量子化學(xué)基礎(chǔ)精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的量子化學(xué)基礎(chǔ)主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

摘要：本文針對大學(xué)化學(xué)的學(xué)科特點，從四個方面探討了量子化學(xué)計算軟件在大學(xué)化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用實例。運用形象直觀的量子化學(xué)軟件，結(jié)合多媒體教學(xué)手段，將枯燥、深奧、抽象的化學(xué)知識和概念以一種形象、生動、直觀、立體的形式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立形象思維，使學(xué)生進入一種喜聞樂見、生動活潑的學(xué)習(xí)氛圍，從而開拓學(xué)生思路，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。結(jié)果表明，該方法對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣具有顯著的促進作用，取得了良好的教學(xué)效果，同時也豐富了大學(xué)化學(xué)課程的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：量子化學(xué)；密度泛函理論；計算化學(xué)；Gaussian 09

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0176-04

傳統(tǒng)的化學(xué)是一門實驗科學(xué)，它的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了幾千年的時間。發(fā)展至今，化學(xué)科學(xué)已經(jīng)成為了包含有機化學(xué)、無機化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)、分析化學(xué)、實驗化學(xué)、理論化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、精細化學(xué)、材料化學(xué)等眾多子學(xué)科的中心學(xué)科。在大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)理論的教學(xué)中，涉及很多抽象的化學(xué)知識和概念，比如原子、分子及晶體結(jié)構(gòu)等，無法通過肉眼進行直接觀測，而且微觀結(jié)構(gòu)難以用宏觀模型進行科學(xué)的描述。傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難滿足學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的需求，這就需要引入新型的先進教學(xué)方法和手段。上個世紀20年代開始形成了一門新的化學(xué)子學(xué)科――量子化學(xué)。量子化學(xué)是用量子力學(xué)原理研究原子、分子和晶體的電子層結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵理論、分子間作用力、化學(xué)反應(yīng)理論、各種光譜、波譜和電子能譜的理論，以及無機和有機化合物、生物大分子和各種功能材料的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的科學(xué)[1]。理論與計算化學(xué)能滲透到化學(xué)領(lǐng)域的很多方面，與其他學(xué)科交叉，并形成了很多分支學(xué)科，例如：物理化學(xué)方面，我們可以通過量子化學(xué)方法計算分子的熱力學(xué)性質(zhì)、動力學(xué)性質(zhì)、光譜性質(zhì)、固體的化學(xué)成鍵性質(zhì)等，從而形成了量子電化學(xué)、量子反應(yīng)動力學(xué)等子學(xué)科；在有機化學(xué)方面，可以通過量子化學(xué)計算預(yù)測異構(gòu)體的相對穩(wěn)定性、反應(yīng)中間體性質(zhì)、反應(yīng)機理與譜學(xué)性質(zhì)（NMR，ESR…）等，因而衍生了量子有機化學(xué)；在分析化學(xué)方面，可以借助于計算化學(xué)進行實驗光譜的解析等；無機化學(xué)方面，可以進行過渡金屬化合物的成鍵性質(zhì)的解析等，并形成了量子無機化學(xué)；在生物化學(xué)領(lǐng)域中，也可以通過理論計算研究生物分子活性中心結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)環(huán)境效應(yīng)、酶與底物相互作用等，并逐漸產(chǎn)生了量子生物化學(xué)。隨著計算量子化學(xué)方法與計算機科學(xué)的發(fā)展，本世紀有望在復(fù)雜體系的精確量子化學(xué)計算研究方面取得較大進展，從而更好地從微觀角度去理解和預(yù)測宏觀化學(xué)現(xiàn)象。本文通過四個教學(xué)實例，運用形象直觀的量子化學(xué)軟件，結(jié)合多媒體教學(xué)手段，將枯燥、深奧、抽象的化學(xué)知識和概念以一種形象、生動、直觀、立體的形式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立形象思維，使學(xué)生進入一種喜聞樂見、生動活潑的學(xué)習(xí)氛圍，從而開拓學(xué)生思路，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。結(jié)果表明，該方法對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣具有顯著的促進作用，取得了良好的教學(xué)效果，同時也豐富了大學(xué)化學(xué)課程的教學(xué)方法。

一、常用量子化學(xué)軟件Gaussian/GaussView簡介

Gaussian軟件是一個功能強大的量子化學(xué)綜合軟件包，它可以在Windows，Linux，Unix操作系統(tǒng)中運行，是在半經(jīng)驗計算和從頭計算中使用最為廣泛的計算化學(xué)軟件之一。該軟件可以計算分子的能量和結(jié)構(gòu)、鍵和反應(yīng)能量、分子軌道、原子電荷和電勢、振動頻率、紅外和拉曼光譜、核磁性質(zhì)、極化率和超極化率、熱力學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)路徑等。該軟件的量子化學(xué)計算可以對體系的基態(tài)或激發(fā)態(tài)執(zhí)行，可以預(yù)測周期體系的能量，結(jié)構(gòu)和分子道。因此，Gaussian可以作為功能強大的工具，用于研究許多化學(xué)領(lǐng)域的課題，例如取代基的影響、化學(xué)反應(yīng)機理、勢能曲面和激發(fā)能等等，因此我們可以從微觀角度去理解和預(yù)測很多宏觀的化學(xué)性質(zhì)及現(xiàn)象。Gaussian計算軟件經(jīng)常與相應(yīng)的可視化軟件GaussView連用。目前Gaussian軟件的最新版本是Gaussian 09[2]。

二、量子化學(xué)理論及軟件在大學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實例

1.分子穩(wěn)定性預(yù)測。1，3-丁二烯分子中的碳-碳單鍵能夠自由旋轉(zhuǎn)，因而理論上可以形成順式和反式異構(gòu)體。那么兩種異構(gòu)體的熱力學(xué)穩(wěn)定性如何？我們可以通過理論計算給出合理的預(yù)測。運用密度泛函理論（density functional theory，DFT），在B3LYP/6-31G*水平，我們分別優(yōu)化了順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的幾何結(jié)構(gòu)，并做了頻率分析。頻率計算無虛頻，說明所得到的順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯均為最小點。圖1給出了B3LYP/6-31G*優(yōu)化得到的順式-1，3丁二烯和反式-1，3丁二烯的幾何結(jié)構(gòu)和相對應(yīng)的分子的能量。理論計算結(jié)果表明，相對于順式1，3丁二烯的能量，反式1，3-丁二烯的能量大約低3.55 kcal/mol，所以反式1，3丁二烯的熱力學(xué)穩(wěn)定性更強，這就解釋了為什么實驗上沒有發(fā)現(xiàn)順式-1，3丁二烯構(gòu)象的存在。

2.分子的紅外吸收光譜和振動模式。將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對分子進行結(jié)構(gòu)分析和鑒定。紅外光譜法的工作原理是由于振動能級不同，化學(xué)鍵具有不同的頻率。因此，通過理論上的頻率計算，就可以相應(yīng)地得到分子的紅外吸收光譜，并可以與實驗得到的紅外光譜進行比較。以最常見的H2O為例，基于水分子穩(wěn)定點，通過DFT理論，在B3LYP/6-31G*水平計算了H2O分子的頻率，并得到了相應(yīng)的紅外光譜圖。如圖2所示，在計算的水分子的紅外光譜圖中，一共有三個吸收峰，理論值與實驗值（括號內(nèi)的數(shù)值）是一致的。并且按照波數(shù)從小到大，分別對應(yīng)H2O分子中O-H鍵的三種振動模式，分別是剪式振動，對稱性伸縮振動，非對稱的伸縮振動模式。通過理論計算和圖形界面的動畫演示，有利于加強學(xué)生對紅外光譜的理解。

3.苯的前線分子軌道。分子軌道理論是結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的重點和難點內(nèi)容之一。分子軌道理論是指當原子組合成分子時，原來專屬于某個原子的電子將在整個分子范圍內(nèi)運動，其軌道也不再是原來的原子軌道，而成為整個分子所共有的分子軌道。關(guān)于分子軌道的概念非常抽象，單純從理論和數(shù)學(xué)的角度學(xué)生難以理解[3，4]。如果能夠結(jié)合量子化學(xué)軟件將分子軌道圖形化，有助于學(xué)生深入理解該理論。以苯分子的分子軌道計算為例，簡單說明量子化學(xué)在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。苯分子中有6個碳原子，6個π電子。這6個π電子雜化成6個π型分子軌道，其中三個成鍵軌道三個反鍵軌道。圖3是通過Gaussian 09軟件，在B3LYP/6-31G*水平計算得到苯分子的所有π型軌道，并通過GaussView可視化軟件，將這6個π軌道顯示出來。從圖3中可以看出，這6個π型分子軌道的節(jié)面數(shù)分別是0，1，2或3。這6個π型軌道共有四個能級，節(jié)面為1和2的分子軌道，分別有兩個簡并能級。

4.溶劑化顯色效應(yīng)的模擬及其機理解釋。溶劑分子能引起溶質(zhì)吸收帶的位置，強度，甚至譜線形狀的變化[5]。這種現(xiàn)象稱為溶劑化顯色現(xiàn)象。在從微觀結(jié)構(gòu)研究溶劑對噻吩類化合物結(jié)構(gòu)及性能影響方面，理論計算起著越來越重要的作用。圖4（a）展示了含時密度泛函（TD-DFT）方法計算得到的齊聚噻吩的吸收光譜圖，譜線按Lorentzian線形展開，從氣相到強極性的水溶液，聚噻吩的吸收光譜發(fā)生了紅移現(xiàn)象，與實驗現(xiàn)象一致。根據(jù)Frank-Condon原理，垂直激發(fā)通常伴隨著電荷的重新分布，因此激發(fā)過程可能會導(dǎo)致溶質(zhì)偶極矩和能量發(fā)生變化。基于此，我們采用完全活性空間自洽場方法（complete active space self-consistent field）CASSCF（12，10）/6-31G*方法分別計算了二噻吩氣相與溶液中基態(tài)和第一單重激發(fā)態(tài)的能量。如圖4（b）所示，隨著溶劑極性的增加，基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量均隨著溶劑極性增加而降低，但是激發(fā)態(tài)的能量降低的比基態(tài)的能量降低的要多一些，從而從本質(zhì)上解釋了噻吩吸收光譜發(fā)生紅移的原因[6]。

運用量子化學(xué)計算軟件Gaussian 09和可視化軟件GaussView，結(jié)合多媒體技術(shù)，將大學(xué)化學(xué)教學(xué)中抽象難懂的化學(xué)知識以一種形象、直觀、易于理解的形式呈現(xiàn)出來，有利于學(xué)生更加深入形象地理解化學(xué)知識，還能提高學(xué)習(xí)效率，對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣具有顯著的促M作用，取得了良好的教學(xué)效果，同時也豐富了大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)的方法。

參考文獻：

[1]Lewars，E. Computational Chemistry-Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics，Kluwer Acadamic Publishers：New York，Boston，Dordrecht，London，Moscow，2004：1-5.

[2]Frisch，M. J. et al.，Gaussian 09，Revision A. 02，Gaussian，Inc.，Wallingford，CT，2009.

[3]李延偉，姚金環(huán)，楊建文，申玉芬，鄒正光.量子化學(xué)計算軟件在物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012，（5）.

[4]劉楊先.量子化學(xué)Gaussian軟件在“燃燒學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程教材改革，2012，（19）：41-42.

第2篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

大氣污染是人類無法逃避、日趨嚴重的環(huán)境問題，威脅著億萬民眾的健康和生活環(huán)境。從分子水平上理解大氣二次污染物形成機理是預(yù)防、控制和治理大氣污染的重要基礎(chǔ)。在這方面，基于電子結(jié)構(gòu)計算和動力學(xué)模擬的理論研究有其獨特的優(yōu)勢。由于機理過程涉及光誘導(dǎo)的超快反應(yīng)，如何開展多尺度計算模擬，目前還面臨諸多挑戰(zhàn)。在擬開展的工作中，我們將發(fā)展和應(yīng)用高精度的量子化學(xué)計算方法、非絕熱的速率和動力學(xué)理論；建立適合大氣復(fù)雜環(huán)境的量子力學(xué)和分子力學(xué)組合的計算模型；研究系列揮發(fā)性有機物形成光化學(xué)煙霧的分子機理，發(fā)現(xiàn)并解決光化學(xué)煙霧形成過程中的一些重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題，為預(yù)防、控制和治理大氣光化學(xué)污染提供理論依據(jù)和有意義的指導(dǎo)。

空氣污染已經(jīng)成為全世界居民生活中一個無法逃避的問題，威脅著億萬民眾的健康和生活環(huán)境。改革開放30多年來，中國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長和日益加快的城市化進程，也讓空氣污染問題變得越來越嚴重。

空氣污染是大氣中污染物濃度達到一定有害程度，破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生活條件，對人和物造成危害的現(xiàn)象?？諝馕廴疚锏姆N類繁多，按照產(chǎn)生方式的不同主要分為一次和二次污染物。一次污染物指直接從污染源排放的污染物質(zhì)，比如煤炭燃燒和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的粉塵、灰塵、二氧化硫等，以及機動車排放的氮氧化物、碳氫化合物等。二次污染物指排放到對流層中的一次污染物在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者光化學(xué)反應(yīng)形成的新的、毒性更強的污染物，光化學(xué)煙霧就是其中的一種。

光化學(xué)煙霧是指對流層中的碳氫化合物、氮氧化物、揮發(fā)性有機污染物等，在陽光的作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯、醛、酮、自由基、有機和無機酸等二次污染物產(chǎn)生的混合污染。光化學(xué)煙霧的最早認識來源于著名的“洛杉磯煙霧事件 ”。上世紀40年代，洛杉磯出現(xiàn)大量淡藍色煙霧，持續(xù)多天，誘發(fā)了一系列疾病，比如眼睛紅腫、流淚等，并造成大量人員死亡。此后，在北美、日本、澳大利亞和歐洲部分地區(qū)也先后出現(xiàn)類似光化學(xué)煙霧。我國于1972年在蘭州西固石油化工區(qū)首次發(fā)現(xiàn)光化學(xué)煙霧。近30年來，隨著我國城市交通需求和汽車保留量急劇增多，機動車尾氣污染迅速加重，在一些城市出現(xiàn)光化學(xué)污染的現(xiàn)象日趨增多，嚴重威脅了當?shù)鼐用竦慕】岛蜕?。另一個方面，光化學(xué)煙霧最后生成大量臭氧，會增加大氣的氧化性，導(dǎo)致大氣中的碳氫化合物、氮氧化物、揮發(fā)性有機污染物被氧化并逐漸凝結(jié)成顆粒物，從而加大了大氣中懸浮微粒顆粒物的濃度，這是造成大氣霧霾的源頭之一。因為光化學(xué)煙霧的危害比一次污染物更加嚴重，所以如何預(yù)防、控制和治理光化學(xué)煙霧已經(jīng)成為一個全球性的嚴峻的環(huán)境問題，特別是對于發(fā)展中國家的中國來說。毫無疑問，在提出高效、可行的大氣治理措施前，我們必須首先從源頭掌握光化學(xué)煙霧的形成機制，尤其是二次氣態(tài)污染物的形成機制，對癥下藥。

我國的大氣污染問題已經(jīng)十分嚴峻，有效地改善空氣質(zhì)量需從源頭出發(fā)，了解空氣中存在哪些污染物以及它們之間是如何相互作用產(chǎn)生各種二次污染物及二次氣溶膠的。在提出科學(xué)可行的控制和治理光化學(xué)煙霧污染技術(shù)和措施前，必須從分子水平上理解光化學(xué)煙霧形成的分子機理。正如芬蘭赫爾辛基大學(xué) Kulmala 教授在《自然》雜志中寫到的，“改善中國城市和家庭中的空氣質(zhì)量需要對空氣污染物之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有更深刻的理解，需要知道有哪些污染物存在以及它們之間如何相互作用產(chǎn)生二次污染?！?/p>

光化學(xué)煙霧形成的分子機理研究是一項難度大且十分復(fù)雜的課題。盡管隨著激光、分子束和時間分辨的超快光譜等現(xiàn)代實驗技術(shù)的飛速發(fā)展，實驗學(xué)家已能從基元反應(yīng)的層面上討論自由基和光化學(xué)反應(yīng)的微觀機制，但是，由于實驗的種種困難和限制，一些重要的微觀反應(yīng)信息比如過渡態(tài)和中間體的電子和幾何結(jié)構(gòu)很難通過實驗測量，同時實驗測量大氣條件下的光化學(xué)反應(yīng)以及隨壓力變化的化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)也面臨挑戰(zhàn)。因此，僅僅依靠外場檢測和煙霧腔實驗等，很難在分子水平上理解污染物的形成機制以及反應(yīng)的動力學(xué)過程，必須依靠高精度的量子化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計算。在這方面，量子化學(xué)計算體現(xiàn)出了“價值”。它能夠計算過渡態(tài)的性質(zhì)，評判反應(yīng)通道的可行性，也可直觀形象地描述反應(yīng)過程中涉及的短壽命中間體的詳細信息等。

第3篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

第九屆中國青年女科學(xué)家獎評審會評語：

馬晶發(fā)展量子化學(xué)與分子模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究材料分子的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，在化學(xué)、物理及材料方面取得高水平的成果，瞄準前沿科學(xué)領(lǐng)域，理論結(jié)合實驗，設(shè)計新型“分子開關(guān)”等材料。

馬晶寄語青年人：

興趣是最好的老師，多去閱讀文獻和資料，多去發(fā)現(xiàn)和感受一些美妙的事情。如果將化學(xué)分子做成圖像，那么這個圖將會非常漂亮，見到的人很有可能會對它一見鐘情。仔細觀察這些分子，總會有一個能打動你。

材料科學(xué)的發(fā)展給我們的生活帶來了無數(shù)可能性，以前存在于科幻小說之中的各種奇特的電子產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)是日常生活中的一部分。而材料科學(xué)家更希望把計算機里面的元器件都變成有機分子，這樣，計算機不僅會非常輕巧，而且還能更方便地實現(xiàn)人機互動。

但在開發(fā)新材料時，如果只是總結(jié)前人經(jīng)驗，借鑒自然界已有的物種，進行實驗摸索，就會有一定的盲目性。這個時候，如果有理論指導(dǎo)，就可以省去很多繁瑣的嘗試、失敗和總結(jié)經(jīng)驗的過程。這就是理論研究的動因與意義。

所有材料都是分子的聚合體，它們涉及大量分子的聚集行為，包含了錯綜復(fù)雜的分子間相互作用，這一直是理論化學(xué)研究的難題。傳統(tǒng)的高精度量子化學(xué)計算方法能處理的分子尺度很小，只能夠描述中小分子的光、電、磁等性質(zhì)及分子化學(xué)反應(yīng)的過程；而分子模擬技術(shù)基于經(jīng)典力學(xué)和統(tǒng)計原理，雖然可應(yīng)用于較大的時間與空間尺度，但只能描述分子聚集體的形貌或表面結(jié)構(gòu)，無法描述電子轉(zhuǎn)移和化學(xué)鍵的變化。

從2004年開始，馬晶和她的學(xué)生們就開始嘗試將這兩個不同層次的方法結(jié)合起來，使其優(yōu)勢互補：通過分子模擬得到分子聚集體的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，通過量子化學(xué)計算，得到發(fā)生反應(yīng)的關(guān)鍵基團的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。馬晶以這種方式構(gòu)架起了一座橋梁，連通了復(fù)雜體系的微觀結(jié)構(gòu)和實驗測定中這些體系所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，對化學(xué)研究有著重要的指導(dǎo)意義：這樣，材料科學(xué)家們就能夠清楚了解功能高分子材料的物理化學(xué)本質(zhì)，從而結(jié)合實驗，不斷設(shè)計出新材料，為人類所用。

除此之外，馬晶還有一個夢想：理論設(shè)計出一些分子開關(guān)。在一定情況下，比如通電或光照后，有機分子能夠跟生物分子結(jié)合，消除電場等外部條件后，結(jié)合又不會發(fā)生，這樣就可以檢測電信號或者其他信號，讓生物學(xué)家多一種研究利器。馬晶認為，材料涉及生活與科研的各個領(lǐng)域，材料的發(fā)展能將科幻變成現(xiàn)實，而理論研究則是根基。

馬晶的父母是在高校從事教學(xué)與科研工作的老師，受他們的影響，馬晶在上幼兒園的時候就夢想成為一名引領(lǐng)學(xué)生探索科學(xué)奧秘的老師。小時候，馬晶的爸爸經(jīng)常帶著她去實驗室參觀，顯微鏡下的微觀組織令她著迷。馬晶的父母也經(jīng)常帶她去爬山，接觸大自然，在培養(yǎng)馬晶堅韌性格的同時，也讓她對周圍的世界充滿好奇。

馬晶一再強調(diào)興趣的重要性。因為興趣，她從碩士階段開始，選擇了自己喜歡的物理化學(xué)領(lǐng)域，并且在大學(xué)期間同時輔修了電子系的無線電技術(shù)和計算機等第二學(xué)位課程，努力構(gòu)筑寬闊的知識架構(gòu)。

馬晶認為，作為一名老師，職責就是要鼓勵學(xué)生去尋找自己感興趣的課題，并幫助他們解決在研究課題過程中遇到的困難，讓他們從中得到成長，幫助學(xué)生實現(xiàn)他們自己的夢想。

第4篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

一直以來，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系有著重視化學(xué)實驗教學(xué)改革的優(yōu)良傳統(tǒng)。20世紀70年代末，由復(fù)旦大學(xué)等14所學(xué)校合作編寫的《物理化學(xué)實驗》教材在國內(nèi)廣受好評，影響深遠。20世紀90年代，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系對大學(xué)本科的化學(xué)課程體系進行了改革，逐步形成以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心、以技術(shù)要素為主線的新實驗教學(xué)體系及相應(yīng)管理機制[1，2]。2000年前后，復(fù)旦化學(xué)系根據(jù)化學(xué)實驗的特點，本著“統(tǒng)籌管理、優(yōu)化資源、避免重復(fù)和遺漏”的原則，將涉及儀器操作類的基礎(chǔ)實驗課程“儀器分析實驗”和“物理化學(xué)實驗”融合為“儀器分析和物理化學(xué)實驗”，那時實驗教學(xué)中心在世行貸款和學(xué)校配套資金支持下，購置了一批在當時屬于先進的儀器用于教學(xué)，使得化學(xué)實驗條件得到大幅度改善，教學(xué)質(zhì)量和水平因此得到保障和提高。

隨著時代和學(xué)科的發(fā)展，我系的物理化學(xué)實驗教學(xué)逐漸暴露出一些不足。一方面大部分實驗儀器設(shè)備相對落后，如電化學(xué)分析工作站、氣相色譜儀、原子發(fā)射光譜儀等設(shè)備都已使用了10～15年。這些儀器性能不夠穩(wěn)定，測量出的實驗數(shù)據(jù)誤差大，得不到理想的實驗結(jié)果，這樣直接削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的積極性。另一方面是實驗內(nèi)容更新速度慢，滯后于科學(xué)研究發(fā)展的步伐。物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展也使得一些原本屬于專門化或綜合實驗內(nèi)容的高級技術(shù)和儀器成為基礎(chǔ)物理化學(xué)實驗的常規(guī)技術(shù)和設(shè)備，在當前科研中發(fā)揮重要作用的常規(guī)表征手段至今沒有相應(yīng)的教學(xué)實驗開設(shè)，而且復(fù)旦大學(xué)物理化學(xué)教學(xué)團隊早在1999年就開設(shè)了以結(jié)構(gòu)分析和表征為主線，集原理、儀器使用和解譜為一體的“譜學(xué)導(dǎo)論”理論課，導(dǎo)致理論教學(xué)與實驗教學(xué)有較大的脫節(jié)。同時本系科研實力的快速提高、學(xué)科建設(shè)、師資優(yōu)化和研究生生源的增長需求對本科學(xué)生的科研素質(zhì)提出了新要求，一些操作簡單、內(nèi)容單薄的驗證性實驗顯然不能滿足這些要求。在這樣的形勢下，物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容如何設(shè)置，成為我們面臨的又一重要課題。經(jīng)過多次調(diào)研和討論，我們對物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)置有了一些初步實踐與設(shè)想，希望能與國內(nèi)同行共同探討。

二、物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計

本課程內(nèi)容的設(shè)置將充分依托本系學(xué)科優(yōu)勢，在“銜接前沿、兼顧基礎(chǔ)”的原則下，更新、升級、完善和補充大型儀器類實驗。同時在完成經(jīng)典傳承的基礎(chǔ)上，加大綜合性、設(shè)計性、研究性實驗的比例，以求拓寬學(xué)生專業(yè)面、增強適應(yīng)性。更希望通過本課程教學(xué)內(nèi)容的實施和開展，讓學(xué)生了解和掌握一定的前沿技術(shù)、技能以及思考、解決問題的方法，促進學(xué)生探索能力、科研創(chuàng)新能力的發(fā)展，提高學(xué)生的綜合能力。

在上述思想的指導(dǎo)下，我們經(jīng)過對國內(nèi)部分高校的物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)研和對比，并結(jié)合本系的實際情況，進行如下改革。

1.更新儀器設(shè)備，推動傳統(tǒng)實驗內(nèi)容的更新優(yōu)化

對目前開設(shè)的多個實驗的老舊設(shè)備進行更新，取得了明顯的效果。

比如，差熱分析實驗是一個經(jīng)典的研究物質(zhì)在受熱或冷卻時產(chǎn)生的物理和化學(xué)的變遷速率和溫度以及所涉及的能量和質(zhì)量變化的熱分析實驗。本系原有的實驗設(shè)備，是20世紀70年代老師們自己動手搭建的，從冰水浴、自制熱偶、加熱爐到記錄筆、溫控儀的連接，都需要學(xué)生動手完成，由于各配件年代久遠，數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性、分辨率都不理想，而且經(jīng)常出現(xiàn)某一部件“罷工”的尷尬局面，導(dǎo)致實驗無法順利進行。近年來，熱分析技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善，使得熱分析的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，研究對象不斷增加，在無機、有機、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、塑料、橡膠、能源、建筑、生物及空間技術(shù)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[3]。開展熱分析類的教學(xué)實驗，不僅具有課堂理論意義，也具有非常強的應(yīng)用背景，國內(nèi)許多高校開設(shè)熱分析教學(xué)實驗，但具體實施的方案各不相同。經(jīng)過考察，我們購置了性能較好的熱重天平，此儀器采用較先進自動化技術(shù)和精密的機械制造工藝，將機械結(jié)構(gòu)、機電控制和氣氛控制集于一體，一定程度上改善了傳統(tǒng)熱分析儀器笨重外形。性能優(yōu)良的溫度控制軟件和界面，全面的熱動力參數(shù)分析功能，將熱重分析TG、微商熱重法DTG與差熱分析DTA結(jié)合為一體，在同一次測量中利用同一樣品可同步得到熱重、微商熱重與差熱數(shù)據(jù)。這樣一來，實驗簡便快捷，而且數(shù)據(jù)可靠直觀。為克服實驗內(nèi)容相對單薄的問題，我們重新設(shè)計實驗方案，學(xué)生除了驗證已知樣品受熱過程中的吸放熱情況，還可以觀測不同升溫速率下吸放熱情況的變化，進而研究樣品受熱過程中相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)，例如根據(jù)不同升溫速率下五水硫酸銅失水峰的峰頂溫度與升溫速率進行數(shù)學(xué)處理，便可以計算熱分解的活化能。在問題與思考環(huán)節(jié)中，啟發(fā)學(xué)生通過文獻查閱，對熱分析方法進行更全面的了解，有了這樣的技術(shù)和知識儲備，將來需要分析其他樣品受熱過程中物相變化、吸放熱等問題時，很容易找到解決方案。

此外，對氣液色譜法測定非電解質(zhì)溶液熱力學(xué)函數(shù)的實驗也更換了最新型號的氣相色譜儀。所有的溫度、壓力、流量以及其他參數(shù)的設(shè)定和顯示均可以在電腦軟件界面上進行，大大方便了學(xué)生的實驗操作，而且對了解目前的主流色譜有了感官認識。最為關(guān)鍵的是，數(shù)據(jù)重復(fù)性得到了極大的提高，以前需要重復(fù)進樣近10次才能得到3次相對誤差較小的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在只需進樣3次就可滿足要求，對操作難度的要求大大降低，數(shù)據(jù)也與文獻值吻合較好，得到了同學(xué)們的認可。

涉及電化學(xué)測量的實驗，目前全部采用電化學(xué)工作站進行。由于是軟件界面控制，重現(xiàn)性較好，出現(xiàn)故障也很容易判斷。這些改進與以前的電壓、電流表顯示相比，優(yōu)勢明顯，而且對本科生繼續(xù)從事電化學(xué)相關(guān)研究起到了較好的鋪墊作用。

2.增開研究性實驗，加強對學(xué)生技術(shù)技能的培養(yǎng)

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，物理化學(xué)實驗內(nèi)容最欠缺的是科學(xué)研究領(lǐng)域中的前沿成果在教學(xué)中的體現(xiàn)，而學(xué)生能力培養(yǎng)上較欠缺的是現(xiàn)代表征儀器的操作技術(shù)。因此，與前沿研究相關(guān)的實驗內(nèi)容的設(shè)置，是我們此次實驗教學(xué)內(nèi)容更新的重點。

我們引入負載型催化劑的多相催化實驗。隨著催化技術(shù)的發(fā)展，由于多相催化劑具有易回收利用、產(chǎn)物易分離等特點，在石油化工等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，讓學(xué)生了解和掌握一定的多相催化技術(shù)和知識顯得尤為重要，國內(nèi)浙江大學(xué)和南京大學(xué)化學(xué)系的本科生物理化學(xué)實驗中都涉及相關(guān)的實驗內(nèi)容。我們開設(shè)了負載貴金屬催化劑液相催化苯甲醇氧化的實驗，通過本實驗，希望學(xué)生理解多相催化操作中的基本要求、評價活性優(yōu)劣的基本方法、影響催化活性的外界因素、完成活性測試的定量分析手段等內(nèi)容，再通過數(shù)據(jù)處理與分析，了解更多的與催化相關(guān)的動力學(xué)和熱力學(xué)知識與技術(shù)。

3.引入物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征方面的實驗內(nèi)容

現(xiàn)在科學(xué)研究中，物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的揭示，離不開大型儀器。自19世紀倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線以來，X射線衍射被迅速地應(yīng)用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征，它可以用在研究體積很大的對象，譬如人體骨骼，還可以表征很小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，譬如蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)[4]。由于波長短，X射線有很強的穿透性，在分子及原子級的材料結(jié)構(gòu)研究當中應(yīng)用尤為廣泛?，F(xiàn)代X射線技術(shù)在研究未知結(jié)構(gòu)和新材料中已經(jīng)成為一個有力的工具，比如本系多個課題組制備的各種單晶新材料，其結(jié)構(gòu)解析就離不開X射線單晶衍射儀。作為重要的物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征手段，理論課堂上也做了深入的介紹，但由于硬件條件的限制，本系本科生一直沒有機會動手操作X射線衍射儀。

多孔固體材料最早發(fā)現(xiàn)于19世紀90年代，因其獨特的結(jié)構(gòu)特性而在催化、吸附、分離和儲能等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注，表面狀態(tài)和孔結(jié)構(gòu)直接影響其性能，所以多孔固體材料的比表面積和孔徑分布是研究固體材料的必要數(shù)據(jù)。本系多個課題組在介孔、微孔材料的制備研究中，一直離不開比表面積測試儀對樣品基本性質(zhì)的測定，也正因如此，本系多套比表面積測試儀均難以勻出機時用于本科教學(xué)。

通過努力，現(xiàn)在我們購置了4臺比表面積測試儀，并借用本系X射線粉末衍射儀科研機時，用于本科生的教學(xué)實驗。先讓學(xué)生通過不同方法制備銅鋯復(fù)合氧化物材料，并對這些樣品進行X射線粉末衍射和比表面積測定，最后通過數(shù)據(jù)處理，分析了解不同的制備因素對材料基本性質(zhì)的影響，了解BET多分子層吸附理論的基本假設(shè)和BET法測量固體比表面的基本原理，掌握X射線粉末衍射方法的基本原理、技術(shù)和物理吸附儀的工作原理、使用方法，并借此掌握一定的材料常規(guī)表征實驗技能技巧。

三、未來設(shè)想

近年來，隨著世界環(huán)境問題的日益嚴重，光催化在環(huán)境污染物降解中已成為研究熱點[5]。最近我們還將開設(shè)TiO2光催化廢水降解實驗，這個實驗是有效治理環(huán)境污染技術(shù)的典型代表。納米TiO2由于其化學(xué)性能穩(wěn)定、抗菌性能好以及在有機物降解過程中無二次污染等優(yōu)良性質(zhì)，成為環(huán)境污染治理領(lǐng)域中的重要光催化劑，在光催化領(lǐng)域得到了廣泛研究。TiO2的結(jié)構(gòu)形貌對其光催化活性有很大的影響，通過本實驗，希望學(xué)生了解環(huán)境污染與防治的相關(guān)知識，并能從結(jié)構(gòu)形貌與光量子效率間的關(guān)系理解影響光催化活性的因素，同時理解光催化降解效率的衡量指標等知識和技能。

從培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)技能的角度看，現(xiàn)代物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)表征方面涉及的內(nèi)容還遠不夠，將來還計劃開設(shè)銅鋯復(fù)合氧化物或者負載貴金屬樣品表面的CO吸附紅外光譜測定、核磁共振測定液相反應(yīng)速率常數(shù)等相關(guān)內(nèi)容。希望通過系列動力學(xué)活性測試以及相應(yīng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征方面實驗的開展，讓學(xué)生對功能材料樣品制備技術(shù)、物質(zhì)基本性質(zhì)表征以及樣品性質(zhì)與性能之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)有所了解。更希望學(xué)生通過這一系列的訓(xùn)練，對科學(xué)研究過程有所了解，為他們開展系列校內(nèi)科技創(chuàng)新項目打下基礎(chǔ)，有利于他們今后的繼續(xù)深造或工作。

第5篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

Ab Initio Molecular

Dynamics

Basic Theory and Advanced Methods

2009；584pp

Hardback

ISBN9780521898638

D. Marx等著

從頭計算分子動力學(xué)方法或稱為第一原理分子動力學(xué)，是對分子作經(jīng)典與量子混合處理的一種方法，其基本思想最早是由Paul Enrenfest 提出來的，他把原子核視為經(jīng)典粒子而把電子仍作為量子對象，實質(zhì)是一種平均場理論。其后，發(fā)展成著名的BornOppenheimo "絕熱分子動力學(xué)"，廣泛地應(yīng)用于量子化學(xué)和一些少體問題的研究工作。1985年R.Car 和M. Parrinello 把兩者的優(yōu)點以優(yōu)化的方法結(jié)合起來，極大地提高了這一方法的應(yīng)用能力和使用范圍，因而受到普遍的重視。

從頭計算分子動力學(xué)通過統(tǒng)一處理分子動力學(xué)和電子結(jié)構(gòu)理論把密度泛函理論和分子動力學(xué)方法有機地結(jié)合，使復(fù)雜分子體系和過程，包括化學(xué)反應(yīng)以及電子的極化效應(yīng)和化學(xué)鍵的本質(zhì)等實際的計算機模擬領(lǐng)域發(fā)生了革命性改變。

本書第一次提供了這一快速增長領(lǐng)域涉及的方法及其廣泛的應(yīng)用范圍，從基礎(chǔ)理論直到先進的方法給出了協(xié)調(diào)一致的闡述，堪稱是對研究生和研究人員的一部極具吸引力的教材。它包含了各種從頭分子動力學(xué)技術(shù)的系統(tǒng)推導(dǎo)，使讀者能理解常用的方法，評估它們的優(yōu)點和缺點。本書還討論了廣泛使用的CarParrinello方法的特點，糾正了目前在研究文獻中發(fā)現(xiàn)的各種錯誤。

此外，本書還詳細地介紹了一些用于典型平面波的電子結(jié)構(gòu)編碼和程序設(shè)計的、使該領(lǐng)域的初學(xué)者容易理解并普遍使用的程序包，并使開發(fā)人員能夠方便地改進它們的代碼及添加新的功能。

除了前言和第1章開場白“為什么需要從頭計算分子動力學(xué)”之外，本書的內(nèi)容分為三大部分共10章，第一部分基本技巧，含第2-4章，2. 入門：統(tǒng)一MD和電子結(jié)構(gòu)；3. 實現(xiàn)：使用平面波的基；4. 用平面波處理原子：精確的贗勢。第二部分高級技巧，含第5-8章，5.超出標準的從頭計算分子動力學(xué)；6. 超越保模贗勢；7. 計算性能；8. 并行計算。第三部分應(yīng)用，含第9-11章，9. 從材料到生物分子；10. 來自于從頭模擬的一些性能； 11. 展望。

這是一部內(nèi)容十分新穎豐富且實用性很強的高水平教材。作者們敘述的內(nèi)容盡可能詳盡，特別注重一些使用的技巧和難點的分析討論。對于從事與分子動力學(xué)相關(guān)的教學(xué)與科研人員、高年級大學(xué)生和研究生是一本很好的參考書。

丁亦兵，

教授

(中國科學(xué)院研究生院)

第6篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

現(xiàn)如今，我國大部分理工科以及師范院校都設(shè)置了物理學(xué)專業(yè)，非物理專業(yè)的也都把大學(xué)物理課當作一門必修課來開設(shè)。但許多人都說物理難學(xué)，那么，如何才能學(xué)好大學(xué)物理課程？本文從以下幾個方面加以論述：

一、掌握足夠的數(shù)學(xué)工具

想學(xué)好物理學(xué)，扎實的數(shù)學(xué)功底是必須的。高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、數(shù)理方程和線性代數(shù)，這四門數(shù)學(xué)課都是相當基礎(chǔ)的課程，對于學(xué)好物理的重要性不必多說。但僅僅滿足于教材的內(nèi)容是不夠的，想學(xué)物理的人應(yīng)當學(xué)一些更高深的課程。

高等數(shù)學(xué)由于教學(xué)時間所限，對很多“古典分析”中的問題沒有涉及。建議大家看看北京大學(xué)張筑生寫的《數(shù)學(xué)分析新講》，內(nèi)容充實。配套的還有北京大學(xué)的《數(shù)學(xué)分析習(xí)題集》，里面的題數(shù)量、質(zhì)量俱佳，可以花一年左右的時間好好研讀。

復(fù)變函數(shù)課程應(yīng)著重于它的應(yīng)用，這當中有許多定理在數(shù)學(xué)分析中有對應(yīng)，學(xué)習(xí)起來并不困難。此時，建議去學(xué)復(fù)變函數(shù)中“古典分析”之外的理論，作為進一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

關(guān)于線性代數(shù)，在學(xué)習(xí)中可以參看王萼芳和丁石孫的《高等代數(shù)》。這是清華高等代數(shù)課程的教材，以古典的方法講授了“古典代數(shù)”的全部內(nèi)容，習(xí)題也很豐富，仔細學(xué)下來很有好處。

數(shù)學(xué)物理方程，可看希爾伯特和柯朗的《數(shù)學(xué)物理方法》。這套書寫得很精粹，很全面。對于掌握了“古典分析”和“古典代數(shù)”的同學(xué),可借此來復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)到的幾乎全部內(nèi)容，更重要的是這本書中的許多內(nèi)容已經(jīng)涉及了現(xiàn)代數(shù)學(xué)的內(nèi)容。

二、各個物理分支課程的學(xué)習(xí)

學(xué)物理應(yīng)當從普通物理學(xué)入手，通過普通物理，可以感受到什么是物理，從而真正入門。力學(xué)可以選物理系的教材，那套綠色封皮的《力學(xué)與熱學(xué)》的上冊。熱學(xué)選擇《力學(xué)與熱學(xué)》的下冊，這套書淺顯易懂，內(nèi)容全面，是初學(xué)物理的好書。同時，北京師范大學(xué)出版的漆安慎、杜嬋英編著的《力學(xué)》也可作為學(xué)習(xí)參考。

至于四大力學(xué)，雖然是物理的一個核心，但對于初學(xué)物理的人，可以說是高深莫測，很難在四年之內(nèi)學(xué)完它們，就算勉強學(xué)完了也不會精通。對于物理學(xué)學(xué)士而言，能精通經(jīng)典力學(xué)和電動力學(xué)之一已經(jīng)很不容易了。經(jīng)典力學(xué)可以選朗道的《經(jīng)典力學(xué)》，從朗道對拉氏量的討論中可以發(fā)現(xiàn)，理論物理完全不是我們以前所認識的理論物理。電動力學(xué)選擇郭碩鴻的《電動力學(xué)》就可以了，電動力學(xué)學(xué)好了，再去學(xué)習(xí)電子工程類的電磁場理論就不會感到困難；經(jīng)典力學(xué)學(xué)好了，學(xué)習(xí)機械類的振動理論會很輕松，這些內(nèi)容對于一個本科生已經(jīng)足夠了。

如果打算繼續(xù)學(xué)習(xí)物理，那么就得學(xué)習(xí)物理學(xué)中最困難的量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)了。量子力學(xué)實際上是一種量子理論，它所包含的內(nèi)容極廣，從本科三年級學(xué)生學(xué)的一維無限深勢阱，到超弦可以說都是量子理論。量子力學(xué)大致分兩個層次——非相對論的量子力學(xué)以及量子場論和量子規(guī)范場論。對于前者，狄拉克在1937年寫過著名的《量子力學(xué)的原理》。這本書會告訴你，量子力學(xué)不僅僅是薛定鍔方程，而是一組原理。從原理出發(fā)，而不是從具體問題出發(fā)。但是狄拉克的書練習(xí)太少，學(xué)習(xí)者不妨參考曾謹言的《量子力學(xué)Ⅰ》《量子力學(xué)Ⅱ》和《量子力學(xué)習(xí)題集》，多做些習(xí)題，打打基礎(chǔ)。但是，我們所學(xué)的量子力學(xué)，從數(shù)學(xué)角度講是“形式的”和“未經(jīng)證明的”，并不可以與經(jīng)典力學(xué)和電動力學(xué)相提并論，但是有一本

《Quantum Physics》對此進行了詳細的討論。書里面的內(nèi)容是量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。搞理論物理的人應(yīng)當學(xué)一學(xué)。

第7篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

五大特點是

（1）化學(xué)家對物質(zhì)的認識和研究，從宏觀向微觀深入。20世紀以來，化學(xué)家已用實驗打開原子大門，深入地了解原子內(nèi)部的情況，并且用量子理論探討原子內(nèi)的電子排布、能量變化等。就是對復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)來說，也可以測量反應(yīng)機理，了解反應(yīng)過渡態(tài)的情況以及分子、原子間能量的交換。

（2）從定性和半定量化向高度定量化深入。雖然近代化學(xué)也曾廣泛地使用各種定量化工具，但是還只能說停留在定性和半定量化水平。本世紀60年代后，電子計算機大規(guī)模地引進化學(xué)領(lǐng)域，用它來計算分子結(jié)構(gòu)已取得巨大的成功。如今任何化學(xué)論文如無詳盡的定量數(shù)據(jù)就難以發(fā)表，發(fā)表了也難取得公認。而且如今化學(xué)實驗的精密度愈來愈高，幾乎所有儀器都是定量化的，有的還用電子計算機來控制。

（3）對物質(zhì)的研究從靜態(tài)向動態(tài)伸展。近代化學(xué)對物質(zhì)的研究基本上停留在靜態(tài)的水平或從靜態(tài)出發(fā)，推出一些動態(tài)情況。例如，從熱力學(xué)定律出發(fā)，通過狀態(tài)函數(shù)的變化，從始態(tài)及終態(tài)情況推斷反應(yīng)變化中一些可能情況?，F(xiàn)代化學(xué)已擺脫這種間接研究推理，而采用直接的方法去了解或描述動態(tài)情況，特別是激光技術(shù)、同位素技術(shù)、微微秒技術(shù)、分子束技術(shù)在現(xiàn)代化學(xué)里的大規(guī)模應(yīng)用?；瘜W(xué)家目前已能了解皮秒內(nèi)微粒運動的情況，反應(yīng)中化學(xué)鍵的斷裂以及能量交換等情況。特別值得一提的是有關(guān)動態(tài)薛定諤方程的研究，一旦成功它將會為動態(tài)研究開辟光輝前景。

（4）由描述向推理或設(shè)計深化。近代化學(xué)幾乎全憑經(jīng)驗，主要通過實驗來了解和闡述物質(zhì)。雖然也有一些理論如溶液理論、結(jié)構(gòu)理論等可以指示研究方向，但總體來說近代化學(xué)基本上是描述性的。原來化學(xué)中四大學(xué)科（無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)）彼此存在很大獨立性。然而現(xiàn)代化學(xué)已打破傳統(tǒng)的界限，化學(xué)不僅自身各學(xué)科相互滲透，而且跟物理、生物、數(shù)學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科相互交融和滲透。特別是近年量子化學(xué)的發(fā)展，已滲透到各學(xué)科，使化學(xué)擺脫歷史傳統(tǒng)，可以預(yù)先預(yù)測和推理，然后用實驗來驗證或合成。例如，當今許多高難度的合成工作都事先根據(jù)理論設(shè)計，然后決定合成路線。著名的維生素B12的合成工作就是一個典范，它標志著化學(xué)已從描述向設(shè)計飛躍。

（5）向研究分子群深入。近代化學(xué)對化學(xué)的研究通常只停留在一個或幾個分子間的作用。即所謂0級、1級、2級、3級反應(yīng)，對多分子的反應(yīng)是無能為力的。但是近代化學(xué)遠遠不能滿足實際需要了，特別是研究生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，就要研究多個分子甚至一大群分子間的反應(yīng)了。例如，一個活細胞內(nèi)往往需要幾十種酶作催化劑，同時催化許多化學(xué)反應(yīng)。因此研究分子群關(guān)系，已成為現(xiàn)代化學(xué)的一個特點。

現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展方向，一是化學(xué)向分子設(shè)計方向前進。分子設(shè)計就是說化學(xué)家像建筑師造房子那樣設(shè)計好再建造。由于電子計算機、各種能譜技術(shù)、微微秒技術(shù)、激光技術(shù)、同位素技術(shù)等在化學(xué)上的應(yīng)用，使分子設(shè)計逐漸趨向現(xiàn)實。上面說過的著名有機合成大師伍德沃德合成難度極大的維生素B12，就是按他創(chuàng)立的前沿軌道理論出發(fā)，計算后設(shè)計出最佳合成路線和原料配比，一舉成功并傳為佳話。目前全世界每年合成幾千種抗癌藥，大都是先設(shè)計好合成路線，而后進入生產(chǎn)的。

第8篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

核酸的秘密是怎么揭開的？是誰首先發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)？這一發(fā)現(xiàn)，被視為達爾文學(xué)說誕生以來生物學(xué)上的第二個偉大里程碑?？墒侨〉眠@一成果的，不是生物學(xué)家，而是物理學(xué)家。1944年，量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一、物理學(xué)家薛定鍔，首先提出了生物遺傳密碼的理論。不久，青年物理學(xué)家克里克與兩位生物化學(xué)家合作，把物理學(xué)原理運用于生物學(xué)，發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的秘密?！八街梢怨ビ?。”這又是一個有說服力的例證。

控制論創(chuàng)始人維納說：“在科學(xué)發(fā)展上可以得到最大收獲的領(lǐng)域，是各種已經(jīng)建立起來的部門之間的被人忽視的無人區(qū)。”維納說的“部門之間”，就是我們現(xiàn)在經(jīng)常聽說的“科學(xué)的邊緣”。

有科學(xué)的邊緣，就有邊緣科學(xué)。那么，這個邊緣科學(xué)是怎樣產(chǎn)生的呢？一是“移植”，即把一種學(xué)科的研究方法移植到另一種學(xué)科中去。比如，把物理學(xué)中的電子技術(shù)、微波技術(shù)、光譜技術(shù)等用于天文學(xué)的研究，便出現(xiàn)了新學(xué)科——射電天文學(xué)及光譜天文學(xué)。把激光技術(shù)用于生物學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究中，便產(chǎn)生了激光生物學(xué)、激光化學(xué)及激光醫(yī)學(xué)等。二是“雜交”，將原來不相同的兩種學(xué)科融合成一種新學(xué)科。比如物理化學(xué)，生物化學(xué)，量子化學(xué)等。這種雜交產(chǎn)生的新學(xué)科，特別在基礎(chǔ)科學(xué)研究方面有重大意義。

在具體的表現(xiàn)形式上，邊緣學(xué)科又分為幾種。例如“多邊緣復(fù)合式”，它突破了鄰近兩門學(xué)科結(jié)合的局限性，變成了多學(xué)科的邊緣科學(xué)。物理生物化學(xué)就是邊緣學(xué)科生物化學(xué)和生物物理學(xué)相互結(jié)合的產(chǎn)物。還有“大邊緣學(xué)科”，它橫跨學(xué)科上的幅度更大，是自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會科學(xué)的互相滲透所成。如技術(shù)經(jīng)濟學(xué)，社會醫(yī)學(xué)，環(huán)境科學(xué)，宇航心理學(xué)等等。

現(xiàn)在，著名的哲學(xué)家卡爾·鮑波爾與著名的神經(jīng)生理學(xué)家、諾貝爾獎金獲得者艾克爾斯合作，寫出了《自我及其大腦》一書，這件事在全世界引為美談。它標志著在科學(xué)的邊緣將會有更多的新成果誕生。不是嗎？電子計算機被用來研究莎士比亞的名著，美國也有人用電子計算機對我國古典名著《紅樓夢》的前八十回和后四十回進行分析。自然科學(xué)的一些新概念也被引進了社會科學(xué)：不僅熱力學(xué)中“熵”的概念進入了經(jīng)濟學(xué)，控制論中的“信息”、“反饋”等，也已經(jīng)變成自然科學(xué)和社會科學(xué)共同的名詞術(shù)語。這表明科學(xué)不斷走向綜合化，已是大勢所趨。

第9篇：量子化學(xué)基礎(chǔ)范文

研究背景

分子間相互作用的研究在新藥的合成與設(shè)計、晶體工程和材料的性質(zhì)的研究中也舉足輕重，其中小分子與DNA堿基的相互作用是具有代表性及研究意義的一類分子間相互作用。DFT方法是近年來比較流行的一種處理相互作用多粒子體系的量子化學(xué)似計算方法。通過對電子動能和勢能的平均化處理，借助變分法或數(shù)值方法，可以得到Schrōdinger方程的近似解，大大簡化了電子結(jié)構(gòu)的計算，且不受自旋污染的影響，在經(jīng)過對密度泛函理論的各種修正和擴充后，可以得到相當準確的體系各種性質(zhì)。一般地， DFT的計算量約與基函數(shù)個數(shù)的3次方成正比，大體與ab initio HF SCF方法的計算量相當?？梢哉f，它既克服了傳統(tǒng)的ab inito HF SCF方法難以考慮電子相關(guān)作用的缺點，又避開了CISD、CCSD（T）等方法處理較大體系耗費時間的不足。因此，DFT為研究較大的體系提供了一條可能的途徑。

甲酰胺-胞嘧啶（FC）復(fù)合物的相互作用能（ΔE）

在甲酰胺與胞嘧啶通過分子間氫鍵相互作用形成復(fù)合物時，相互作用能（ΔE）的大小直接影響所形成的復(fù)合物的穩(wěn)定性。我們在單體及復(fù)合物構(gòu)型優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對所得的四種復(fù)合物的相互作用能進行了計算。

從表中我們可以看出：在同一基組的情況下，ΔECP和ΔECP之間存在一定差異。造成這種結(jié)果的原因是：體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化計算后，直接計算體系的能量是存在一定的誤差的，這些數(shù)據(jù)與對應(yīng)的校正后的能量值是有一定的差異的。BSSE的變化范圍為1.53-2.15 kJ.mol-1，BSSE占作用能的比例為3.4-3.8%，說明了計算分子間相互作用能時進行校正是很有必要的。