量子化学和量子物理的区别

量子化学计算常见的近似模型

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。本文简要地介绍关于原子结构计算方面的一些基本模型。

关键字: 量子化学 量子 原子结构 近似模型

1 引文:量子化学在原子结构的计算方面有着重要的应用，本文简要地介绍了量子化学在原子结构自洽场的计算方面的一些近模型和常用的一些方法。 2 绝热近似（Born-Oppenheimer近似）

由于核的质量比电子的质量大得多，且电子的运动速度比核运动要快得多。迅速运动的电子总是可以跟上核运动所引起的微小势场的变化，所以在研究电子的运动时可以把原子核看作固定不动，把原子核作为固定的坐标系的原点。体系的能量看作二部分的能量之和。

绝热近似本质上忽略了核运动对电子的影响。在绝热近似下，氦原子的哈密顿量可

?22?22Ze2Ze2e2表示为H?- ?1-?2--?2m2mr1r2r12体系的能量本征方程： H??1,2??E??1,2?

3 电子的独立运动模型（单电子近似 轨道近似）

上述

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。Gauss

量子化学计算方法章永凡福州大学化学系 2009年2月

课程主要内容一、有限尺度体系(分子、团簇等)电子结构计算

方法-G03程序的使用 二、无限周期体系(一维链状化合物、二维层状化合物或固体表面、三维固体体相)电子结 构计算方法-VASP/CASTEP程序的使用主要参考资料: G03用户手册或G03的帮助文件 VASP程序用户手册 相应网址:

简

介

量子化学软件目的在于将量子化学复杂计算过程程序化，从而便于人们的使用、提高计算

效率并具有较强的普适性。绝多数量子化学程序是采用Fortran语言编

写的(Fortran 77或Fortran 90),通常由上万行语句组成。

计算原理

基于从头算或第一性原理方法 (ab initio/first principles) Gaussian、ADF、Dalton、Gamess、 Crystal、VASP、Wien、Dmol等 基于半经验或分子力学方法 MOPAC、EHMO、NNEW3等 有限尺度体系(分子、簇合物等) Gaussian、ADF、Dalton、 Gamess、MOPAC、EHMO等 无限周期重复体系(晶体、固体 表面、链状聚合物等) Crystal、NNEW3、VASP、 Wien等

软件分类研究对象

量子化学中的主要近似

量子化学中的主要近似：

1. 单Slater行列式近似

2. 自洽场近似

3. MO-LACO近似

各种近似表示列表： 零级 一级 高级

1. 波函数 单slater行列式 多行列式

稳定分子 CI CASSCF

2. Hamilton量 HF MP2，MP4 QCISD CASPT2

RHF，UHF CCSD

3. DFT 局域密度近似（LDA） GGA（B3LYP，BLYP，PBE）

4. MO-LCAO STO-3G 6-31g系列 aug-cc-pVDZ系列

量子化学软件在结构化学中的应用

摘要：本文针对结构化学理论性强、概念抽象等特点，探讨了两种新的教学方法，即用量子化学计算软件辅助教学，将抽象的分子结构、理论方法、原理等以生动的形象、具体的过程呈现在学生面前，使之大大提高学生的学习兴趣，以取得较好的教学效果。

关键字：HMO软件 Gaossian 结构化学 1.Gaussian软件 1.1 软件介绍

Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。高斯功能：过渡态能量和结构、键和反应能量、分子轨道、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径，计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。 1.2 计算并显示分子轨道

分子轨道理论是结构化学教学的重点内容之一。由于“分子轨道”中的轨道不同于经典物理中的轨道，指的是分子中的单电子波函数“φi”，即分子中每个电子都是在由各个原子核和其余电子组成的平

第29卷,第12期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析2009年12月　　　　　　　　　　　　SpectroscopyandSpectralAnalysisVol129,No112,pp332323326

December,2009　

六种香豆素类染料荧光光谱的量子化学研究

张　姝1,谢永红2,谭英雄1,陈国力1,廖显威1

11四川师范大学化学与材料科学学院,四川成都　61006621内江师范学院化学与生命科学学院,四川内江　641000

摘　要　采用量子化学半经验方法AM1对6种香豆素类染料的荧光光谱进行了理论研究。对各化合物优化

后的构型作了振动分析,均未出现虚频率。在此基础上,采用单激发组态相互作用方法(CIS)计算荧光光谱,所有计算结果与实验值基本吻合。

关键词　香豆素类染料;荧光光谱;量子化学;CIS中图分类号:O65713　　文献标识码:A　　DOI:1013964/j1issn1100020593(2009)1223323204

,,在此基础上利用单激

。

,选用20个高占据轨道和20个低占(以基态为参考态)共

801个组态(简记为20×20)。经过CIS方法计算,求得基态到各激发态的垂直跃迁能及相应的振动强度,此即电子光谱的理论计算值

２００７年第３期第９卷（总第４３期）

淮南师范学院学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＡＩＮＡＮＴＥＡＣＨＥＲＳＣＯＬＬＥＧＥ

Ｎｏ．３，２００７

ＧｅｎｅｒａｌＮｏ．４３，Ｖｏｌ．９

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量子化学；计算方法；应用

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］

［中图分类号］Ｏ６５

前言１、

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

从头计算方法，即进行全电子体系非相对论

量子力学是２０世纪最重要的科学发现之一。的量子力学方程计算。这种方法仅仅在非相对论

轨道近似这三个基在量子力学基础上发展起来的理论物理、量子化近似、Ｂｏｒｎ－Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍｅｒ近似、

学及相关的计算，为我们开辟了通向微观世界的本近似的基础上利用Ｐｌａｎｃｋ常数、电子质量和电又一个途径。以往我们只能在实验室，通过实验了量三个基本物理常数以及元素的原子序数，对分解化学反应的过程与结果，或通过仪器设备检测、子的全部积分严格进行计算，不借助任何经验或跟

学高二物理选修3-5导学案NO.43 时间2009/05/14 编制：陆秀娟 审核： 包科领导： 班级 学习小组 组内编号 姓名 组内评价 教师评价

17.1物理学的新纪元：能量量子化

案装订线内【学习目标】

1.知道黑体与黑体辐射的概念。学科网 2．了解微观世界中的能量量子化现象。

3．比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 【重难点】

对黑体与黑体辐射的理解 能量量子化的应用 【新课导入】

19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W.汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲到：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了。”他所说的第一朵乌云，主要是指A.迈克尔孙实验结果和以太漂移说相矛盾；他所说的第二朵乌云，就是指传统黑体辐射理论和实验现象无法复合的矛盾。谁也没有想到，正是这第二朵小小的乌云，引出了能量量子理论，开启了量子理论的先声，并彻底地改变了我们的世界。那

17.1物理学的新纪元：能量量子化

19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取 得了很大的成功：在机械运动方面不用 说，在分子物理方面，成功地解释了温 度、压强、气体的内能。在电磁学方面， 建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、 声----等都遵循的规律---能量转化与守恒 定律。当时许多物理学家都沉醉于这些 成绩和胜利之中。他们认为物理学已经 发展到头了。

1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言:

“科学的大厦已经基本完成， 后辈的物理学家只要做一些零碎 的修补工作就行了。”--开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈 只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点 后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家， 就在上面提到的文章中他还讲到：

“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令 人不安的乌云，----”

这两朵乌云是指什么呢？

一朵与黑体辐射有关，

一朵与迈克尔逊实验有关。

然而, 事隔不到一年(1900年底),就从第 一朵乌云中降生了量子论，紧接着 (1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。 经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学 发展到了一

练习二十六

班级______________学号____________姓名________________

练习 二十六 一、选择题

1． 下列哪一能量的光子，能被处在n=2的能级的氢原子吸收？ （ ） （A）1.50eV； （B）1.89eV； （C）2.16eV； （D）2.41eV； （E）2.50eV。 2． 光谱系中谱线的频率（如氢原子的巴尔末系） （ ） （A）可无限制地延伸到高频部分； （B）有某一个低频限制； （C）可无限制地延伸到低频部分； （D）有某一个高频限制； （E）高频和低频都有一个限制。

3． 关于辐射，下列几种表述中哪个是正确? （ ） （A）只有高温物体才有辐射； （B）低温物体只吸收辐射；

（C）物体只有吸收辐射时才向外辐射； （D）任何物体都有辐射。

4． 光电效应中光电子的初动能与入射光的关系是 （ ） （A）与入射光的频率成正比； （B）与入射光的强度成正比； （C）与入射光的频率成线性关系； （D）与入