應用量子化學計算方法

① 量子化學它在化學反應動力學方面的應用有哪些

量子化學是理論化學的一個分支學科，是將量子力學的原理和方法應用到化學問題研究中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用於化學的各個分支以及生物、醫葯、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，並對實際工作起到了很好的指導作用。量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結果解釋化學現象。80年代以來，隨著計算機和大型工作站的出現以及有關量子化學計算軟體的大量推出（例如GSMESS系列，HONDO系列，GAUSSIAN系列等程序包的推出），使量子化學計算方法成為化學計算理論研究的主流。量子化學計算方法可用於解釋或預測原子，分子和晶體的各種性質，包括分子的能量和結構，化學反應路徑，過渡態的能量和結構，分子軌道，原子電荷，成健和化學反應能量，極化率和超極化率，各向異性超精細耦合常數，靜電勢以及電子密度等。其應用范圍也不斷擴大，涉及到化學各分支學科，並取得了可喜的成果。下面主要講述的是2008年來量子化學應用研究的進展。

② 什麼是量子化學

量子化學是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法，研究化學問題的一門基礎科學。

1927年海特勒和倫敦用量子力學基本原理討論氫分子結構問題，說明了兩個氫原子能夠結合成一個穩定的氫分子的原因，並且利用相當近似的計算方法，算出其結合能。由此，使人們認識到可以用量子力學原理討論分子結構問題，從而逐漸形成了量子化學這一分支學科。

量子化學的發展歷史可分兩個階段：第一個階段是1927年到20世紀50年代末，為創建時期。其主要標志是三種化學鍵理論的建立和發展，分子間相互作用的量子化學研究。在三種化學鍵理論中，價鍵理論是由鮑林在海特勒和倫敦的氫分子結構工作的基礎上發展而成，其圖象與經典原子價理論接近，為化學家所普遍接受。

分子軌道理論是在1928年由馬利肯等首先提出，1931年休克爾提出的簡單分子軌道理論，對早期處理共軛分子體系起重要作用。分子軌道理論計算較簡便，又得到光電子能譜實驗的支持，使它在化學鍵理論中佔主導地位。

配位場理論由貝特等在1929年提出，最先用於討論過渡金屬離子在晶體場中的能級分裂，後來又與分子軌道理論結合，發展成為現代的配位場理論。

第二個階段是20世紀60年代以後。主要標志是量子化學計算方法的研究，其中嚴格計算的從頭算方法、半經驗計算的全略微分重疊和間略微分重疊等方法的出現，擴大了量子化學的應用范圍，提高了計算精度。

1928～1930年，許萊拉斯計算氦原子，1933年詹姆斯和庫利奇計算氫分子，得到了接近實驗值的結果。70年代又對它們進行更精確的計算，得到了與實驗值幾乎完全相同的結果。計算量子化學的發展，使定量的計算擴大到原子數較多的分子，並加速了量子化學向其他學科的滲透。

量子化學的研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能，及其結構與性能之間的關系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。

量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結果解釋化學現象。

量子化學的研究結果在其他化學分支學科的直接應用，導致了量子化學對這些學科的滲透，並建立了一些邊緣學科，主要有量子有機化學、量子無機化學、量子生物和葯物化學、表面吸附和催化中的量子理論、分子間相互作用的量子化學理論和分子反應動力學的量子理論等。

三種化學鍵理論建立較早，至今仍在不斷發展、豐富和提高，它與結構化學和合成化學的發展緊密相聯、互相促進。合成化學的研究提供了新型化合物的類型，豐富了化學鍵理論的內容；同時，化學鍵理論也指導和預言一些可能的新化合物的合成；結構化學的測定則是理論和實驗聯系的橋梁。

其它化學許多分支學科也已使用量子化學的概念、方法和結論。例如分子軌道的概念已得到普遍應用。絕對反應速率理論和分子軌道對稱守恆原理，都是量子化學應用到化學反應動力學所取得的成就。

今後，量子化學在其他化學分支學科的研究方面將發揮更大的作用，如催化與表面化學、原子簇化學、分子動態學、生物與葯物大分子化學等方面。

③ 關於量子化學計算

你問得太寬泛了。如果要做的是初級過程(只有第一步是雙分子反應，之後都是單分子反應，直至分解成產物)，計算化學能辦到，但如果包含了次級過程(分解的產物繼續反應)，一般都會是極其復雜的機理。而且臭氧是光敏的物質，如果光照分解成自由基，發生鏈式反應，將會更加復雜。你可以把問題說得更詳細一些，也許有高手能幫忙，不過我建議你最好還是問問老師吧。

④ 用量子化學計算方法研究分子，總基函數的數目是多少

福克方程，又稱為HF方程，是一個應用變分法計算多電子體系波函數的方程，是量子化學中最重要的方程之一，基於分子軌道理論的所有量子化學計算方法都是以HF方程為基礎的，鑒於分子軌道理論在現代量子化學中的廣泛應用，HF方程可以被稱作現代量子化學的基石。 HF方程的基本思路為：多電子體系波函數是由體系分子軌道波函數為基礎構造的斯萊特行列式，而體系分子軌道波函數是由體系中所有原子軌道波函數經過線性組合構成的，那麼不改變方程中的運算元和波函數形式，僅僅改變構成分子軌道的原子軌道波函數系數，便能使體系能量達到最低點，這一最低能量便是體系電子總能量的近似，而在這一點上獲得的多電子體系波函數便是體系波函數的近似。方程的形式為：f(1)χa(1) = εaχa(1)其中f(1)為福克運算元，χa(1)為體系的分子軌道，εa是分子軌道χa(1)的軌道能。

⑤ 量子化學的計算方法

主要分為：①分子軌道法（簡稱MO法，見分子軌道理論）；②價鍵法（簡稱VB法，見價鍵理論）。以下只介紹分子軌道法，它是原子軌道對分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個電子在所有原子核和電子所產生的平均勢場中運動，即每個電子可由一個單電子函數（電子的坐標的函數）來表示它的運動狀態，並稱這個單電子函數為分子軌道，而整個分子的運動狀態則由分子所有的電子的分子軌道組成（乘積的線性組合），這就是分子軌道法名稱的由來。 開殼層體系是指體系中有未成對的電子（即有的殼層未充滿）。描述開殼層體系的波函數一般應取斯萊特行列式的線性組合，這樣，計算方案就將很復雜。然而對於開殼層體系的對應極大多重度（所謂多重度，指一個分子因總自旋角動量的不同而具有幾個能量相重的狀態）的狀態（即自旋角動量最大的狀態）來說，可以保持波函數的單斯萊特行列式形式（近似方法）。描述這類體系的最常用的方法是假設自旋向上的電子（自旋）和自旋向下的電子（β自旋）所處的分子軌道不同，即不限制自旋相反的同一對電子填入相同的分子軌道。這樣得到的HFR方程稱為非限制性的HFR方程，簡稱UHF方程。
原則上講，有了HFR方程（不論是RHF方程或是UHF方程），就可以計算任何多原子體系的電子結構和性質真正嚴格的計算稱之為從頭計演算法。RHF方程的極限能量與非相對論薛定諤方程的嚴格解之差稱為相關能。對於某些目的，還需要考慮體系的相關能。UHF方程考慮了相關能的一小部分，更精密的作法則須取多斯萊特行列式的線性組合形式的波函數，由變分法求得這些斯萊特行列式的組合系數。這些由一個斯萊特行列式或數個斯萊特行列式按某種方式組合所描述的分子的電子結構稱為組態，所以這種取多斯萊特行列式波函數的方法稱為組態相互作用法（簡稱CI）。

⑥ 量子化學中的計算方法

量子化學是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。 1927年海特勒和倫敦用量子力學基本原理討論氫分子結構問題，說明了兩個氫原子能夠結合成一個穩定的氫分子的原因，並且利用相當近似的計算方法，算出其結合能。由此，使人們認識到可以用量子力學原理討論分子結構問題，從而逐漸形成了量子化學這一分支學科。 量子化學是一門有關物質結構、組成、變化、性質的學科。它的發展可以說是日新月異，尤其是它的邊緣學科或者說是它的分支學科，譬如生物化學、物理化學、晶體化學等等，令人目不暇接。就眼下炒得很熱的基因工程、克隆技術以及共軛電場論等，更是令人眼花繚亂…… 研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關系;分子與分子之間的相互作用;分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結果解釋化學現象。

⑦ 量子化學的計算方法主要包括哪些方法

量子化學計算方法一般分幾類

1. 從頭算 ab initio 包括HF, 考慮電子相關的 Mpn CI等方法

2. 半經驗量子化學方法 AM1 PM3等

3. 密度泛函方法

如果具體寫至少有幾十種.

⑧ 應用量子化學計算有什麼意義和作用

應用量子化學計算有什麼意義和作用
量子化學（quantum
chemistry）是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。

⑨ 量子化學計算方法的UHF 方程

開殼層體系是指體系中有未成對的電子（即有的殼層未充滿）。描述開殼層體系的波函數一般應取斯萊特行列式的線性組合，這樣，計算方案就將很復雜。然而對於開殼層體系的對應極大多重度（所謂多重度，指一個分子因總自旋角動量的不同而具有幾個能量相重的狀態）的狀態（即自旋角動量最大的狀態）來說，可以保持波函數的單斯萊特行列式形式（近似方法）。描述這類體系的最常用的方法是假設自旋向上的電子（自旋）和自旋向下的電子（β自旋）所處的分子軌道不同，即不限制自旋相反的同一對電子填入相同的分子軌道。這樣得到的HFR方程稱為非限制性的HFR方程，簡稱UHF方程。

⑩ 量子化學計算方法的從頭計演算法

原則上講，有了HFR方程（不論是RHF方程或是UHF方程），就可以計算任何多原子體系的電子結構和性質真正嚴格的計算稱之為從頭計演算法。RHF方程的極限能量與非相對論薛定諤方程的嚴格解之差稱為相關能。對於某些目的，還需要考慮體系的相關能。UHF方程考慮了相關能的一小部分，更精密的作法則須取多斯萊特行列式的線性組合形式的波函數，由變分法求得這些斯萊特行列式的組合系數。這些由一個斯萊特行列式或數個斯萊特行列式按某種方式組合所描述的分子的電子結構稱為組態，所以這種取多斯萊特行列式波函數的方法稱為組態相互作用法（簡稱CI）。