1、计算化学理论和应用 绪论,2005.2.25 Computational Chemistry laboratory Beijing Normal university,Beijing Normal University,计算化学简介,Beijing Normal University,计算机的发展,经典力学,量子力学,分子和物质结构问题,分子力学,分子动力学,量子化学,计算化学,1687 Newton,Heisenberg 1926 SchrdingerBorn,1946 WestheimerMayer,1927 Heitler London,统计力学,Before 1900 Boltzman
2、n,1957 AlderWainwright,Beijing Normal University,计算化学的发展趋势和方向,静态动态小分子体系纳米尺度计算方法的改进和融合,Beijing Normal University,计算化学能解决的问题,Beijing Normal University,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,Beijing Normal University,Cartesian coordinates Describing a collection of discrete molecules Molecular Mechanics The num
3、ber of coordinates: 3NInternal coordinates Relationship between the atoms in a single molecule Quantum Mechanics The number of coordinates: 3N-6,分子结构的表示方法,e.g. C2H4Cl2 free degree(X): 3 (2+4+2)=24reduced free degree(E-X): 3 (2+4+2)-6(5) (linear),Beijing Normal University,例：C2H4Cl2,Beijing Normal Uni
4、versity,分子中原子核运动的势能函数,分子势能面 (PES),Beijing Normal University,势能面的方程,分子的完全 Schrdinger方程：Born-Oppenheimer近似后方程分解为核运动和电子运动两个方程：,Beijing Normal University,Beijing Normal University,分子的化学性质,Beijing Normal University,单分子性质分子光谱集团性质（容量性质）自由能，焓，熵，热容不可测量性质键级,Beijing Normal University,摘自Gaussian手册, 分子的能量和结构 过渡态
5、的能量和结构 振动频率 红外和拉曼光谱 热化学性质 成键和化学反应能量 化学反应路径 分子轨道 原子电荷 电多极矩 NMR 屏蔽和磁化系数 振动圆二色性强度 电子亲和能和电离势 极化和超极化率 静电势和电子密度,单分子性质集团性质不可测量性质,Beijing Normal University,目前可用的量子化学方法,1，ab initio 分子轨道从头算方法（HF方法）2，DFT 密度泛函方法3，超自洽场方法 微扰方法组态相互作用法CC方法多参考态方法4，半经验分子轨道方法,Beijing Normal University,目前可用的量子化学程序,Gaussian (98,03)GAMES
6、SMolproCrystalHyperchem,Beijing Normal University,课程计划,Gaussian程序使用入门及分子输入介绍 分子几何结构优化方法介绍 分子轨道理论基础，半经验方法和基组问题 密度泛函理论基础与应用 超自洽场理论方法介绍 分子力学简介,Beijing Normal University,参考书目 ftp:/2005:2005202.112.86.245,1, Christopher J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry2, David C. Young, Computational Chemistry3, A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods4, M. Springborg, Methods of Electronic-structure Calculations5, W. Koch, A chemists Guide to Density Functional Theory6, Andrew R. Leach, Molecular Modelling,
