量子化学计算方法及其在结构化学中的应用_笪良国

［收稿日期］２００７－０３－１６

［作者简介］笪良国（１９７６—），男，安徽桐城人，淮南师范学院化学生物系讲师，中国科学技术大学硕士研究生，研究方向：量子化学计算。

１、

前言量子力学是２０世纪最重要的科学发现之一。在量子力学基础上发展起来的理论物理、量子化学及相关的计算，为我们开辟了通向微观世界的又一个途径。以往我们只能在实验室，通过实验了解化学反应的过程与结果，或通过仪器设备检测、跟踪化学反应的动态。现在，通过理论化学计算，就有可能了解瞬息之间发生的化学反应，或预测某些激发态与过渡态的几何构型，还有可能了解生物大分子中某一活性位的电荷转移。近１０年来，随着计算技术的飞速发展，计算机已进入各个化学实验室，由此也刺激了量子化学计算乃至理论化学方法的快速发展。量子化学计算已不是理论化学家的专利，它成为实验化学、生物领域、药物设计、材料研究等方面的有力工具。随着计算机的发展和理论上的突破，量子化学在研究化合物结构中的应用越来越广泛。本文概括地介绍了从头算法及一些半经验的量子化学计算方法，同时简要介绍了国际理论界近年发展起来的组合方法、遗传算法、神经网络等计算方法及其在结构化学中的应用。２、

量子化学计算方法简介量子化学研究的电子－原子核体系可用相应的Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程解的波函数来描述。原则上，Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程的全部解保证了多电子体系中电子结构与相互作用的全面描述。然而，由于数学处理的复杂性，在实践中，总希望发展和运用量子力学的近似方法，从而无需进行很繁杂的计算就可以说明复杂原子体系的主要特性，这就必须在原始量子化学方程中引进一些重要的简化，以便得到一定程度的近似解。量子化学发展到现在，根据为解Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程而引入近似程度的不同，大致可分为以下几种方法：２．１从头计算方法（ａｂｉｎｉｔｉｏｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）［１－２］

从头计算方法，即进行全电子体系非相对论

的量子力学方程计算。这种方法仅仅在非相对论

近似、Ｂｏｒｎ－Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍｅｒ近似、

轨道近似这三个基本近似的基础上利用Ｐｌａｎｃｋ常数、电子质量和电量三个基本物理常数以及元素的原子序数，对分子的全部积分严格进行计算，不借助任何经验或半经验参数，达到求解量子力学Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程的目的。Ｒｏｏｔｈａａｎ方程是多电子体系Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程引入三个基本近似后的基本表达。原则上，只要合适地选择基函数，自洽迭代的次数足够多，Ｒｏｏｔｈａａｎ方程就一定能得到接近自洽场极限的精确解。因此这种计算方法在理论和方法上都是比较严格的，其计算结果的精确性和可靠性都大大优于半经验的一些计算方法。所以它日益受到行家们的重视，应用范围愈来愈广，成为量子化学计算的主流。２．２简单分子轨道法［３－４］如ＨＭＯ（休克尔分子轨道法）、ＥＨＭＯ（扩展ＨＭ０）法等。这类方法最突出的特点是计算量小，很适合于共轭体系的计算，但它在计算的开始以及计算过程中引入太多的近似，只能用来定性研究较简

单分子的有关规律，在早期的量子化学工作中用得较多。如，ＨＭＯ法是在绝热近似、单电子近似和ＬＣＡＯ（ｌｉｎｅａｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆａｔｏｍｉｃｏｒｂｉｔａｌｓ，即原子轨道的线性组合）近似的基础上，进一步完全忽略电子之间的排斥力，并对有机共轭分子体系采取σ－π分离近似等近似来建立和求解定态Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程。在ＥＨＭＯ中，单电子哈密顿Ｈｉｉ数值取自原子轨道电离势的实验值，忽略了双电子积分，使研究对象从π电子体系扩展到σ骨架的一般分子，对系列同系物的分子内部电荷分布、化学键性质、轨道能级等，可以给出定性结果。２．３半经验分子轨道方法［５］

如全略微分重叠的ＣＮＤＯ、间略微分重叠的量子化学计算方法及其在结构化学中的应用

笪良国，张倩茹

（淮南师范学院化学生物系，安徽淮南２３２００１）

［摘要］文章概括地介绍了从头算法及一些半经验的量子化学计算方法，同时简要介绍了国际理论界近年发展起来的组合方法、遗传算法、神经网络等计算方法及其在结构化学中的应用。

［关键词］

量子化学；计算方法；应用

［中图分类号］Ｏ６５

［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－９５３０（２００７）０３－０１０１－０３

淮南师范学院学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＡＩＮＡＮＴＥＡＣＨＥＲＳＣＯＬＬＥＧＥ

２００７年第３期第９卷（总第４３期）

Ｎｏ．３，２００７

ＧｅｎｅｒａｌＮｏ．４３，Ｖｏｌ．９

淮南师范学院学报第９卷

ＩＮＤＯ、还有ＮＤＤＯ、ＭＮＤＯ、ＭＩＮＤＯ等方法。

这类半经验方法从电子结构的实验资料估计最难计算的一些积分，不是从原始的完整Ｈａｍｉｌ－ｔｏｎ量出发，而是从最简单的模型Ｈａｍｉｌｔｏｎ量出发。只粗略地考虑了分子中相互作用，而忽略了许多二、三、四中心积分。所以，这类方法虽然极大地减少了必需的计算工作量，但是其计算所得到的结果只带有定性和半定量的特性，其准确性、可靠性不够。故此法逐渐被其它更为精确的计算方法所替代。如ＭＮＤＯ方法，用光谱数据拟合双电子积分参数，用这些参数计算有机物的平衡几何构型、生成热、偶极矩等都获得成功，但仅限于第一、二周期元素化合物。

２．４密度泛函理论［６－７］

如定域密度泛函理论ＬＤＦＴ、自旋密度泛函近似ＬＳＤＡ、广义梯度近似ＧＧＡ、密度泛函与分子轨道的杂化方法（如Ｂ３ＬＹＰ等）等。

密度泛函理论改变以往以轨道波函数为基的特点，以密度函数为基。

２．５Ｘα方法［８］

Ｘα方法是密度泛函理论的一个重要分支，它是对电子间非定域的交换能采用了统计平均近似，用一个与电荷密度的立方根成正比的密度泛函近似替代了从头计算方法中计算最为困难的电子交换作用项，从而在保持较高理论严谨性和计算精确度的同时，大大减少了计算工作量。

Ｘα方法从５０年代发展到现在，根据它们引入近似程度的不同，主要可分为以下几种：

（１）自洽场多重散射Ｘα法（ＳＣＦ－ＭＳ－Ｘα法），这种方法的特点是在计算中引入了交换势的统计平均近似和圆球分区近似，它的计算工作量比其它Ｘα法小，但计算结果的精确度不高。

（２）分立变分Ｘα法（ＤＶ－Ｘα法），这种方法只采用交换势的统计平均近似，而不采用圆球分区近似，它把分子轨道展开为原子轨道的线性组合，而且此法对于基函数的选择，原则上没有限制，这正是分立变分Ｘα法的优点。

（３）原子线性组合Ｘα法（ＬＣＡＯ－Ｘα法），它同分立变分Ｘα法一样也只采用交换势的统计平均近似，而不采用圆球分区近似，把分子轨道展开为原子轨道的线性组合，但它在求解Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ－Ｓｌａｔｅｒ方程时用Ｇａｕｓｓ函数代替Ｓｌａｔｅｒ函数作为基以求简化多种中心积分的计算。分立变分Ｘα法和原于线性组台Ｘα法虽然克服了自治场多重散射Ｘα法的某些缺点，并且提高了计算的精确度，但是它们却增加了计算的工作量。

２．６分子模拟［９－１１］

分子力学或量子力学与统计力学结合的分子模拟技术使量子化学计算从静态向动态、从小体系向纳米、介观尺度过渡提供了可能。分子模拟可分为两大类：一类为分子动力学（ＭＤ）模拟，它是根据原子间相互作用势，用经典力学处理体系中每个粒子随时间变化的运动途径。另一类以概率论为基础的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟（ＭＣ），与ＭＤ方法不同，ＭＣ模拟不需要势能函数，它采用简单取样或权重取样，去构造一个Ｍａｒｋｏｖ链。经过长期演算后，粒子状态逼近Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ分布，然后通过统计平均，获得各种平均值。ＭＣ模拟只提供体系始态和终态的状况，可以处理达几千个原子的相当大的体系。

２．７ＱＭ／ＭＭ组合方法［１２］

量子化学方法（ＱＭ）能精确地预测各种中小分子的物理、化学性状，研究化学反应机理。对于结构规整的较大体系，周期性理论方法也可以给出合理的描述。然而对于复杂的生物体系、固体表面吸附问题、非晶态纳米材料等，目前用量子化学直接计算仍相当困难。分子力学（ＭＭ）及建立在分子力学基础上的分子动力学（ＭＤ），在研究模拟生物大分子、大块合金材料等方面获得广泛的应用，但由于分子力学是建立在原子层次上，无法考虑电子的运动，一般不适合讨论化学反应。为综合两种方法的优点，将两种方法结合起来，把研究体系分为几个区域，在中心区域进行高精度的量子化学计算（ＱＭ），在周边区域进行半经验或分子力学计算（ＭＭ），这就是近来十分流行的ＱＭ／ＭＭ组合方法。

２．８遗传算法［１３］

遗传算法（ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ）是借鉴自然界生物进化论的规律，优胜劣汰，步步逼近最优解的一种算法。在研究过程中使用选择、杂交、变异等遗传算子，在繁衍过程中对群体中的个体进行筛选，选择最优个体或过程。

２．９神经网络方法［１４－１６］

神经网络方法是根据人体神经元的联系、信息传递而设计的多种网络研究方法。它与其他方法不同之处在于能进行学习训练，使它更适合研究对象。

３、各种量子化学计算方法的应用

３．１从头计算法的应用

由于从头计算法在理论上的严格性和计算结果的精确性、可靠性，以及计算机技术的发展，使它在各种量子化学计算方法中居于主导地位，并且其应用范围不断扩大。从小分子到大分子，从静态性质到动态性质，从分子内相互作用到分子间相互作用等各方面都有应用。涉及到化学各分支学科、物理学、生物医学等多种学科。用于解释或预测原子、分子和晶体的各种性质，包括平衡几何构型、能量、位能面、内旋转和翻转势垒、电荷密度分布、各种光谱、波谱和电子能谱，还用于研究各种化学键、分子间作用力、化学反应的活化能、热焓和分子几何构型优化等。计算处理的对象从无机到有机化合物、生物大分子、各种功能材料以及模拟化合物。尤其是８０年代末以来，随着计算机科学技术的迅速发展，特别是高速运算微机和大型工作站的出现以及有关量子化学计算软件的大量推出（例如ＧＡＭＥＳＳ系列、ＨＯＮＤＯ系列、ＧＡＵＳ－ＳＩＡＮ系列等程序包的推出），使从头计算方法逐步发展成为量子化学理论研究的主流，化学工作者应用从头计算法对过渡金属配合物、金属原子簇合物等大分子化合物的研究也迅速增加。

３．２简单分子轨道法的应用

由于这种计算方法在计算的开始以及计算过程中引入太多的近似，所以它计算所得的结果过于粗糙，其局限性较大，只能用它来定性研究较简

１０２

第３期

单分子的有关规律，这种方法只在早期的量子化学工作中用得较多。例如：早期用ＨＭＯ研讨有机反应的定位活性指标，酸碱反应的平衡常数和有机共轭分子的氧化还原电势等。

３．３半经验分子轨道法的应用

半经验分子轨道法的应用比较广泛，包括计算分子的平面几何构型、电荷分布、偶极矩、原子化热、生成热、反应热、激发能，以及电子自旋－核自旋相互作用、核自旋－核自旋相互作用等。由于这种方法忽略了许多二、三、四中心积分，所以这类方法虽然极大地减少了必需的计算工作量，但是其计算所得到的结果只带有定性和半定量的特性，其准确性、可靠性还不够。

３．４密度泛函理论的应用

ＤＦＴ提供了第一性原理或从头算的计算柜架，它可以解决原子、分子中许多问题，如电离能的计算、振动光谱的研究、催化活性位的选择、生物分子的电子结构等。在凝聚态物理中，可研究金属的相变、材料的微观结构与电子结构。ＤＦＴ不适合研究过渡态、激发态等体系。ＤＦＴ与分子动力学（ＭＤ）结合的分子模拟，是当前理论化学研究化学反应动态过程的有力工具，成为当前国际研究的主流方向。

３．５Ｘα方法的应用

由于Ｘα方法中采用了交换能的密度泛涵近似，因而不必计算大量的多中心积分，其计算量要比从头计算法小得多，同时保持较高理论严谨性和计算精确度。由于这个原因，Ｘα方法比较适合于对包含重金属原子的对称性高的大分子体系，如多核金属络合物、金属原子簇合物、生物大分子等进行计算，计算其分子光谱、能谱等谱学性质、分子总能量和激发态能量，研究它们的电子结构和化学键，探讨其催化、吸附机理与活性中心等。从而比较成功地应用于无机化学、催化与表面科学、凝聚态物理学、材料科学等领域，并取得了一系列富于理论价值和实际意义的成果，因此它也是在上述领域中研究物质电子结构的重要理论方法之一。近年来，这种方法的应用也比较广泛。

３．６分子模拟的应用

分子模拟常用于处理溶液体系，研究晶体生长、材料配比、生物大分子金属酶等体系，成为研究动态过程的有力工具。如，Ｒａｈｍａｎ用连续势处理了液态水，Ｕｌａｍ和Ｎｅｕｍａｎｎ在研究原子弹时，用ＭＣ方法（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法）模拟中子在可裂变材料中的不相关扩散，等等。

３．７ＱＭ／ＭＭ组合方法的应用

ＱＭ／ＭＭ组合方法已成为研究较大化学体系与生物体系的重要工具，如用量子化学研究表面吸附流行性位附近的电子运动，用分子力学讨论整个固体表面；用量子化学研究生物酶的活性中心，用分子力学讨论周围体系与溶液的作用等。目前，已经成功地研究了生物大分子、蛋白质金属酶等。

３．８遗传算法的应用

１９７５年，美国Ｈｏｌｌａｎｄ全面提出遗传算法，８０－９０年代美国等国家开展了广泛的研究，并将其运用于材料、生物、化学等多种领域。这种方法更适合研究有多种可能反应途径的化学反应。

３．９神经网络方法的应用

神经网络方法能应用于多种化学领域，如采用神经网络方法，可根据多肽的氨基酸序列去预测蛋白质二级结构以及进行反应过程的控制等。

在众多量子化学计算方法中，以从头计算法的理论最为严格［１７］，其计算结果最精确。Ｘａ方法的计算量不但要比从头计算法小得多，而且还保持较高理论严谨性和计算精确度。它也是研究物质电子结构的重要理论方法之一。简单分子轨道法和半经验分子轨道方法则由于它们的计算比较粗糙、结果不够精确，所以它们的应用范围越来越小。近年发展起来的ＤＦＴ理论、ＱＭ／ＭＭ组合方法、遗传算法、神经网络等计算方法应用前景广泛，有待进一步研究和完善。

参考文献

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［１７］林梦海．量子化学计算方法与应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４

笪良国，张倩茹：量子化学计算方法及其在结构化学中的应用１０３

量子化学计算方法试验

量子化学计算方法试验 1. 应用量子化学计算方法进行计算的意义 化学是一门基础学科，具有坚实的理论基础，化学已经发展为实验和理论并重的科学。理论化学和实验化学的主要区别在于，实验化学要求把各种具体的化学物质放在一起做试验，看会产生什么新的物质，而理论化学则是通过物理学的规律来预测、计算它可能产生的结果，这种计算和预测主要借助计算机的模拟。也就是说，理论化学可以更深刻地揭示实验结果的本质并阐述规律，还可以对物质的结构和性能预测从而促进科学的发展。特别是近几年来，随着分子电子结构、动力学理论研究的不断深入以及计算机的飞速发展，理论与计算化学已经发展成为化学、生物化学及相关领域中不可缺少的重要方向。目前，已有多种成熟的计算化学程序和商业软件可以方便地用于定量研究分子的各种物理化学性质，是对化学实验的重要的补充，不仅如此，理论计算与模拟还是药物、功能材料研发环境科学的领域的重要实用工具。 理论化学运用非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。理论化学主要包括量子化学，（quantum chemistry）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。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。理论与计算化学的巨大进展，正使化学学科经历着革命性的变化。今天的理论与计算化学几乎渗透到现代一切科技领域，与材料、生物、能源、信息和环保尤为密切，理论化学的应用范围将越来越广。理论与计算化学逐步发展成为一门实用、高效、富有创造性的基础科学，在化学、生物学等领域的影响越来越显著，且与日剧增。 2. 应用量子化学计算方法进行计算的目的 （1）了解量子化学计算的用途。 （2）了解量子化学计算的原理、方法和步骤。 （3）通过一两个计算实例进行量子化学计算的上机操作试验。 （4）学会简单的分析和应用计算结果。 3. 量子化学计算试验的原理

量子化学计算

物理化学专业博士研究生课程 教学大纲 课程名称：量子化学计算（Computational Quantum Chemistry） 课程编号：B07030411 学分：3 总学时数：72 开课学期：第2学期 考核方式：学习论文 课程说明：（课程性质、地位及要求的描述）。 《量子化学计算》是在学习了《结构化学》、《量子化学》之后，为物理化学专业博士研究生开设的一门方向课，在每学年第二学期讲授。 如果说《结构化学》、《量子化学》还有更多的抽象，那么《量子化学计算》则直接对各研究体系进行可与实验对比的计算机模拟。近二十年来，随着计算机硬件和软件水平的迅速发展，计算化学已成为理论化学的重要分支，主要通过量子化学方法、分子力学方法以及分子动力学模拟来解决与化学相关的问题。目前，计算化学已广泛应用于化学及相关交叉学科的各个领域，迅速成为定量预测分子的结构、性质以及反应性能的有力工具。 本课程计划安排72个学时。采用授课与上机演习相结合的教学方法，使学生在较短时间内掌握当今国际流行的常用计算软件的原理、使用方法及技巧，着重培养同学们解决化学实际问题的能力。要求同学们通过本课程的学习，能对计算化学的原理和方法有一个初步的了解，并能够在化学合成、反应机理、生物、材料等各个领域中得到应用。 教学内容、要求及学时分配： 第一章绪论 内容： 1.1量子力学历史背景 1.221世纪的理论化学计算机模拟

要求：了解量子化学的背景知识、国际国内发展现状及其未来方向学时：4 第二章从头计算法的基本原理和概念 内容： 2.1量子力学基本假设2.2定态近似 2.3从头计算法的“头” 2.4自洽场方法2.5变分法和LCAO-MO近似 2.6量子化学中的一些基本原理和 概念 2.7量子化学中的基本近似 要求：了解从头计算法的基础知识、计算化学中的一些基本原理、概念和近似。 学时：12 第三章布居分析和基组专题 内容： 3.1布居分析 3.2基组专题 要求：理解基组概念及选择的原则，掌握布居分析的计算方法和基组的计数，了解Mulliken布居分析的优缺点及改进的思路。 学时：6 第四章计算方法简介 内容： 4.1半经验方法 4.2HF方法 4.3Post-HF方法 4.4DFT方法 4.5SCF-X 方法 4.6精确模型化学理论方法——Gn 和CBS 4.7赝势价轨道从头计算法 4.8激发态的计算——CIS和CAS 4.9溶剂效应 4.10分子力学和分子动力学基础 要求：了解一些常用计算方法的基本原理及优缺点，重点掌握AM1、INDO、MNDO/PM3、HF、MP、CI、CC、DFT、CAS、溶剂效应等方法的原理，掌握选择计算方法的思路和原则。

量子化学计算实验详解

量子化学计算方法及应用 吴景恒 实验目的： （1）掌握Gaussian03W的基本操作 （2）掌握 Gaussian03W进行小分子计算的方法，比较不同方法与基组对计算结果的影响，并比较同分异构体的稳定性（3）通过运用量子力学方法计算分子的总电子密度，自旋密度，分子轨道及静电势 实验注意： （1）穿实验服；实验记录用黑色，蓝色或蓝黑色钢笔或签字笔记录；实验数据记录不需要画表格 （2）实验前请先仔细阅读前面的软件使用介绍，然后逐步按照实验步骤所写内容进行操作 （3）截图方法：调整视角至分子大小适中，按下键盘上的PrintScreen按键截图，从“Windows开始菜单”打开“画图”工具，按Ctrl+v或“编辑-粘贴”，去掉四周多余部分只留下分子图形，保存图片 （4）所有保存的文件全部存在E盘或D盘根目录用自己学号命名的文件夹下，不要带中文命名，实验完毕全部删除，不得在计算用机上使用自己携带的U盘或其他便携存储设备！ （5）HyperChem里面截图时候可以用工具栏以下几个工具调整视图： Rotate out-of-plane：平面外旋转工具，转换视角用 Mgnify/Shrink：放大镜工具，转换视角用 Gaussian03W使用介绍：（注意，下面只是界面示意图，实验時切勿按下图设置） 输入文件：Gaussian输入文件，以GJF为文件后缀名 联系命令行：设定中间信息文件（以CHK为后缀名）存放的位置、计算所需的内存、CPU数量等 作业行：指定计算的方法，基组，工作类型，如：#P HF/6-31G(d) Scf=tight Opt Pop=full #作业行开始标记 P 计算结果显示方式为详细， 选择还有T（简单）和 N（常规，默认） HF/6-31G(d) 方法/基组 Opt对分子做几何优化 Pop=full进行轨道布居分析，详尽输出轨道信息和能量 电荷 多重态：分子总电荷及自旋多重态（2S+1, S=n/2, n为成单电子数） 分子结构的表示 1、直角坐标：元素符号X坐标Y坐标Z坐标（如上图所示） 2、Z矩阵（参考后附内容）：元素符号（原子一）原子二键长原子三键角原子四二面角

量子化学-重要概念

(1)开壳层,闭壳层 指电子的自旋状态,对于闭壳层,采用限制性计算方法,在方法关键词前面加R 对于开壳层,采用非限制性计算方法,在方法关键词前面加U.比如开壳层的HF就是UHF.对于不加的,程序默认为是闭壳层. 一般采用开壳层的可能性是 1. 存在奇数个电子,如自由基,一些离子 2. 激发态 3. 有多个单电子的体系 4. 描述键的分裂过程 (2) 核磁是单点能计算中另外一个可以提供的数据,在计算的工作设置部分,就是以#开头的一行里,加入NMR关键词就可以了,如 #T RHF/6-31G(d) NMR Test 在输出文件中,寻找如下信息 GIAO Magnetic shielding tensor (ppm) 1 C Isotropic = Anisotropy = 这是采用上面的设置计算的甲烷的核磁结果,所采用的甲烷构形是用B3LYP密度泛函方法优化得到的. 一般的,核磁数据是以TMS为零点的,下面是用同样的方法计算的TMS(四甲基硅烷)的结果1 C Isotropic = Anisotropy = 这样,计算所得的甲烷的核磁共振数据就是,与实验值相比,还是很接近的. (3) 标准几何坐标. 找到输出文件中Standard Orientation一行,下面的坐标值就是输入分子的标准几何坐标. (4) stable 本例中采用SCF方法分析分子的稳定性.对于未知的体系,SCF稳定性是必须要做的.当分子本身不稳定的时候,所得到的SCF结果以及波函数等信息就没有

化学意义. (5)势能面 分子几何构型的变化对能量有很大的影响.由于分子几何构型而产生的能量的变化,被称为势能面.势能面是连接几何构型和能量的数学关系.对于双原子分子,能量的变化与两原子间的距离相关,这样得到势能曲线,对于大的体系,势能面是多维的,其维数取决与分子的自由度. （6）opt Opt=ReadFC 从频率分析(往往是采用低等级的计算得到的)所得到的heckpoint文件中读取初始力矩阵,这一选项需要在设置行之前加入%Chk= filename 一句,说明文件的名称. Opt=CalCFC 采用优化方法同样的基组来计算力矩阵的初始值. Opt=CalcAll 在优化的每一步都计算力矩阵.这是非常昂贵的计算方法,只在非常极端的条件下使用. 有时候,优化往往只需要更多的次数就可以达到好的结果,这可以通过设置MaxCycle来实现.如果在优化中保存了Checkpoint文件,那么使用Opt=Restart可以继续所进行的优化.当优化没有达到效果的时候,不要盲目的加大优化次数.这是注意观察每一步优化的区别,寻找没有得到优化结果的原因,判断体系是否收敛,如果体系能量有越来越小的趋势,那么增加优化次数是可能得到结果的,如果体系能量变化没有什么规律,或者,离最小点越来越远,那么就要改变优化的方法. (7) 频率分析的计算要采用能量对原子位置的二阶导数.HF方法,密度泛函方法(如B3LYP),二阶Moller-Plesset方法(MP2)和CASSCF方法(CASSCF)都可以提供解析二阶导数.对于其他方法,可以提供数值二阶导数. 一般的,对于HF方法,采用计算的频率乘以矫正因子, 方法频率矫正因子零点能矫正因子 HF/3-21G HF/6-31G(d) MP2(Full)/6-31G(d) MP2(FC)/6-31G(d) SVWN/6-31G(d)

量子化学理论与软件介绍

量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。将量子理论应用于原子体系还是分子体系是区分量子物理与量子化学的标准之一。 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）；③密度泛函理论。以下只介绍分子轨道法。 ①分子轨道法：分子体系中的电子用单电子波函数满足Pauli不相容原理的直积(如Slater 行列式)来描述，其中每个单电子波函数通常由原子轨道线性组合得到(类似于原子体系中的原子轨道)，被称作分子轨道，分子轨道理论是目前应用最为广泛的量子化学理论方法。 o HF方法：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。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n个将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。 o CI方法：组态相互作用(Configuration Interaction)方法。用HF自洽场方法计算获得的波函数和各级激发的波函数为基展开体系波函数。完全的组态相互作用(Full-CI)是指定基组下最精确的方法，但其计算量约以基函数的阶乘规模增加，目前仅限于对小分子作为Benchmark以检测其他方法的可靠性，在实际应用中常采用截断CI方法，如

四应用量子化学计算方法进行分子结构优化

实验四 应用量子化学计算方法进行分子结构优化 以及异构化反应研究 Experiment 4. Study on Molecular Structure Optimization and Isomerization Reaction by Using Quantum Chemistry Method 4.1 目的要求 Purpose （1）了解量子化学计算的原理和用途以及几种常用的量子化学计算方法。 （2）熟悉常用量子化学计算软件Gaussian 03的基本使用方法和操作步骤。 （3）掌握如何使用Gaussian 03软件进行分子结构优化和异构化反应过渡态计算。 （4）本实验4学时。 4.2 背景介绍 Background Information 量子化学（quantum chemistry ）以量子力学为理论基础，以计算机为工具，主要通过计算来阐述物质（化合物、晶体、离子、过渡态、反应中间体等）的结构、性质、反应性能及反应机理，研究物质的微观结构与宏观性质的关系，揭示物质和化学反应所具有的特性的内在本质及其规律性[1-4]。随着量子化学计算方法不断发展，计算量以及计算速度不断提高，所计算的体系越来越复杂，现在可以计算有机分子甚至较大分子量的生物分子。 目前常用的量子化学计算软件有Gaussian （https://www.wendangku.net/doc/227432042.html, ）、GAMESS （https://www.wendangku.net/doc/227432042.html,/GAMESS ）、Spartan （https://www.wendangku.net/doc/227432042.html, ）和Molpro （https://www.wendangku.net/doc/227432042.html, ）等。Gaussian 软件是使用最为广泛的量子化学计算软件，支持几乎所有的量子化学计算方法，可以计算得到分子的几乎一切性质，如稳定结构、能量、振动频率、红外和拉曼光谱、NMR 化学位移、轨道能级、静电势、极化率、电离能、电子亲和力、电子密度分布、过渡态和反应途径等。可以模拟在气相和溶液中的体系，模拟基态和激发态等问题。它最早的版本是1970年的Gaussian 70，最新的版本是Gaussian 09。本实验使用的版本为Gaussian 03。 4.3 实验原理 Experimental Principles 4.3.1 量子化学计算方法和特点 多体理论是量子化学的核心问题。n 个粒子构成的量子体系的性质原则上可通过求解n 粒子体系的薛定谔（Schr?dinger ）方程得到体系的波函数来描述。 22 ,111122p q p p i p pq j pi P i p q i j p i Z Z Z E m R ri r ψψ<

公司量化指标计算方法

公司量化指标计算方法 办公室 1、特殊工种/工序资格一次评定合格率 对特殊工种/工序需要进行资格评定的人员，可以采取抽查几批的办法，对每批计算出一次评定合格率，再把几批一次评定合格率相加除以批次之和。 ２、办公设施完好率 办公设施完好率即对主要办公设施进行检（抽）查，完好的办公设施除以所检（抽）查办公设施总和。 ３、年度失窃次数 本年度被发现失窃次数之和。 工会 经有效评价合格的人数1、职工培训有效性评价合格率＝————————————— — 接受有效性评价的总人数 全厂职工年内接受培训的总时间（学时）２、年度人均接受培训时间＝——————————————————

全厂职工人数 内部培训完成项目＋外出培训完成项目３、培训计划完成率＝——————————————————— 内部培训项目＋外出培训项目 本年度提出合理化建议数 ４、合理化建议人均提出率＝————————————— 全厂职工人数 已采纳和实施数 ５、合理化建议落实率＝—————————————— 本年度提出合理化建议数 采购部 1、计划按时完成率 采购部计划完成率＝按时完成计划数 / 应完成计划数 个人计划完成率＝按时完成计划数 / 应完成计划数 影响因素：a.计划要求时间不合理；b.一份计划包含多项物资，其中一项没有完成，记为该计划没有完成。 2、按时交付率 统计方法：

原材料、摩擦副组件按年度签订意向性合同，每个月按采购计划向供方下达订单，通知供方本月交货的型号、数量、价格、交货期，要求供方审核无误后盖章确认，我公司按供方确认的交货时间接收。 按时交付的数量 / 总的订货数量＝按时交付率 3、质量合格率 统计方法： （1）、摩擦副： 质量不合格有：进货检验不合格、装配废品、市场退回产品。 将出现的不合格分项进行统计，气缸套的不合格分为：金相、尺寸、外观、标识等。 分项不合格数量 / 交付总量X1000000＝分项质量合格率（PPM） 各分项质量合格率相加得到总的质量合格率 （2）原材料 我公司对原材料主要监控其成分。 不合格数量 / 总进货量X100％＝质量合格率（％） 4、超额运费统计 记录每一笔超额运费，每月月底分析超额运费产品的原因，进行整改和预防。 5、产品价格 制定物资采购的最高限价，对于超出限价的采购进行审核，分析原因。对于采购价格的分析，限于目前的知识水平和计算机的应用水平，还不能确定明确的指标。

徐小明数字量化 计算公式

数字是具备唯一值的，它能把一片的思维定在一个点上。用空间的123求4法，这次行情的下跌我所有的个股买入操作上都解决了精确价格的问题。公式描述： 1代表第一个波段的起点 2代表第一个波段的终点 3代表第二个波段的起点 买入价格 举例1：600091（明天科技），第一波下跌起点1月17日（波段最高价格）1=9.97元；第一波下跌的终点2月1日（波段最低价格）2=7.50元；第二波下跌起点3月6日（波段最高价格）3=9.80元；求该股的买入价格。 公式：4=2乘3除以1。4=7.50*9.8/9.97=7.38元。 结论：该股再价格下穿7.38元之后，马上受到强大支撑，反身向上，用数字化定量分析得到的精确买入价格，有效。如图。 举例2：600070（浙江富润），第一波下跌起点1月14日（波段最高价格）1=10.10元；第一波下跌的终点2月1日（波段最低价格）2=7.50元；第二波下跌起点3月6日（波段最高价格）3=9.63元；求该股的买入价格。 公式：4=2乘3除以1。4=7.50*9.63/10.1=7.15元。 结论：该股再价格下穿7.15元之后，最低下探至7.02元。马上受到强大支撑，反身向上，用数字化定量分析得到的精确买入价格，有效。如图。

举例3：000595（西北轴承），第一波下跌起点1月25日（波段最高价格）1=10.72元；第一波下跌的终点2月1日（波段最低价格）2=8.10元；第二波下跌起点3月6日（波段最高价格）3=10.17元；求该股的买入价格。 公式：4=2乘3除以1。4=8.1*10.17/10.72=7.69元。 结论：该股再价格下穿7.69元之后，最低下探至7.02元, 受到强大支撑，反身向上，这次用数字化定量分析得到的买入价格虽不够太精确，但仍有效。如图。 举例4：最后一只002219（独一味），由于日线的k线数量比较少，如果你在日线上是找不到取点，就把它切换到小周期。还是可以进行空间定量。我们该股看30分钟线。 第一波下跌起点1=29.25元；第一波下跌的终点2=21.67元；第二波下跌起点3

揭秘量子化学中的计算方法

揭秘量子化学中的计算方法 材料的腐蚀与防护是现代科学技术研究的重要领域之一。添加缓蚀剂是抑制材料腐蚀最为简单、高效、经济的防护手段。因此，缓蚀剂的研究是科研工作者极为关注的重要课题。1971年，Vosta和Eliasek首次用量子化学方法研究了缓蚀剂的缓蚀机理，开创了量子腐蚀电化学。此后，众多学者采用量子化学方法研究缓蚀剂及其作用机理，并取得了丰硕的成果。 什么是量子化学法呢？让我们现在就来看看吧！ 彩虹分割线 量子化学计算方法是……？ 量子化学是以量子力学为基础，利用量子力学的基本原理和方法来研究化学问题的一门学科。 量子化学计算方法的发展 量子化学的基本理论形成于20世纪30年代，随着计算机水平的飞速发展，量子化学计算方法也高速发展起来，并涌现出多种理论算法，并出现大量量子化学计算软件。它们被广泛运用于分子设计、材料性能、化学过程等领域，其方法和结果都显示出了与其他研究手段相比无可比拟的优越性。 密度泛函理论 1、简介 密度泛函理论（DFT）是20世纪60年代在Thomas-Fermi近似理论的基础上发展起来的一种量子力学表达方式。 密度泛函理论指出，电子密度决定分子的一切性质，体系的能量是电子密度的泛函，并指出只要知道体系基态的电子密度，那么体系的一切性质就可以通过量子力学计算得到。 2、优势 密度泛函理论相比于其它量化算法最突出的优势是计算速度快、计算精度高，可用于大分子体系的量化计算，对于含过渡金属体系的计算则更具优势。 3、分类 密度泛函理论种类较多，各种理论的差异在于选择了不同的交换相关能量泛函近似形式。 常见的密度泛函理论算法有以BDW，BLYP为代表的纯密度泛函和以B3LYP，BHANDHLYP为代表的杂密度泛函，而其中最常用于缓蚀剂研究的是B3LYP。 4、应用 随着密度泛函理论体系的日益完善和计算精度的逐步提高，密度泛函理论越来越受到人们的

量子化学在化学领域中的应用

任课教师： 一、命题部分 量子化学在化学领域（或与各专业学生研究方向相关的领域）的应用。 二、评分标准 1、题目及撰写内容与命题要求一致性评价；格式符合要求评价及论文内容完整性、条理性、严谨性评价。（20%） 2、检索、引用论文的篇数、技术相关性；综述是否调理清晰，观点明确和内容丰富，且有足够的数据支撑及研究关联性。（50%） 3、对论文创新性、技术价值评价。（20%） 4、结论明确、是否为有内涵的评价；对论文原创性、独立性评价。（10%） 三、教师评语 请根据您确定的评分标准详细评分，给定成绩，填入“成绩”部分。

____________________________ 注1：本页由学生填写卷头和“任课教师”部分，其余由教师填写。其中蓝色字体部分请教师在命题时删除。提交试卷时含本页。学生从第二页开始写作，要求见蓝色字体部分。 注2：“阅卷教师评语”部分请教师用红色或黑色碳素笔填写，不可用电子版。无“评语”视为不合规范。 注3：试题、评分标准、评语尽量控制在本页。 注4：不符合规范试卷需修改规范后提交。 量子化学在化学领域中的应用 摘要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。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。而研究物质的组成 及结构必须借助量子化学方法来计算化合物分子中的电子结构，研究形成化学键的相互作用及 其它有关的微观信息。国内外都有许多化学工作者从事这方面的研究，近年来，随着计算机的 发展和理论上的突破，量子化学在研究化合物结构中的应用越来越广泛。本文介绍了量子化学 的发展，计算方法以及应用。 关键词量子化学结构计算 1.量子化学的发展及历史 自从现代化学成立以来，人们一直认为化学是一门实验学科，因为之前人类认识化学通过两种科学方法，一种是培根创造的实验科学归纳法，而另一种是笛卡尔创造的演绎法。但由于化学界的没能形成统一理论，使演绎法难以在化学研究中得到根本上的广泛应用，即化学研究无法像物理那样通过计算来逻辑地预言和解释化学行为。但是，20世纪30年代量子力学的出现，却给理论化学家带来了一线曙光。 19世纪三十年代，奥地利物理学家薛定谔总结出了实物微粒运动规律的薛定愕方程[1]。之后，德国革丁根大学的两位年青人海特勒和隆多首次借用量子力学处理化学问题，建立和求解了氢分子薛定愕方程，开辟了用量子理论方法研究分子中电子行为的广阔领域，导致了量子化学的产生。

量子化学计算简介-量子化学计算发展史

量子化学计算简介－量子化学计算发展史 20世纪20年代，三个人的出现，改变了历史。。。 薛定鄂、Heisenberg、Dirac三人创建了“量子力学体系”： 薛定鄂的波动方程、Heisenberg的矩阵力学、含相对论的Dirac方程 20年代末，Heitler－London使用量子力学处理H原子，H2分子，标志量子化学计算的开始 量子化学，两个流派：价键理论（VB）、分子轨道理论（MO） 价键理论和分子轨道理论的根本区别在于，价键理论是电子两两配对形成定域的化学键，这里所说的定域，通俗讲就是电子被束缚在某个固定的位置振动，而不会在分子内部的任何地方运动。而分子轨道理论的本质是假设分子轨道是由原子轨道线性组合而成，允许电子离域在整个分子中运动，而不是在特定的键上。简单说，价键理论中的电子是固定在某个区域内运动，分子轨道理论中的电子是在分子内部的所有区域内运动。 MO－HMO（Huckel引入了某些近似）－半经验的MO（忽略了双电子积分）－Hartree-Fock-Roothann方法，自恰场迭代方法－MO的从头算研究（进行全电子体系非相对论的量子力学方程计算） Gaussian是进行从头算的鼻祖，从70到98，每两年更新一次。Gaussian的核心思想：50年代的时候，使用类氢离子波函数为基函数，后来使用Slater函数（STO）为基函数，后来又采用Gauss函数拟合STO。 80年代，是量子化学计算飞速发展的时期。赝势是针对重原子体系而提出的。 80年代初，唐敖庆先生在吉林大学举办了全国量子化学研讨班。徐光宪先生率先用GAUSSIAN 程序开展量化从头算研究。以上这些，都是对单一分子的研究。 90年代，以密度泛函理论为基础的DFT方法迅速发展起来。最大的特点：轨道波函数为基->密度函数为基。由此引申出的方法有广义梯度近似（GGA）、密度泛函与分子轨道的杂化方法（B3LYP）。 我国的XIAMEN99采用的VB方法。 各种方法的主要区别就是采用基函数的不同。那么基函数到底是个什么概念呢？与薛定鄂方程有什么联系呢？ 上面说的都是物质的始态、终态和过渡态，那么我们如果想研究反应过程的话，就要将量子化学与统计力学结合。这个就是分子模拟技术了。而分子模拟技术又分为两类：分子动力学模拟（MD）；Monte Carlo模拟（MC）。分子动力学模拟，根据原子间相互作用势，用经典力学处理体系中每个粒子随时间变化的运动途径。很多人用MD研究固体材料在不同温度条件下材料组成与性质的变化。MC模拟是以概率论为基础的。MC模拟不需要势能函数，它采用简单取样或权重取样，去构造一个Marlkov链。经过长时间演算后，粒子状态逼近Boltzmann分布，然后通过统计平均，获得各种平均值。 目前为止，有三种方法：VB价键方法，MO分子轨道方法，DFT密度泛函方法。

量子化学计算方法及应用

量子化学计算方法及应用 马建华 华侨大学材料学院2009级研究生班学号0900202003 摘要：文章概括地介绍了从头算法及一些半经验的量子化学计算方法, 同时简要介绍了国际理论界近年发展起来的组合方法、遗传算法、神经网络等计算方法及其在材料学、生物学、药物学以及配位化学中的应用。 关键词：量子化学；计算方法；应用 1、量子化学计算方法简介 量子力学是20世纪最重要的科学发现之一。在量子力学基础上发展起来的理论物理、量子化学及相关的计算, 为我们开辟了通向微观世界的又一个途径。 量子化学研究的电子- 原子核体系可用相应的Schrdinger 方程解的波函数来描述。原则上,Schrdinger方程的全部解保证了多电子体系中电子结构与相互作用的全面描述。然而, 由于数学处理的复杂性, 在实践中, 总希望发展和运用量子力学的近似方法, 从而无需进行很繁杂的计算就可以说明复杂原子体系的主要特性, 这就必须在原始量子化学方程中引进一些重要的简化, 以便得到一定程度的近似解。量子化学发展到现在, 根据为解Schrdinger方程而引入近似程度的不同,大致可分为以下几种方法: 1.1、从头计算方法(ab initio calculation)[1- 2] 从头计算方法, 即进行全电子体系非相对论的量子力学方程计算。这种方法仅仅在非相对论近似、Born-Oppenheimer近似、轨道近似这三个基本近似的基础上利用Planck常数、电子质量和电量三个基本物理常数以及元素的原子序数, 对分子的全部积分严格进行计算,不借助任何经验或半经验参数,达到求解量子力学Schrdinger方程的目的。Roothaan方程是多电子体系Schrdinger方程引入三个基本近似后的基本表达。原则上,只要合适地选择基函数,自洽迭代的次数足够多,Roothaan方程就一定能得到接近自洽场极限的精确解。因此这种计算方法在理论和方法上都是比较严格的, 其计算结果的精确性和可靠性都大大优于半经

量子化学中常用的基组(0)

量子化学中的基组是在量子化学中用于描述体系波函数的若干具有一定性质的函数，基组是量子化学从头计算的基础，在量子化学中有着非常重要的意义。基组的概念最早脱胎于原子轨道，随着量子化学的发展，现在量子化学中基组的概念已经大大扩展，不局限于原子轨道的原始概念了。在量子化学计算中，根据体系的不同，需要选择不同的基组，构成基组的函数越多，基组便越大，对计算的限制就越小，计算的精度也越高，同时计算量也会随基组的增大而剧增。 目录 1 斯莱特型基组 2 高斯型基组 3 压缩高斯型基组 3.1 最小基组 3.2 劈裂价键基组 3.3 极化基组 3.4 弥散基组 3.5 高角动量基组 4 参见 斯莱特型基组 斯莱特型基组就是原子轨道基组，基组由体系中各个原子中的原子轨道波函数组成，其形式为： 斯莱特型基组是最原始的基组，函数形式有明确的物理意义，但是这一类型的函数，数学性质并不好，在计算多中心双电子积分时，计算量很大，因而随着量子化学理论的发展，斯莱特型基组很快就被淘汰了。 高斯型基组 高斯型基组用高斯函数替代了原来的斯莱特函数，其形式如下： 高斯型函数在计算中有较好的性质，可以将三中心和四中心的双电子积分轻易转化为二中心的双电子积分，因而可以在相当程度上简化计算，但是高斯型函数

与斯莱特型函数在处的行为差异较大，直接使用高斯型函数构成基组会使得量子化学计算的精度下降。 压缩高斯型基组 压缩高斯基组是用压缩高斯型函数构成的量子化学基组。为了弥补高斯型函数与处行为的巨大差异，量子化学家使用多个高斯型函数进行线性组合，以组合获得的新函数作为基函数参与量子化学计算，这样获得的基组一方面可以较好地模拟原子轨道波函数的形态，另一方面可以利用高斯型函数在数学上的良好性质，简化计算。压缩高斯型基组是目前应用最多的基组，根据研究体系的不同性质，量子化学家会选择不同形式的的压缩高斯型基组进行计算。 最小基组 最小基组又叫STO-3G基组，STO是斯莱特型原子轨道的缩写，3G表示每个斯莱特型原子轨道是由三个高斯型函数线性组合获得。STO-3G基组是规模最小的压缩高斯型基组。STO-3G基组用三个高斯型函数的线性组合来描述一个原子轨道，对原子轨道列出HF方程进行自洽场计算，以获得高斯型函数的指数和组合系数。 STO-3G基组规模小，计算精度相对差，但是计算量最小，适合较大分子体系的计算。 劈裂价键基组 根据量子化学理论，基组规模越大，量化计算的精度就越高，当基组规模趋于无限大时，量化计算的结果也就逼近真实值，为了提高量子化学计算精度，需要加大基组的规模，即增加基组中基函数的数量，增大基组规模的一个方法是劈裂原子轨道，即使用多于一个基函数来表示一个原子轨道。 劈裂价键基组就是应用上述方法构造的较大型基组，所谓劈裂价键就是将价层电子的原子轨道用两个或以上基函数来表示。常见的劈裂价键基组有3-21G、4-21G、4-31G、6-31G、6-311G等，在这些表示中前一个数字用来表示构成内层电子原子轨道的高斯型函数数目，“-”以后的数字表示构成价层电子原子轨道的高斯型函数数目。如6-31G所代表的基组，每个内层电子轨道是由6个高斯型函数线性组合而成，每个价层电子轨道则会被劈裂成两个基函数，分别由3个和1个高斯型函数线性组合而成。 劈裂价键基组能够比STO-3G基组更好地描述体系波函数，同时计算量也比最小基组有显著的上升需要根据研究的体系不同而选择相应的基组进行计算。 极化基组 劈裂价键基组对于电子云的变型等性质不能较好地描述，为了解决这一问题，方便强共轭体系的计算，量子化学家在劈裂价键基组的基础上引入新的函数，构

用量子化学方法计算并分析CH3CHO

量子化学分析不同类型的羰基的强弱 摘要：乙醛、丙酮和乙酸的分子结构中都含有碳氧双键，从量子化学中的基点出发，运用Gussian软件，建立和分析这三种分子的结构模型，用量子化学方法计算并分析CH3CHO、CH3COCH3和CH3COOH羰基化学键的强弱、特征振动频率及振动模式，分析它们在反应活性上产生差异的原因。 关键词：碳氧双键、Gussian、能级、电荷、振动 1.引言 五十年代核磁共振和顺磁共振、N.Q:R等的发展,使量子化学计算由早期只计算分子基态波函数和能量,扩展到计算分子的一些性质.六十和七十年代分子束的实验、碰撞实验、化学发光、激光激发荧光、激光诱导荧光等技术和微观动力学的发展带动了量子动力学的发展.我们开始注意计算分子激发态、分子的准束缚态,计算化学反应的势能表面,计算各种不同反应过程、弹性微分截面、转动和振动的非弹性微分截面等等.七十年代及八十年代无线电天文学和生物化学的发展又给我们带来不少量子化学计学的新课题,例如星际分子光谱的分析、蛋白质分子的动力学、分子的溶剂效应的量子化学计算等等.催化剂活性中心的计算、催化剂吸附的计算、药物分子的设计等也都是由于许多学科的进展给量子化学计算带来了刺激和赋于新的使命.所以这也是一个不可忽视的量子化学计算发展的原因1。 量子力学是20 世纪最重要的科学发现之一。在量子力学基础上发展起来的理论物理、量子化学及相关的计算, 为我们开辟了通向微观世界的又一个途径。以往我们只能在实验室, 通过实验了解化学反应的过程与结果, 或通过仪器设备检测、跟踪化学反应的动态。现在, 通过理论化学计算,就有可能了解瞬息之间发生的化学反应, 或预测某些激发态与过渡态的几何构型, 还有可能了解生物大分子中某一活性位的电荷转移。近10 年来, 随着计算技术的飞速发展, 计算机已进入各个化学实验室, 由此也刺激了量子化学计算乃至理论化学方法的快速发展。量子化学计算已不是理论化学家的专利, 它成为实验化学、生物领域、药物设计、材料研究等方面的有力工具。随着计算机的发展和理论上的突破, 量子化学在研究化合物结构中的应用越来越广泛。本文概括地介绍了从头算法及一些半经验的量子化学计算方法, 同时简要介绍了国际理论界近年发展起来的组合方