学时：32适用专业：应用化学专业建议修读学期：6开课单位：化学与化工学院应用化学系先修课程：高等数学、物理化学、结构化学一、课程性质、目的与任务计算化学是用量子力学研究化学问题的一门科学。从量子化学角度看，化学反应是原子核重新排布的过程，化学作用主要是原子核与外层电子以及电子之间的作用，量子化学抓住化学作用这一内在的共性特征，分析、解释物质的化学稳定性与分子结构及性质的关系，提出化学反应的量子理论，进而指导化学实验工作。计算化学广泛应用于化学各分支领域中，如无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学、生物化学、材料化学等。随着高速电子计算机的普及，人们已经能够对一些复杂分子进行计算，进一步了解了结构与性质的关系。计算化学使人们能够从微观水平描述化学作用。对于一些当前实验难以测定的反应过渡态、中间体，通过计算可得到电子结构、几何结构，进而有助于确定反应机理，解释实验结果。由此可见计算化学的重要性。二、教学内容、基本要求及学时分配计算化学教学内容分为八大部分，共32学时。其中，量子力学基础4学时；微扰理论4学时；角动量理论4学时；群论4学时；密度泛函理论4学时；计算机模拟12学时。（教学内容中，凡有▲的为选讲内容可由教师自行决定，不影响整体进程）。课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排实验学时上机学时备注(一)量子力学基础及简单应用2波粒二象性、波函数的统计解释C☆△定态Schrodinger方程C☆△(二)普通原理和定理2变分法、HMO法AHellmann-Feynman定理、virial定理B☆△幺正变换与Dirac符号B☆△Euler定理及应用B☆(三)定态微扰方法及其应用4非简并的一级微扰B☆△定态简并微扰方法B☆△反应活性的微扰理论B(四)角动量4轨道角动量算符及对易关系C电子自旋算符与本征值B角动量耦合B☆△多电子原子中的相互作用B原子的量子态与光谱项C△(五)群论简介4群的定义与分子点群A☆群的基本概念B△群的表示A☆不可约表示的性质与可约表示的约化C△▲循环群的表示C(六)含时微扰方法与量子跃迁4含时微扰方法与跃迁概率BEinstein的辐射理论A☆△▲电偶极跃迁周期微扰B选择定则与原子光谱选择定则C△分子光谱的选择定则A☆△▲应用群论讨论分子的电子光谱跃迁A☆△(七)自洽场方法4上机实验原子的HF自洽场方法C自洽场分子轨道法C(八)密度泛函理论4上机实验Thomas—Fermi方法CHohenberg-Kohn定理

C△Kohn-Sham方法

A杂化方法B(九)布居数分析和频率分析

2上机实验Mulliken布居数分析

A☆自然轨道、自然布居数分析

A☆△简正坐标和频率分析C△热力学函数C过渡态C(十)量子化学的计算方法2上机实验半经验法A从头计算法A注记：首先把量子力学基础的知识点普朗克量子假设、光电效应，光量子，爱因斯坦方程、光的波粒二象性、康普顿效应、氢原子光谱的实验规律，玻尔理论、德布罗意假设，物质波的玻恩解释、不确定原理、波函数，一维定态薛定谔方程、原子壳层结构，四个量子数）定性或半定量地介绍给学生。最后，讲完理论后上机运用量子化学计算软件实际操作，进一步加深同学们对计算化学的理解和提升应用计算化学解决实际问题的能力。三、建议实验（上机）项目及学时分配:课内上机实验12学时。四、教学方法与教学手段计算化学是运用量子化学理论通过计算软件在理论上研究分子的性质以及它们在化学反应中的行为。在进行计算化学课程的教学过程中，既要注重课程内容的内在联系，清晰的条理和严谨的逻辑，又要注意对学生进行自然科学的科学思想和科学方法的教育，加强对学生创新意识和创新能力的培养。因此在教学中必须注重启发式，体会式，渗透式。结合课程教学内容，充分利用现代技术教学手段和演示实验，渗透近代或高新技术的信息，开阔学生的视野。在教学进程中结合教学内容穿插上机操作实验。五、考核方式与成绩评定标准所有成绩均采用百分制。平时成绩以上机操作实验和课堂考勤为主；考试采用开卷笔试，教师流水作业批改；总评成绩=平时成绩*50%+考试成绩*50%。六、教材与主要参考书目1、《量子化学基础》杨照地等，化学工业出版社，2012年2、《量子化