量子化学计算方法-完整版本
- 格式:ppt
- 大小:2.35 MB
- 文档页数:215
量子化学计算方法
有一种常见的方法叫从头算方法。
这个名字听起来就很厉害,就好像是从最最开始的地方,完全依靠量子力学的基本原理来进行计算。
它不依赖什么实验数据,就自己靠着那些复杂的数学公式和物理概念来算出分子的各种性质,像分子的结构呀,能量呀之类的。
不过呢,这方法计算起来可费劲啦,就像一个超级复杂的拼图,要一块一块小心翼翼地拼好。
半经验方法就相对轻松一点啦。
它呀,会引入一些经验参数,就像是找了一些小捷径。
因为有了这些经验参数的帮忙,计算速度就会快很多。
但是呢,它的准确性可能就没有从头算方法那么高啦,就像你抄近路可能会错过一些小风景一样。
不过在处理一些比较大的分子体系的时候,半经验方法还是很有用的,就像一个得力的小助手。
密度泛函理论(DFT)也是量子化学计算里的大明星呢!这个理论把电子密度作为基本变量,而不是像传统方法那样主要关注波函数。
这就好比是换了一个新的视角来看问题。
它的计算效率还挺高的,而且在很多情况下都能给出比较准确的结果。
好多研究分子结构、化学反应的科学家都特别喜欢用密度泛函理论,感觉就像是找到了一个宝藏工具。
还有分子力学方法。
这个方法更侧重于从经典力学的角度来处理分子。
它把分子看成是由一些小球(原子)和弹簧(化学键)组成的模型。
这种方法计算起来超级快,对于研究大分子体系的一些宏观性质特别有用。
不过它对于那些涉及到电子结构变化的问题就有点力不从心啦,就像一个擅长短跑的选手去参加长跑比赛一样。
量子化学计算方法-正文主要分为:①分子轨道法(简称MO法,见分子轨道理论);②价键法(简称VB法,见价键理论)。
以下只介绍分子轨道法,它是原子轨道对分子的推广,即在物理模型中,假定分子中的每个电子在所有原子核和电子所产生的平均势场中运动,即每个电子可由一个单电子函数(电子的坐标的函数)来表示它的运动状态,并称这个单电子函数为分子轨道,而整个分子的运动状态则由分子所有的电子的分子轨道组成(乘积的线性组合),这就是分子轨道法名称的由来。
简史分子轨道法的核心是哈特里-福克-罗特汉方程,简称HFR方程,它是以三个在分子轨道法发展过程中做出卓著贡献的人的姓命名的方程。
1928年D.R.哈特里提出了一个将N个电子体系中的每一个电子都看成是在由其余的N-1个电子所提供的平均势场中运动的假设。
这样对于体系中的每一个电子都得到了一个单电子方程(表示这个电子运动状态的量子力学方程),称为哈特里方程。
使用自洽场迭代方式求解这个方程(见自洽场分子轨道法),就可得到体系的电子结构和性质。
哈特里方程未考虑由于电子自旋而需要遵守的泡利原理。
1930年,B.A.福克和J.C.斯莱特分别提出了考虑泡利原理的自洽场迭代方程,称为哈特里-福克方程。
它将单电子轨函数(即分子轨道)取为自旋轨函数(即电子的空间函数与自旋函数的乘积)。
泡利原理要求,体系的总电子波函数要满足反对称化要求,即对于体系的任何两个粒子的坐标的交换都使总电子波函数改变正负号,而斯莱特行列式波函数正是满足反对称化要求的波函数。
将哈特里-福克方程用于计算多原子分子,会遇到计算上的困难。
C.C.J.罗特汉提出将分子轨道向组成分子的原子轨道(简称AO)展开,这样的分子轨道称为原子轨道的线性组合(简称LCAO)。
使用LCAO-MO,原来积分微分形式的哈特里-福克方程就变为易于求解的代数方程,称为哈特里-福克-罗特汉方程,简称HFR方程。
RHF 方程闭壳层体系是指体系中所有的电子均按自旋相反的方式配对充满某些壳层(壳层指一个分子能级或能量相同的即简并的两个分子能级)。