结构化学小论文—量子生物化学(化环系0502班05130224王翔)
量子生物化学
王翔
湖北师范学院化学与环境工程系0502班黄石 435002
[摘要]：量子生物化学是一门从分子、亚分子、原子和电子水平上研究生命现象的理论性学科，它是量子力学与生物化学相结合的产物,是用量子力学原理和方法来研究生物体系的化学现象和化学反应。
[关键词]：量子生物化学量子量子力学生物理论
Quantum Biochemistry
WangXiang
Department of Chemistry and Environment Engineering of Hubei normal university Huangshi 425002
Abstract: Quantum biochemistry is a subject that from the elements, sub-molecular, atomic and electronic level study of the phenomenon of life of the disciplines, it is quantum mechanics and the result of combining biochemistry is the use of quantum mechanics principles and methods to study the phenomenon of chemical biological system and the chemical reaction. Keywords: Quantum biochemistry Quantum Quantum mechanics Biology Theoretics
一、量子生物化学发展简介
量子生物化学是一门从分子、亚分子、原子和电子水平上研究生命现象的理论性学科，它是量子力学与生物化学相结合的产物。从学科的范畴来看，量子生物化学是量子生物学的一部分。1970年，在量子物理学家Lowdin和分子药理学家Purcell等的倡导下，成立了国际量子生物化学学会（International society of quantumbiology,ISQB）。ISQB关于量子生物学的定义为“量子力学作为工具在生物学问题上的应用”。相应地量子生物化学即可理解为，用量子力学原理和方法来研究生物体系的化学现象和化学反应。自从Schrodinger，Heisenberg等在1925-1926年建立量子力学之后，量子力学即与生物学结下了不解之缘，并且Schrodinger本人也开始用量子力学的原理来解释生命现象，写了著名的《生命是什么》一书。量子生物学一词早在30年代即开始使用，当时Jordan主张“突变”（mntation）是一种量子过程。从30年代Pullman所著的《量子生物学》问世以来，量子生物学有了很大的进展。随着分子生物学、计算化学、计算机科学的发展，量子生物化学的发展极其迅速，在生命科学的研究中得到了广泛的应用。
二、量子生物化学研究所用的计算方法
量子生物化学研究所用的计算方法，基本上是沿用量子化学的计算方法，目前常用的计算方法有：分子轨道理论、价键理论、密度泛函理论。由于生物体系的分子（如蛋白质和核酸）都比较大，就现在的计算条件和计算水平来说，还难于对生物大分子进行量子化学计算，所以在量子生物化学的研究过程中，分子力学（molecnlar mechanics.MM）和分子动力学（molecnlar dynamics.MD）以及自由能微扰（free energy perturbation.FEP）理论是常用的计算方法，为了能计算生物大分子的分子结构和电子结构，又发展了量子力学（QM）和分子力学（MM）或分子动力学（MD）相结合的计算方法(QM/MM)模型。QM/MM模型是用量子力学方法计算生物大分子活性部位，用分子力学或分子动力学或自由能微扰理论计算其它部位，这样便可得到生物大分子活性部位的电子结构。[1]
三、量子生物化学研究的内容
1、生物分子的结构与功能的关系。根据量子力学原理，分子的能量和电子结构等方面的性质，都可用解量子力学波动方程来获得。应用量子力学以及上述所提及的计算方法，可以计算生物分子（包括生物小分子和生物大分子）的分子结构和电子结构，研究生物分子结构与功能的关系。具体研究的内容有：生物分子的分子结构、电子结构与反应性的关系（如酶催化反应、生物固氮等）；生物分子的光谱性质；生物大分子的构象及溶剂对构象的影响，特异性分子间相互作用与识别；致病物质的结构与治病的机理；生物体中的电子转移、质子转移和能量传递；无机离子在生物过程中的作用等。
2、酶催化反应机理的研究。生物体系中的化学反应很少是在没有催化剂的情况下进行的，这些催化剂就是被称为酶的专一性蛋白质。酶的突出特征是它们的催化能力（能加速反应至少100万倍）和专
一性。酶催化反应机理的研究是生物化学和分子生物学的重要课题。在这方面，量子生物化学的理论方法可以发挥重要的作用，有的甚至具有实验方法无法取代的优势，如酶催化反应过渡态或中间产物的结构只能通过理论计算才能得到。酶催化机理理论研究采用的方法主要有三类：第一类是纯量子化学的计算方法。目前量子化学的计算方法还不能计算整个生物大分子的结构，所以在用量子化学研究酶催化机理时，往往是根据酶活性部位的结构特征选一些模型化合物，优化其过渡态的结构，计算反应过程的能量变化，推测酶催化反应的机理；第二类是分子力学、分子动力学和自由能微扰理论计算方法，这些方法虽然能计算生物大分子的分子结构，但不能计算其电子结构，主要是用来研究酶与底物的相互作用、结合的选择性和特异性以及反应过程中的自由能变化；第三类方法是QM/MM模型，这种方法既能计算生物大分子的结构，又能计算酶活性部位的电子结构，是近几年来酶催化反应机理理论研究比较活跃的计算方法。[2]
3、遗传过程中的量子理论—量子遗传学（quantum genctics）。早在1935年，Delbruck就指出量子理论和遗传学基本定律间有着密切的关系，染色体中遗传物质在漫长的年代里的巨大的稳定性仅仅说明它可能是一个处于稳定状态的巨大分子，那么突变也可能就是对应与它经“量子跳跃”而变成的异构形式。Schrodinger在《生命是什么》著作中也对遗传的量子理论作了论述。1962年Lowdin根据量子隧道效应的概念，提出了DNA中氢键质子穿透观点，用以解释DNA的复制和突变，并首次提出了“量子遗传学”的名称。量子遗传学是用量子力学和分子力学等计算方法，从分子电子水平上研究基因遗传与突变、DNA复制转录RNA，RNA转译蛋白质的微观机制。从量子遗传学近年的发展来看，大致有两种趋势：一种是与分子遗传学有关，力图从定性上阐明分子遗传中出现的新现象、新问题，如Z-DNA、线粒体密码子等；另一种是应用严格的量子力学计算方法，从定量和半定量上计算DNA，tRNA等与遗传因子有关的分子结构和电子结构，DNA，RNA与蛋白质的相互作用，DNA，tRNA与水、离子等周围环境的相互作用，力图从分子和电子层次上了解生命信息流的微观机制。[3]
4、量子药理学（quantum pharmacology）研究。量子药理学是一门用量子力学方法研究药理学问题的新兴学科，它是70年代继化学药理学和分子药理学的发展以及量子力学中分子轨道计算方法得到广泛应用而产生的边缘学科。1977年英国药理学家Richards编著出版了第一本介绍量子药理学的专著。迄今，量子药理学作为一门新兴学科已被广泛的接受并获得了很大的发展，在药理学研究及新药分子设计等方面得到了广泛的应用。从目前量子药理学的发展来看，主要有两方面的工作：一是在受体生物大分子三维结构尚不清楚的情况下，用量子力学、分子力学等方法计算药物小分子的分子结构与电子性质，从中抽取出量子力学参数进行定量构效关系（QSAR）的研究，寻找药物分子结构与活性的关系，推测药物—受体的作用机制，并根据作用机制与QSAR模型进行新药物分子的设计；二是在知道三维结构的情况下，用量子力学、分子力学和QM/MM模型等理论计算方法，计算药物—受体复合物的分子结构和电子结构，特别是受体生物大分子活性部位的结构特征，研究药物与受体相互作用的规律和机制，包括药物—受体分子识别的特异性、药物—受体相互作用的“诱导契合”、离子通道的结构及药物在体内的传输和代谢等，从而根据药物—受体的作用方式以及受体生物大分子的三维结构设计新的药物。
[参考文献]:
[1] 蒋华良，陈凯先中国科学院上海药物研究所，200031,
[2] 唐有祺，《当代化学前沿》，中国致公出版社，北京，457页
[3] 傅献彩沈文霞姚天扬侯文华.物理化学（第五版）上册,北京：高等教育出版社,2006，109～110.
量子力学论文
量子理论及技术的发展 【摘要】本文简述了在量子力学的发展过程中所带动的激光、半导体、扫描 隧道显微镜、量子信息等技术的形成及影响，并借此强调了基础理论对于技术发明的重要性。 【关键词】量子力学激光半导体扫描隧道显微镜量子信息 回顾科技史，以量子论、相对论为代表的近代物理学掀起了以能源、材料、信息为代表的现代技术革命，其中量子理论在形成中便带动了相关技术群的出现并促进了自身研究的深入和拓展。 一、从“光量子假说”到激光技术 １９００年，德国物理学家普朗克为了解决有关热辐射现象的“黑体辐射”难题，提出了“普朗克假设”，其“能量子”概念的提出标志着量子力学的诞生。随后，爱因斯坦于１９０５年提出了“光量子假说”以解释“光电效应”，使人们对能量量子化的认识更深入了一步的认识。１９１６年，爱因斯坦指出辐射有两种形式：自发辐射和受激辐射，从而为激光器的发明奠定了理论基础。 激光器在技术上的最终实现得益于二战后对与雷达相关的微波的深人研究。其中标志性的工作有：１９３３年拉登伯格观测到了负色散现象；１９３９年法布里坎特指出辐射放大的必要条件是实现粒子数反转；１９４６年布洛赫观察到了粒子数反转的信号；１９５１年珀塞尔第一次在实验中实现了粒子数反转并观察到了受激辐射；１９５１年汤斯首次提出实现微波放大的可能性；１９５４年汤斯等人成功地制成了世界上第一台“辐射的受激发射微波放大”的装置（简称脉塞Ｍａｓｅｒ）；１９５８年汤斯和肖洛论证了把微波激射技术扩展到 论的又一重大课题。在量子力学建立前，特鲁特于１９００提出了经典的金属自由电子气体模型，定性的解释了金属的电导和热导行为，但得到的定量比热关系在低温时与实验 偏离较大。１９０７年爱因斯坦应用了量子假说，所得结果得到了能斯特的实验验证和大力宣传，使量子论开始被人们认识，从而打开了迅速发展的局面。从１９１３年玻尔提出半 经典的量子论原子模型到１９２８年狄拉克发表电子的相对红外区和可见光区的可能性。最终，美国休斯研究所的梅曼于１９６０年成功制造并运转了第一台激光器——红宝石脉冲激光器，同年１２月贾万研制出第一台气体激光器——氦氖激光器。 这两种激光器的相继问世引起了全世界科技界研究激光的热潮，各种激光器陆续出现。其中有可获得大功率脉冲的钕激光器，连续输出大功率的二氧化碳激光器，可在室温下工作的小型半导体激光器，从化学反应获得能量的化学激光器，光谱线很宽的可以连续改变激光输出波长的染料激光器。后来，还出现了自由电子激光器、准分子激光器、离子激光器等等。激光的波长范围已扩展到从红外到紫外以至ｘ射线的所有波段，激光的应用更涉及到从日常生活到高新科技各个领域．如工业上的激光切割、焊接、打孔、表面改性、测距、大气污染分析；生物上的激光育种、水产养殖、品种改良、生命活细胞的全息照相；医疗上的激光外科手术、诊断；军事上的激光制导炸弹、强激光武器；此外，激光还应用于通信、光盘、分离同位素、激光核聚变等许多方面。
当前特种结构的发展现状与趋势(论文)
当前特种结构的发展现状与趋势 近20年来，我国的建筑取得了突飞猛进的发展。各种新型建筑拔地而起，各种新兴的施工技术在各类建筑工程中得到迅速推广和应用，加上现阶段我国经济发展的需要和环境问题的突出，各类新型的特种结构越来越被需要。下文列举了常见的5类特种结构来简单的阐述一下当前特种结构的发展现状与未来的趋势。 1、现状 1.1支挡结构 支挡结构包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构。以刚性较大的墙体支承填土和物料并保证及其稳定的称为挡土墙。 早在60年代初，国外的土建工程就已开始应用并逐步发展轻型挡土墙了。我国在这方面的研究虽起步稍晚，但随着新技术的革新和推广，近二三十年来，也取得了长足的发展，尤其是锚锭板挡土墙，自1974年在我国铁路工程上首创和试建以来，到现在已经完成了一套比较完善的理论系统。 1.2深基坑支护结构 深基坑支护结构是建筑工程的一部分，其发展与建筑工程质量与安全密切相关。由于我国住房资源紧张，适当发展多层和高层建筑，向空中和地下发展，是解决我国土地资源紧张地一条重要出路。随着中高层及超高层建筑的大量涌现，深基坑工程越来愈多。同时，密集的建筑物，大深度的基坑周围复杂的地下设施，使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代化建设的需求。因此，深基坑的支护引起
了各方面的广泛重视。 深基坑支护结构类型可分为悬臂式支护结构、拉锚式支护结构、内支撑支护结构、重力式挡土支护结构、土钉支护、复合土钉支护、预应力锚杆柔性支护。目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论。而极限平衡理论是一种静态设计，而实际上基坑开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是局对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却能获得成功。 1.3水塔 水塔用于建筑物给水、调剂用水，维持必要水压，并起到沉淀和安全用水的作用。过去欧洲曾建造过一些具有城堡式外形的水塔。法国有一座多功能的水塔，在最高处设置水柜，中部为办公用房，底层是商场。中国也有烟囱和水塔合建在一起的双功能构筑物,是对排出的油烟进行降温，达到油水大量凝结，尽量少排放到大气中，是环保部门要求的一项措施。按水柜形式分为圆柱壳式和倒锥壳式。在中国这两种形式应用最多，此外还有球形、箱形、碗形和水珠形等多种。支筒一般用钢筋混凝土或砖石做成圆筒形。支架多数用钢筋混凝土刚架或钢构架。水塔基础有钢筋混凝土圆板基础、环板基础、单个锥壳与组合锥壳基础和桩基础。当水塔容量较小、高度不大时，也可用砖石材料砌筑的刚性基础。
结构化学教学中设置课程论文初探论文
结构化学教学中设置课程论文初探论文 《结构化学》是理科院校化学专业的一门重要基础理论专业课。这门课程以严谨的数学逻辑推导为基础，建立比较抽象的理论概念，学生一般感到难学难懂。因此，学生易缺乏学习的积极性，影响到教学效果。根据结构化学教学的特点，我们在教学中，设置课程论文作为激励学生学习知识和评价教学效果的手段。对此, 我们在教学实践中, 在掌握学生基本学习情况的基础上，根据本课程的教学内容和教学特点，设置与教学目标和教学要求相适应的，注重理论研究和解释实际实验现象的课程论文题目，引导学生尝试应用结构化学/量子化 学的理论计算结果来解释化学实验，深入了解分子结构和理论性质，揭示其内在规律性。从而在应用理论的过程中加深对理论知识的认识，提高学生的学习积极性，取得较好的教学效果。 与其他化学专业课程不同，《结构化学》的内容主要是抽象理论，缺乏合适的配套实验对所学理论知识进行加深、拓宽和巩固。该门课程的对象一般是大学三年级学生，具有相当的化学专业知识。设置课程论文可以让学生在搜寻研究对象或者范围时，对以前专业知识进行回顾和分析，思考大学一年级以来学习的知识是否存在可以采用结构化学理论解释的地方，引发学生对化学知识、原理和现象进行思考，在自由选择题目范围的情况下，激发学生的学习和研究兴趣。在指导学生进行课程论文研究时，注意讲述一般科学研究的方法和步骤及科学工作者所应当具备的科学道德，全面提升学生的科学素养。在
指导学生进行课程论文撰写时，着重讲授一般论文的写作格式，培养学生的逻辑思维，提高学生的书面表达能力，形成一定论文写作规范。这对于一般理工科学生尤其重要。设置的课程论文同时为四年级毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。 让学生进行课程论文研究，首先必须先教导学生使用理论化学的计算软件，让计算软件成为学生进行课程论文研究的工具，所以教师本身需要对该类软件非常熟悉，同时具备利用该类软件进行科学研究的能力和经验，这对教师的教学和科研能力有较高的要求。在众多量子化学理论计算软件中，HyperChem比较适合一般学生使用。可视化软件使深奥的理论计算结果形象化、直观化进行表达,让学生好学易懂，同时操作简单，适合用来作为课程论文研究的计算软件。在实际教学中，我们只需要1学时就能教会学生有关HyperChem的基本操作和应用于简单的理论计算。谭君［1］介绍了HyperChem软件的一些使用操作和特点，这里不再重复叙述。 授之以鱼不若授之以渔，所以我们在课堂上，教导学生一般的科学研究思维和步骤。课堂上以苯环上亲电取代反应的定位规律作为计算例子，采用Hyperchem软件计算各原子电荷并解释定位规律的实验现象。众所周知，苯环上的取代基分为邻对位定位基和间位定位基两类。这里选择了氨基和甲醛基分别作为邻对位定位基和间位定位基
结构化学课后答案第四章
04分子的对称性 【4.1】HCN 和2CS 都是直线型分子，写出该分子的对称元素。 解：HCN ：(),C υσ∞∞; CS 2：()()2,,,,h C C i υσσ∞∞∞ 【4.2】写出3H CCl 分子中的对称元素。 解：()3,3C υσ 【4.3】写出三重映轴3S 和三重反轴3I 的全部对称操作。 解：依据三重映轴S 3所进行的全部对称操作为： 1133h S C σ=，2233S C =， 33h S σ= 4133S C =，52 33h S C σ=，63S E = 依据三重反轴3I 进行的全部对称操作为： 1133I iC =，2233I C =，3 3I i = 4133I C =，5233I iC =，63I E = 【4.4】写出四重映轴4S 和四重反轴4I 的全部对称操作。 解：依据S 4进行的全部对称操作为： 1121334 4442444,,,h h S C S C S C S E σσ==== 依据4I 进行的全部对称操作为： 11213344442444,,,I iC I C I iC I E ==== 【4.5】写出xz σ和通过原点并与χ轴重合的2C 轴的对称操作12C 的表示矩阵。 解： 100010001xz σ????=-??????， ()1 2100010001x C ?? ??=-?? ??-?? 【4.6】用对称操作的表示矩阵证明： （a ） ()2xy C z i σ= （b ） ()()()222C x C y C z = （c ） ()2yz xz C z σσ= 解： （a ） ()()11 2 2xy z z x x x C y C y y z z z σ-?????? ??????==-?????? ??????--??????， x x i y y z z -????????=-????????-????
量子力学论文
从波函数到薛定谔方程 摘要：本文从波函数出发，阐述薛定谔的推导过程，并且根据哈特里福克方程，克莱因戈尔登方程完善薛定谔方程的泡利不相容原理，洛伦兹不变性。 关键词：波函数薛定谔方程哈特里福克方程克莱因戈尔登方程 一．波函数： 微观粒子的运动状态称为量子态，是用波函数来描述的，这个波函数所反映的微观粒子波动性，这个波函数所反映的微观粒子波动性，就是德布罗意波。（量子力学的基本假设之一）并且，玻恩指出：德布罗意波或波函数不代表实际物理量的波动，而是描述粒子在空间的概率分布的概率波。 （1）推导过程： 在波动学中，描述波动过程的数学函数都是空间、时间二元函数一列沿X轴正向传播的平面单色简谐波的波动方程，即： 应用欧拉公式，可以推广到复数域： 再通过德布罗意公式，可以得到自由粒子的波函数： （2）波函数性质 1.自由粒子的能量和动量为常量，其波函数所描述的德布罗意波是平面波。 2.对于处在外场作用下运动的非自由粒子，其能量和动量不是常量，其波函数所描述的 德布罗意波就不是平面波。 3.外场不同，粒子的运动状态及描述运动状态的波函数也不相同。 （3）波函数的统计假设 设描述粒子运动状态的波函数为，则 1.空间某处波的强度与在该处发现粒子的概率成正比； 2.在该处单位体积内发现粒子的概率（概率密度）与 的模的平方成正比。 （4）波函数统计意义的具备条件 1.连续- 因概率不会在某处发生突变，故波函数必须处处连续； 2.单值- 因任一体积元内出现的概率只有一种，故波函数一定是单值的； 3.有限- 因概率不可能为无限大，故波函数必须是有限的；
二．薛定谔方程： 1.1925年德国物理学家薛定谔提出的非相对论性的量子力学基本方程,质量为m的粒 子，在势能函数为的势场中运动，当其运动速度远小于光速时，它的波函数 所满足的方程为： 这就是薛定谔方程，它反映微观粒子运动状态随时间变化的力学规律，又称含时薛定谔方程。 其中，为哈密顿算符。 2.若粒子所在的势场只是空间函数，那么对应于一个可能态有一个能量值E，即可得到定态薛定谔方程： 3.定态是指波函数具有的形式。它的特点是其概率密度与时间无关。 4.定态波函数中振幅函数满足统计的条件： (1)连续，单值，有限的标准条件 (2)归一化条件 (3)对坐标的一阶导数存在并且连续 5.可以看出定态波函数和定态薛定谔方程可以通过势能函数互相导出。 三．哈特里-福克方程： 1.为了解决多电子体系薛定谔方程近似求解的问题量子化学家道格拉斯·哈特里在1928年提出了哈特里假设，他将每个电子看做是在其他所有电子构成的平均势场中运动的粒子，并且首先提出了迭代法的思路。哈特里根据他的假设，将体系电子哈密顿算子分解为若干个单电子哈密顿算子的简单代数和，每个单电子哈密顿算子中只包含一个电子的坐标，因而体系多电子波函数可以表示为单电子波函数的简单乘积，这就是哈特里方程。 2.由于哈特里没有考虑电子波函数的反对称要求，事实上他的方程还是有问题的。1930年，哈特里的学生弗拉基米尔·福克，提出了考虑泡利原理的自洽场迭代方程和单行列式型多电子体系波函数，这就是今天的哈特里—福克方程。 3.所以，在薛定谔没有解决的情况下，哈特里福克方程使得量子力学是满足泡利原理的。
《土木工程概论》课程论文土木工程的发展
2014级建筑工程技术专业《土木工程概论》课程 论文 土木工程的发展 专业班级：工程造价1402班 学生姓名：刘忱 学号： 143008120234 论文成绩： 评阅教师：刘立 2015年 1月 16日
土木工程的发展 摘要：土木工程师人类历史上年代久远的“技术科学”，作为一种系统的产业活动，土木工程的是指是生产的过程，是一种技术过程。随着社会的产生而产生，当今的土木工程已经得到了一定的发展，土木工程的发展应当与时俱进，去挖掘，去发现，去思考，去想象，去创新土木工程师不可缺少的存在形式。 关键词：土木工程起源发展 1、引言 土木工程在英语中称为“Civil Engineering”，直译是民用工程。它是建造各类工程设施的科学技术的总称。它既指工程建设的对象，既建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指应用的材料、设备和进行勘测、设计、施工、保养、维修等技术。 土木工程随着人类社会的发展，至今已经演变为大型综合性学科。它的范围非常广泛，涵盖了关系到人类生存和发展的衣、食、住、行这四大基本要素。称为人们生活中必不可少的基础学科之一。 土木工程为国家经济发展和人民生活水平的提高提供了物质基础。因此，建筑业和房地产业成为许多国家的经济支柱之一。 2、土木工程的定义 土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。土木工程对国家的经济建设和人民生活的影响非常明显和重要。土木工程密切关系到人类赖以生存和繁衍的四大基本要素：衣、食、住、行，为人类提供住宅、宾馆、公寓、衣料生产贮藏基地、食品冷库、公路、机场、铁路、港口、码头、厂房、实验室等现代人类生活和发展的必要场所空间。 3、土木工程历史的三次飞跃
结构化学论文——老师辛苦了
结构化学教学中课程安排 【摘要】在结构化学课程教学中设置课程论文作为激励学生学习知识和课程评价的手段。引导学生将课堂学习的结构化学理论知识应用于课程论文研究中，达到学以致用效果。论文指导过程中，注意学生创新思维模式的培育，教学的重点应放在课程论文研究的过程上，同时注意培养学生的科学道德，全面提升学生的科学素养。 【关键词】结构化学课程论文创新思维 《结构化学》是理科院校化学专业的一门重要基础理论专业课。这门课程以严谨的数学逻辑推导为基础，建立比较抽象的理论概念，学生一般感到难学难懂。因此，学生易缺乏学习的积极性，影响到教学效果。根据结构化学教学的特点，我们在教学中，设置课程论文作为激励学生学习知识和评价教学效果的手段。对此, 我们在教学实践中, 在掌握学生基本学习情况的基础上，根据本课程的教学内容和教学特点，设置与教学目标和教学要求相适应的，注重理论研究和解释实际实验现象的课程论文题目，引导学生尝试应用结构化学/量子化学的理论计算结果来解释化学实验，深入了解分子结构和理论性质，揭示其内在规律性。从而在应用理论的过程中加深对理论知识的认识，提高学生的学习积极性，取得较好的教学效果。 1 设置课程论文的重要性 与其他化学专业课程不同，《结构化学》的内容主要是抽象理论，缺乏合适的配套实验对所学理论知识进行加深、拓宽和巩固。该门课程的对象一般是大学三年级学生，具有相当的化学专业知识。设置课程论文可以让学生在搜寻研究对象或者范围时，对以前专业知识进行回顾和分析，思考大学一年级以来学习的知识是否存在可以采用结构化学理论解释的地方，引发学生对化学知识、原理和现象进行思考，在自由选择题目范围的情况下，激发学生的学习和研究兴趣。在指导学生进行课程论文研究时，注意讲述一般科学研究的方法和步骤及科学工作者所应当具备的科学道德，全面提升学生的科学素养。在指导学生进行课程论文撰写时，着重讲授一般论文的写作格式，培养学生的逻辑思维，提高学生的书面表达能力，形成一定论文写作规范。这对于一般理工科学生尤其重要。设置的课程论文同时为四年级毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。 2 理论化学计算软件的讲授 让学生进行课程论文研究，首先必须先教导学生使用理论化学的计算软件，让计算软件成为学生进行课程论文研究的工具，所以教师本身需要对该类软件非常熟悉，同时具备利用该类软件进行科学研究的能力和经验，这对教师的教学和科研能力有较高的要求。在众多量子化学理论计算软件中，HyperChem比较适合一般学生使用。可视化软件使深奥的理论计算结果形象化、直观化进行表达,让学生好学易懂，同时操作简单，适合用来作为课程论文研究的计算软件。在实际教学中，我们只需要1学时就能教会学生有关HyperChem的基本操作和应用于简单的理论计算。谭君［1］介绍了HyperChem软件的一些使用操作和特点，这里不再重复叙述。 3 科学研究思维和步骤的指导 授之以鱼不若授之以渔，所以我们在课堂上，教导学生一般的科学研究思维和步骤。课堂上以苯环上亲电取代反应的定位规律作为计算例子，采用Hyperchem软
结构化学 第三章习题及答案
习题 1. CO 是一个极性较小的分子还是极性较大的分子？其偶极矩的方向如何？为什么？ 2. 下列AB型分子：N2，NO，O2，C2，F2，CN，CO，XeF中，哪几个是得电子变为AB–后比原来中性分子键能大？哪几个是失电子变为AB+ 后比原来中性分子键能大？ 3. 按分子轨道理论说明Cl2的键比Cl2+ 的键强还是弱？为什么？ 4. 下列分子中，键能比其正离子的键能小的是____________________ 。键能比其负离子的键能小的是________________________ 。 O2，NO，CN，C2，F2 5. 比较下列各对分子和离子的键能大小： N2，N2+( ) O2，O2+( ) OF，OF–( ) CF，CF+( ) Cl2，Cl2+( ) 6. 写出O2+，O2，O2–和O22–的键级、键长长短次序及磁性。 7. 按分子轨道理论写出NF，NF+ 和NF–基态时的电子组态，说明它们的键级、不成对电子数和磁性。 8. 判断NO 和CO 哪一个的第一电离能小，原因是什么？ 9. HF分子以何种键结合？写出这个键的完全波函数。 10.试用分子轨道理论讨论SO分子的电子结构，说明基态时有几个不成对电子。 11.下列AB型分子：N2，NO，O2，C2，F2，CN，CO，XeF中，哪几个是得电子变为AB–后比原来中性分子键能大？哪几个是失电子变为AB+ 后比原来中性分子键能大？ 12.OH分子于1964年在星际空间被发现。 （a）试按分子轨道理论只用O原子的2 p轨道和H原子的1 s轨道叠加，写出其电子组态。 （b）在哪个分子轨道中有不成对电子？ （c）此轨道是由O和H的原子轨道叠加形成，还是基本上定域于某个原子上？ （d）已知OH的第一电离能为13.2eV，HF的第一电离能为16.05eV，它们的差值几乎与O原子和F原子的第一电离能（15.8eV和18.6eV）的差值相同，为什么？ （e）写出它的基态光谱项。 13.试写出在价键理论中描述H2运动状态的、符合Pauli 原理的波函数，并区分其单态和三重态。
量子力学论文
量子力学论文 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
量子理论及技术的发展 【摘要】本文简述了在量子力学的发展过程中所带动的激光、半导体、扫描隧道显微镜、量子信息等技术的形成及影响，并借此强调了基础理论对于技术发明的重要性。 【关键词】量子力学激光半导体扫描隧道显微镜量子信息 回顾科技史，以量子论、相对论为代表的近代物理学掀起了以能源、材料、信息为代表的现代技术革命，其中量子理论在形成中便带动了相关技术群的出现并促进了自身研究的深入和拓展。 一、从“光量子假说”到激光技术 １９００年，德国物理学家普朗克为了解决有关热辐射现象的“黑体辐射”难题，提出了“普朗克假设”，其“能量子”概念的提出标志着量子力学的诞生。随后，爱因斯坦于１９０５年提出了“光量子假说”以解释“光电效应”，使人们对能量量子化的认识更深入了一步的认识。１９１６年，爱因斯坦指出辐射有两种形式：自发辐射和受激辐射，从而为激光器的发明奠定了理论基础。激光器在技术上的最终实现得益于二战后对与雷达相关的微波的深人研究。其中标志性的工作有：１９３３年拉登伯格观测到了负色散现象；１９３９年法布里坎特指出辐射放大的必要条件是实现粒子数反转；１９４６年布洛赫观察到了粒子数反转的信号；１９５１年珀塞尔第一次在实验中实现了粒子数反转并观察到了受激辐射；１９５１年汤斯首次提出实现微波放大的可能性；１９５４年汤斯等人成功地制成了世界上第一台“辐射的受激发射微波放大”的装置（简称脉塞Ｍａｓｅｒ）；１９５８年汤斯和肖洛论证了把微波激射技术扩展到 论的又一重大课题。在量子力学建立前，特鲁特于１９００提出了经典的金属自由电子气体模型，定性的解释了金属的电导和热导行为，但得到的定量比热关系在低温时与实验 偏离较大。１９０７年爱因斯坦应用了量子假说，所得结果得到了能斯特的实验验证和大力宣传，使量子论开始被人们认识，从而打开了迅速发展的局面。从１９１３年玻尔提出半 经典的量子论原子模型到１９２８年狄拉克发表电子的相对红外区和可见光区的可能性。最终，美国休斯研究所的梅曼于１９６０年成功制造并运转了第一台激光器——红宝石脉冲激光器，同年１２月贾万研制出第一台气体激光器——氦氖激光器。 这两种激光器的相继问世引起了全世界科技界研究激光的热潮，各种激光器陆续出现。其中有可获得大功率脉冲的钕激光器，连续输出大功率的二氧化碳激光器，可在室温下工作的小型半导体激光器，从化学反应获得能量的化学激光器，光谱线很宽的可以连续改变激光输出波长的染料激光器。后来，还出现了自由电子激光器、准分子激光器、离子激光器等等。激光的波长范围已扩展到从红外到紫外以至ｘ射线的所有波段，激光的应用更涉及到从日常生活到高新科技各个领域．如工业上的激光切割、焊接、打孔、表面改性、测距、大气污染分析；生物上的激光育种、水产养殖、品种改良、生命活细胞的全息照相；医疗上的激光外科手术、诊断；军事上的激光制导炸弹、强激光武器；此外，激光还应用于通信、光盘、分离同位素、激光核聚变等许多方面。 激光技术是以量子理论为主的现代物理学和现代技术相结合孕育出来的一门科学技术，它的发展历史不仅充分显示出物理科学理论对技术发明的预见性，而且它本身又作为现代科学技术家族中的一个优等生，大大促进和推动着现代物理学和现代科学技术的发展。 二、从“费米统计”到半导体技术 继黑体辐射和光电效应之后，固体比热的研究是量子论的又一重大课题。在量子力学建立前，特鲁特于１９００提出了经典的金属自由电子气体模型，定性的解释了金属的电导和热导行
螺旋输送装置的研究现状及未来发展的浅析论文
螺旋输送装置的研究现状及未来发展的浅析论文 0引言 1887年，美国出现了第一台螺旋输送装置；此后，由于粮食、化工、冶金、码头等多种行业的需求，不断完善，逐渐研制出了多种系列的螺旋输送装置。该装置输送过程中能完成揉搓、压缩、搅拌、混合等处理，在实际生产过程中还能实现变频调速和准确控制输送量，是污泥、栅渣等的专用设备，同时也是喂料或卸料专用装置。 随着螺旋输送装置在多个行业中应用的普及，对其性能要求也越来越高。适用性强、可靠性高、节能环保、效率高、功耗低等特点己成为今后螺旋输送装置发展的主要方向。目前，国际上对螺旋输送装置的研究基本集中在应用先进的方法和计算机技术对传统装置进行理论分析并改进设计、对结构和参数进行优化、进一步修正经验公式、研发新产品及其用新的控制技术等。 1国内外螺旋输送装置的发展状况 1.1国外螺旋输送装置的发展状况 1.1.1理论分析方面 国外螺旋输送装置适用于多种流动性好的物料的中短距离的输送和提升，通常用来输送散装物料和干燥的固体颗粒，并能准确地控制输送量。有很多学者通过对水平和垂直螺旋输送装置的输送过程进行理论分析，对输送性能进行评估，并找出了影响因素及其因素之间的关系。其中，Chris等人研究了机器本身的结构参数对输送性能的影响。CLEARY等人研究了输送对象的特性对输送性能的影响。但是，设计过程中对螺旋输送装置的理论分析不够完善，对一些参数的计算仍根据经验公式来确定，导致机器在输送过程中出现生产率低、功耗大等问题。 1.1.2设计制造方面 国外研制的螺旋输送装置除了常规结构以外也根据不同的应用场合设计出的特种结构型：锥形直径螺旋、锥形轴及变螺距螺旋和锥形轴变螺距螺旋等。这些螺旋输送器由于结构复杂、制造成本高、功耗大，所以不适应生产需求，没有被广泛的应用，需要进一步完善。 除了以上提及的螺旋输送装置以外，把不同规格的水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机组合起来形成一个卸船机系统。在国外，很早以前就开始对螺旋卸船机进行了研究，其中技术领先的公司有瑞典的Siwertell和Carlsen公司、意大利的VAM公司以及法国的IBAV 公司，单机卸船能力都能达到1000t/h以上，其中Siwertell公司研发的螺旋卸船机卸船能力达到了2 700t/h。
结构化学论文---分子轨道理论
结构论文 分子轨道理论的发展及其应用 2011111510xxxx 一、前言 价建理论、分子轨道理论和配位场理论是三种重要的化学键理论。三、四十年代，价键理论占主要的地位。五十年代以来由于分子轨道理论容易计算且得到实验（光电能谱）的支持，取得了巨大的发展，逐渐占优势。价建理论不但在理论化学上有重要的意义（下文中将详细介绍）。在应用领域也有重要的发展，如分子轨道理论计算有机化合物的吸收光谱用于染料化学；前线分子轨道理论在选矿中的研究等等。 二、简介 1、分子轨道理论产生和发展 在分子轨道理论出现以前，价键理论着眼于成键原子间最外层轨道中未成对的电子在形成化学键时的贡献，能成功地解释了共价分子的空间构型，因而得到了广泛的应用。但如能考虑成键原子的内层电子在成键时贡献，显然更符合成键的实际情况。1932年，美国化学家 Mulliken RS和德国化学家HundF 提出了一种新的共价键理论——分子轨道理论（molecular orbital theory），即MO法。该理论注意了分子的整体性，因此较好地说明了多原子分子的结构。目前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。 以下是各个年代提出的关于分子轨道理论的一些重要理论和方法，是分子轨道理论发展过程中的几个里程碑！ 1926-1932年，在讨论分子光谱时，Mulliken和Hund提出了分子轨道理论。 认为：电子是在整个分子轨道中运动，不是定域化的。他们还提出能级图、成键、反键轨道等重要的概念。 1931-1933年，Hukel提出了一种简单的分子轨道理论，用于讨论共轭分子 的性质，相当成功。 1950年，Boys用Guass函数研究原子轨道，解决了多中心积分问题，是今 天广为利用的自洽场分子轨道理论的基础，在量子化学的研究中占有重要地位。 1951年，Roothaan在Hartree-Fock方程的基础上，把分子轨道写成原子轨 道的线性组合，得到Roothaan方程。 1952年，福井谦一提出前线分子轨道理论，用以讨论分子的化学活性和分子 间相互作用等，可以解释许多实验结果。 1965年，Woodward和Hoffman提出分子轨道对称守恒原理，发展成讨论基 元反应发生可能性的重要规则。用于指导某些复杂化合物分子的合成。 2、分子轨道理论的含义和一些重要分子轨道的构成方法 1)分子轨道理论的含义
结构化学第二章习题及答案
一、填空题 1. 已知:类氢离子He +的某一状态Ψ=0202/30)22()2(241a r e a r a -?-?π此状态的n ，l ，m 值分别为_____________________.其能量为_____________________,角动量平方为_________________.角动量在Z 轴方向分量为_________. 2. He +的3p z 轨道有_____个径向节面， 有_____个角度节面。 3. 如一原子轨道的磁量子数m=0，主量子数n ≤2，则可能的轨道为__________。 二、选择题 1. 在外磁场下，多电子原子的能量与下列哪些量子数有关（ B ） A. n,l B. n,l,m C. n D. n,m 2. 用来表示核外某电子运动状况的下列各组量子数（n ，l ，m ，ms ）中，哪一组是合理的（A ） A. （2，1，-1，-1/2） B. （0，0，0，1/2） C. （3，1，2，1/2） D.（2，1，0，0） 3. 如果一个原子的主量子数是4，则它（ C ） A. 只有s 、p 电子 B. 只有s 、p 、d 电子 C. 只有s 、p 、d 和f 电子 D. 有s 、p 电子 4. 对氢原子Φ方程求解,下列叙述有错的是( C ). A. 可得复函数解Φ=ΦΦim m Ae )(. B. 由Φ方程复函数解进行线性组合,可得到实函数解. C. 根据Φm (Φ)函数的单值性,可确定|m|=0.1.2…………I D. 根据归一化条件1)(220=ΦΦΦ?d m π求得π21 =A 5. He +的一个电子处于总节面数为3的d 态问电子的能量应为 ( D ). A.1 B.1/9 C.1/4 D.1/16 6. 电子在核附近有非零几率密度的原子轨道是( D ). A.Ψ3P B. Ψ3d C.Ψ2P D.Ψ2S 7. 氢原子处于下列各状态 (1)ψ2px (2) ψ3dxz (3) ψ3pz (4) ψ3dz 2 (5)ψ322 ，问哪些状态既是M 2算符的本征函数，又是M z 算符的本征函数?C A. (1) (3) B. (2) (4) C. (3) (4) (5) D. (1) (2) (5) 8. Fe 的电子组态为[Ar]3d 64s 2,其能量最低的光谱支项( A )
量子力学课程论文由薛定谔方程引发的深思
量子力学课程论文题目：《由薛定谔方程引发的深思》 学院：数理信息工程学院 专业：物理112班 学生姓名：徐盈盈王黎明 学号：11260124 11180216 完成时间： 2013年12月20日
由薛定谔方程引发的深思 【摘要】 薛定谔方程的提出揭示了微观物理世界物质运动的基本规律，它是原子物理学中处理一切非相对论问题的有力工具[1]。作为量子力学之魂，薛定谔方程完整的向我们诠释了微观世界的魅力。为更加深入地学习薛定谔方程和量子力学，我们将分析薛定谔方程的推导过程、介绍其在求解粒子问题中的应用以及其在原子物理、核物理、固体物理等学科的应用，最后谈谈自己的想法。 【引言】 随着“任何粒子都具有波粒二象性”的德布罗意假说成功被戴维森-革末实验所证实，薛定谔思考着会有一个波动方程可以反应粒子的这种量子行为。于是，基于众多前人研究成果，薛定谔于1926年提出薛定谔方程，完美的解释了波函数的行为。正是因为薛定谔方程在量子力学进程中起着举足轻重的作用，所以我们必须深入学习其推导过程和应用。并且由薛定谔方程出发，深刻思考我们在物理学习过程中所必须具备的思维方式和学习态度。 【关键词】 薛定谔方程玻尔理论波函数深思 【正文】 一、薛定谔方程的提出与推导 1、薛定谔方程的历史背景 爱因斯坦认为普朗克的量子为光子，并且提出了奇妙的“波粒二象性”。1924年，路易·德布罗意提出“物质波”的概念，认为任何粒子都具有波粒二象性，并且这个假说于1927年成功被戴维森-革末实验所证实。薛定谔由此认为一定会有一个波动方程能够恰当的描述粒子的这种性质。最后他借助于经典力学的哈密顿原理以及光学的费马原理，将牛顿力学与光学类比，并且以哈密顿-雅克比方程为工具，成功建立了薛定谔方程，并且准确的计算了氢原子的谱线。 2、薛定谔方程的推导思路 ①首先自由粒子可用平面波来表示，可当粒子收到随时间或位置变化的力场的作用时，应该用波函数来表示。波函数描写体系的量子状态。波函数是指在空间中某一点的强度和在该点找到粒子的概率成比例[2]。 ②当讨论粒子状态随时间变化所遵从的规律时，必须建立波函数随时间变化的方程。 ③用平面波描写自由粒子的波函数ψ(r,t)=Ae i(p.r-Et)/h,并且对时间求偏微商，对位置求二次偏微商，再利用能量和动量的关系式E=p2/2m+V(r),最终可得到薛定谔方程： ④从一维薛定谔方程出发，可以得出三维薛定谔方程和定态薛定谔方程：
结构工程硕士选题报告(DOC)
****** 研究生姓名*** 学科（专业）结构工程 研究方向********* 指导教师********** 2014年10月26日填
选题报告须知 一、选题原则 （一）博士生： 1、应选择学科前沿，对科学技术进步有重要的理论意义或较大理论意义的课题，也可选择对国民经济发展有重要或较大理论意义或实用价值的课题。 2、课题具有很大的难度，便于作者做出创新性成果。 3、要有先进的科学实验或运算手段验证理论作保证。 4、要尽量结合导师的科研任务进行选题。 5、要广泛阅读文献资料，要对本学科及相关学科研究状况和最新进展有全面的了解，写出文献综述。 （二）硕士生： 1、应选择有较大的科学研究意义或有一定理论意义的课题，也可以选择对国民经济建设有较大实用价值或一定价值的课题。 2、课题要具有先进性，便于作者提出新见解。 3、课题要有一定的份量和难度，同时要考虑在一年内完成。 4、要对实验条件，计算手段有恰当的估计。 5、要尽量结合导师的科研任务进行选题。 6、要广泛阅读文献资料，了解本领域国内外学术研究动态，写出文献综述。 二、基本要求 1、查阅文献资料一般要：博士生中外文献限于近5年内50篇以上；硕士生30篇以上。 2、博士生通过选题报告后与论文答辩申请相隔期为1.5年，硕士生为1年。博士生要在省级以上科技情报所进行查新。 3、书写格式： （1）论文题目（或选题范围） （2）综述（国内外在这一领域已进行的工作及自己要进行的研究） （3）课题的实用价值或理论意义 （4）课题研究方案 （5）实验、试验设想 （6）所阅读的文献、资料 （7）论文工作安排
选题报告
结构化学-染料分子颜色与结构的研究
染料分子结构与颜色的关系 [摘要] 通过建立有机染料分子模型，用Gaussian03量子化学软件包计算其最大吸收波长，讨论有机染料分子结构与其颜色的关系。采用半经验PM3方法对模型化合物的几何结构进行了优化。根据优化结果，对以上化合物的性质进行分析。 [关键词] Gaussian 03；染料分子；共轭结构 0 引言 染料是有颜色的物质，染料的颜色源于其分子对可见光选择性地吸收，而主要的颜色是它的最大吸收光的互补色。按照量子化学观点，分子在紫外区和可见区的吸收属于电子光谱，通过计算，可以得到分子中所有分子轨道的能量。可以近似地认为，分子的激发能等于最低空轨道（LUMO）与最高占据轨道（HUMO）的能级差ΔE。根据普朗克公式ΔE=hν，可以计算出分子的吸收频率和最大吸收波长，再根据互补色理论，得到染料的颜色。 1 计算方法 用Gaussian 03量子化学软件包,采用杂化密度泛函理论基础中的B3LYP方法,在STO-3G 基组水平上,对具有共轭结构化合物的的几何结构进行了优化，算出LUMO 与HUMO的能级差,继而算出最大吸收波长,得出染料化合物结构与颜色的关系并作相关的讨论。 2 结果与讨论 2.1 共轭结构的影响 根据计算机优化结果可以发现，染料分子的共轭结构的差异对颜色有着不同的影响。 图 1.染料分子结构式 表1 染料分子颜色与共轭键数目的关系 n 1 2 3 4 5 6 ΔE /eV 4.833 4.224 3.785 3.452 3.205 3.009 λmax /nm257 294 328 360 388 413 颜色无色无色无色无色浅黄色黄色如表1所示，染料分子的颜色随共轭键数目的增加而加深。π→π*跃迁的能级随着π→π共轭体系中的共轭数目增加而逐渐减少，所需激发能减少，导致分子的最大吸收波长增长，颜色变深。 表 2 苯及稠环能量及性质
物理化学小论文
物理化学的发展史 姓名：学号：班级： 摘要化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。 1 9世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生，把化学从理论上提高到一个新的水平。 关键词物理化学发展展望 一、物理化学的研究内容 （１）化学体系的宏观平衡性质以热力学三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学、溶液、胶体和表面化学。 （2）化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。 （3）化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。 二、物理化学的分支 （1）结构化学 结构化学是在原子- 分子水平上研究物质分子构型与组成的相互关系以及结构和各种运动的相互影响的化学分支学科。它又是阐述物质的微观结构与其宏观性能的相互关系的基础学科。结构化学不但与其他化学学科联系密切，而且与生物科学、地质科学、材料科学和医药学等各学科的研究相互关联、相互配合、相互促进。由于许多与物质结构有关的化学数据库的建立，结构化学也愈来愈被农学家和化工工程师所重视。 （2）热化学
超分子结构化学_周公度
第17卷 第5期大学化学2002年10月今日化学 超分子结构化学 周公度 (北京大学化学学院 北京100871) 超分子(supramolecule)通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起,组装成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性,使其具有明确的微观结构和宏观特性。由分子到超分子和分子间相互作用的关系,正如由原子到分子和共价键的关系一样。 1987年,诺贝尔化学奖授予C.Pedersen(佩德森)、J M.Lehn(莱恩)和D.Cram(克拉姆)等在超分子化学领域中的奠基工作:佩德森发现冠醚化合物,莱恩发现穴醚化合物并提出超分子概念,克拉姆是主客体化学的先驱者[1~3]。此后,作为化学的前沿领域,超分子化学引起了人们的广泛关注,近10多年来获得了很大的发展。研究超分子的形成、作用、结构和性能的超分子化学,已扩展到化学的各个分支,还扩展到生命科学和物理学等许多其他学科,并形成新的学科领域[4~11]。 超分子和超分子化学通常包括以下两个范围较广而部分交叠的领域。 (1)将超分子定义为由确定的少数组分(受体和底物)在分子识别原则基础上经过分子间缔合形成的分立的低聚分子物种。 (2)由大量不确定数目的组分按其性质自发缔合成超分子聚集体(supramolecular assem blies)。它又可分为两类: 薄膜、囊泡、胶束、介晶相等,它的组成和结合形式在不断变动,但具有或多或少确定的微小组织,按其性质,可以宏观表征的体系; 由分子组成的晶体,它组成确定,并且具有整齐排列的点阵结构,研究这种超分子的工作常称为晶体工程。 下面首先根据结构化学的原理和观点,探讨促使超分子体系稳定形成的因素;其次讨论各种分子间的相互作用,使分子相互识别和自组装;然后再讨论晶体工程的特点;最后讨论超分子结构化学原理的应用。在讨论中辅以实例,使内容丰富生动。 1 超分子稳定形成的因素 超分子体系和其他化学体系一样,由分子形成稳定超分子的因素,在不做有用功(如光、电 )时,可从热力学自由焓的降低( G<0)来理解: G= H-T S 式中 H是焓变,代表降低体系的能量因素; S是体系熵增的因素。 1.1 能量降低因素 分子聚集在一起,依靠分子间的相互作用使体系的能量降低。下面列出常见的降低体系能量的因素。 1.1.1 静电作用 静电作用包括盐键,即带电基团间的作用,如R NH+3-OOC R;离子 偶极子作用,
计算物理课程论文
微分方程的数值模拟及应用 本文介绍了matlab、Mathematica等软件在微分方程数值模拟上的应用。作为基础论文首先介绍了用库塔-龙格方法和有限元差分方法求解一阶微分方程组及高阶微分方程的方法并给出了实现的matlab代码，在了解解微分方程的基本原理之后，本文用Mathematica 软件研究了一维深势阱、谐振子的波函数以及有心力场下的量子力学现像，如原子轨道、分子轨道。接着介绍了一类特殊的微分方程—非线性薛定谔方程NLSE，这类方程不同与其他微分方程之处在于它存在孤子解，比较复杂。本文介绍了求这类方程数值解得有限元差分方法及分步傅里叶方法，并给出了一个后者的matlab实例代码。最后用mathematica对其进行了数值模拟，研究了其在光波导和光孤子中的应用。 1.求解一阶微分方程组及高阶微分方程的方法。 （1）亚当斯预测-校正法求一阶常微分方程。 function [k,X,Y,wucha,P]=dAdamsyx(funfcn,x0,b,y0,h) x=x0;y=y0;p=128; n=fix((b-x0)/h); if n<5, return, end; X=zeros(p,1); Y=zeros(p,length(y)); f=zeros(p,1);k=1; X(k)=x; Y(k,:)=y'; for k=2:4 c1=1/6;c2=2/6;c3=2/6; c4=1/6;a2=1/2; a3=1/2; a4=1;b21=1/2;b31=0;b32=1/2; b41=0;b42=0;b43=1; x1=x+a2*h; x2=x+a3*h; x3=x+a4*h; k1=feval(funfcn,x,y); y1=y+b21*h*k1; x=x+h; k2=feval(funfcn,x1,y1); y2=y+b31*h*k1+b32*h*k2; k3=feval(funfcn,x2,y2); y3=y+b41*h*k1+b42*h*k2+b43*h*k3; k4=feval(funfcn,x3,y3);