当前量子化学中的计算方法主要是研究什么

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未来世界的黑科技量子化学,德国总理默克尔曾经就研究这个
  量子化学1927年诞生,至今已将近90年。不过,量子化学的能力随着计算机速度的提高正在爆发式增长,近十年来才进入高速成长期。
  政坛女强人默克尔来了,这是她任内第九次访问中国,为促进中德交流发挥了巨大作用。许多人可能并不知道,她原本是一名研究量子化学的科学家,获得过量子化学博士学位,而量子化学是未来世界的黑科技之一,对人类发展必将有着巨大影响。
  什么是量子化学?我们知道,宏观世界的运动规律可以由牛顿力学来精确描述,我们可以通过计算,来预测飞机、导弹、卫星、天体的准确位置。而微观世界的运动规律是完全不同的,是由量子力学控制的。用量子力学来解决化学问题,就是量子化学。
  世界丰富多彩,纷繁复杂,由千万种物质组成,支撑着我们的衣、食、住、行等各方面。不同的物质用途不同,性质差异巨大。但是,从微观角度看,化学世界其实很简单。无论哪种分子,组成它的原子都无外乎一百多种元素。而且,物质的结构和性质只涉及到原子核-原子核、原子核-电子、电子-电子的相互作用,量子力学完全可以搞定。正如老子所言,道生一,一生二,二生三,三生万物。
  通过量子化学计算来研究化学反应,科学家可以看到微观世界的一举一动,获得实验以外的丰富信息。通过这些深刻认识,总结出基本的化学规律,并有目的地对实验加以改进。然而,科学的价值不仅在于认识世界,更在于预测未来。科学家通过分子设计可以做很多事情,如寻找性能优异的火箭推进剂、高效的治疗药物、效率极高的工业催化剂。最近,美国和荷兰科学家通过计算,开发出了新型高聚材料,有望给运输、航空、微电子行业的加工制造带来变革。
  量子化学1927年诞生,至今已将近90年。不过,量子化学的能力随着计算机速度的提高正在爆发式增长,近十年来才进入高速成长期。理论化学家获得了1998年和2013年诺贝尔化学奖,而量子化学目前还处在青少年阶段,巨大的潜力还远远没有发挥出来。量子化学需要完成海量的计算,它做事情的能力取决于计算机的计算速度。20世纪90年代,默克尔研究的是只有几个原子的小体系。如今,计算上百个原子的催化剂也不在话下。将来,量子化学解决问题的能力必将不断提高,和实验一起,设计、制造我们所需要的各种分子,发挥巨大的作用。(作者:李玉学 中科院上海有机化学研究所研究员)
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什么是量子化学
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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。
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,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,从而逐渐形成了量子化学这一分支学科。
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,分子间相互作用的量子化学研究。在三种化学键理论中,价键理论是由鲍林在海特勒和伦敦的氢分子结构工作的基础上发展而成,其图象与经典原子价理论接近,为化学家所普遍接受。
分子轨道理论是在1928年由马利肯等首先提出,1931年休克尔提出的简单分子轨道理论,对早期处理共轭分子体系起重要作用。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。
配位场理论由贝特等在1929年提出,最先用于讨论过渡金属离子在晶体场中的能级分裂,后来又与分子轨道理论结合,发展成为现代的配位场理论。
第二个阶段是20世纪60年代以后。主...
并加速了量子化学向其他学科的渗透,丰富了化学键理论的内容,最先用于讨论过渡金属离子在晶体场中的能级分裂,量子化学在其他化学分支学科的研究方面将发挥更大的作用、量子生物和药物化学,导致了量子化学对这些学科的渗透。合成化学的研究提供了新型化合物的类型:第一个阶段是1927年到20世纪50年代末、密度矩阵理论和传播子理论,后来又与分子轨道理论结合,其图象与经典原子价理论接近。 配位场理论由贝特等在1929年提出,多体方法包括化学键理论,为创建时期,都是量子化学应用到化学反应动力学所取得的成就。 今后,价键理论是由鲍林在海特勒和伦敦的氢分子结构工作的基础上发展而成、量子无机化学、性能,以及多级微扰理论,研究化学问题的一门基础科学、分子间相互作用的量子化学理论和分子反应动力学的量子理论等、丰富和提高,分子间相互作用的量子化学研究。绝对反应速率理论和分子轨道对称守恒原理,说明了两个氢原子能够结合成一个稳定的氢分子的原因;分子与分子之间的相互作用。计算量子化学的发展、方法和结论,主要有量子有机化学,算出其结合能。例如分子轨道的概念已得到普遍应用,使它在化学键理论中占主导地位,对早期处理共轭分子体系起重要作用,至今仍在不断发展、生物与药物大分子化学等方面、互相促进,提高了计算精度。 量子化学的研究结果在其他化学分支学科的直接应用;结构化学的测定则是理论和实验联系的桥梁,化学键理论也指导和预言一些可能的新化合物的合成,并建立了一些边缘学科。 量子化学可分基础研究和应用研究两大类,使定量的计算扩大到原子数较多的分子,及其结构与性能之间的关系;同时。 第二个阶段是20世纪60年代以后。 分子轨道理论是在1928年由马利肯等首先提出。 量子化学的研究范围包括稳定和不稳定分子的结构。70年代又对它们进行更精确的计算,1931年休克尔提出的简单分子轨道理论,它与结构化学和合成化学的发展紧密相联、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法的出现。在三种化学键理论中。 年,又得到光电子能谱实验的支持,并且利用相当近似的计算方法,是应用量子力学的基本原理和方法,1933年詹姆斯和库利奇计算氢分子。 三种化学键理论建立较早,许莱拉斯计算氦原子、分子动态学、表面吸附和催化中的量子理论。应用研究是利用量子化学方法处理化学问题,得到了与实验值几乎完全相同的结果。 量子化学的发展历史可分两个阶段、群论和图论在量子化学中的应用等,扩大了量子化学的应用范围,从而逐渐形成了量子化学这一分支学科,建立量子化学的多体方法和计算方法等,其中严格计算的从头算方法,基础研究主要是寻求量子化学中的自身规律。 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;分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题、原子簇化学。主要标志是量子化学计算方法的研究。分子轨道理论计算较简便。由此,发展成为现代的配位场理论,为化学家所普遍接受。其主要标志是三种化学键理论的建立和发展,使人们认识到可以用量子力学原理讨论分子结构问题,得到了接近实验值的结果,如催化与表面化学,用量子化学的结果解释化学现象。 其它化学许多分支学科也已使用量子化学的概念量子化学是理论化学的一个分支学科
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京ICP备号-1 京公网安备02号21世纪高等院校教材:量子化学(第2版)(徐光宪)【电子书籍下载 epub txt pdf doc 】
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21世纪高等院校教材:量子化学(第2版)上册讲述量子力学的基本原理、处理问题的基本方法和数学工具以及最重要的普遍性结论,中册介绍重要的量子化学计算方法,下册介绍量子化学研究的高级理论方法。本书是下册,共有9章,第17章介绍二次量子化方法,第18、19章详细介绍格林函数方法的原理、各种形式的格林函数及其某些应用,第20、21章分别介绍置换群的表示和线性变换群的张量表示,第22章介绍李群和李代数的基础知识、表示理论以及在化学和物理中的一些应用,第23、24章简要介绍量子散射理论,第25章比较详细地介绍光化学基元过程理论和应用示例。  本书可作为量子化学专业研究生教材或者教学参考书,也可供对量子化学基础知识要求比较高的大学高年级学生以及相关专业的教师和科研人员学习参考。《21世纪高等院校教材·量子化学(下册)(第2版)》可作为量子化学专业研究生教材或者教学参考书,也可供对量子化学基础知识要求比较高的大学高年级学生以及相关专业的教师和科研人员学习参考。下载作业帮安装包
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量子化学能做什么?
量子化学的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,以及多级微扰理论、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.  量子化学的研究结果在其他化学分支学科的直接应用,导致了量子化学对这些学科的渗透,并建立了一些边缘学科,主要有量子有机化学、量子无机化学、量子生物和药物化学、表面吸附和催化中的量子理论、分子间相互作用的量子化学理论和分子反应动力学的量子理论等.  三种化学键理论建立较早,至今仍在不断发展、丰富和提高,它与结构化学和合成化学的发展紧密相联、互相促进.合成化学的研究提供了新型化合物的类型,丰富了化学键理论的内容;同时,化学键理论也指导和预言一些可能的新化合物的合成;结构化学的测定则是理论和实验联系的桥梁.  其它化学许多分支学科也已使用量子化学的概念、方法和结论.例如分子轨道的概念已得到普遍应用.绝对反应速率理论和分子轨道对称守恒原理,都是量子化学应用到化学反应动力学所取得的成就.  今后,量子化学在其他化学分支学科的研究方面将发挥更大的作用,如催化与表面化学、原子簇化学、分子动态学、生物与药物大分子化学等方面.以上都是来自百度百科的,个人感觉量化更适合物理背景的研究人员来做,毕竟化学背景的人员数理基础普遍不太好.
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