量子化学基础00.ppt

量子化学及其应用Quantumchemistryanditsapplications第一章绪论WhatisQuantumChemistry?QuantumChemistryappliesquantummechanicstosolveproblemsinchemistry.OpenADoortoMolecularScience经典物理学Gibbs-Boltzman统计物理学Maxwell电磁理论Newton力学宏观物体运动遵循的规律微观物体运动遵循的规律——量子力学，被称为是20世纪三大科学发现（相对论、量子力学、DNA双螺旋结构）之一.电子的运动Schrodiger方程化学量子力学量子化学解释化学现象化学过程化学规律等第一节量子化学发展概况1925年，海森堡提出了矩阵力学；1926年，Schr?dinger提出了描述微观粒子运动规律的“波动方程”,即Schr?dinger方程,标志着现代量子时代的到来,这是二十世纪物理学中最伟大的成就之一。时隔一年，Heitler-London成功应用量子力学方法处理H2分子体系，这一重要的里程碑有力地说明了量子力学可以用来研究真正的化学体系,这标志着量子化学这一学科的诞生。量子化学的建立量子化学QuantumChemistry量子化学是用量子力学原理研究原子、分子、和晶体的电子结构、化学键、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱的理论，以及无机和有机化合物、生物大分子、和各种功能材料的结构和性能的科学。量子化学是量子力学应用于化学形成的学科。从量子力学的观点看，化学变化是由原子核和电子组成的体系的各种稳定或亚稳态之间的相互转换。量子化学就是通过求解体系的“波动方程”得到电子及核的运动特征，用以阐明各种谱图、反应规律、分子稳定性和反应活性等化学现象的一门学科。量子化学存在两种流派：价键理论(VBT)和分子轨道理论(MOT)。价键理论(VBT)是Heitler-London应用量子力学方法处理H2分子基础上发展起来的现代化学键理论。其核心是电子两两配对形成定域的化学键。该流派的代表是Pauling，他的《化学键本质》阐述了价键理论的基本思想。由于价键理论与传统化学键理论相吻合，易为化学家接受，一开始就得到迅速发展，但由于计算上的困难曾一度停滞不前。其核心思想是分子轨道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。特别是Hückel提出在MO方法中引入某些近似，使计算大为简化，也使处理体系从H2扩大至有机共轭分子。分子轨道理论（MOT）主要由Slater、Hund、Hückel、Mulliken等建立。50年代计算机的出现，为量子化学的应用提供了有力的客观条件，分子轨道理论因易于程序化而蓬勃发展起来,出现了各种半经验MO、从头计算、微扰理论、组态相互作用、密度泛函理论等。相比之下，价键理论步履艰难。由于选用非正交的原子轨道为基函数，导致计算中出现“N!”困难，使得VBT发展远落后于MOT。90年代末，随着计算机技术的突破，价键理论进入复兴期。目前,国内外有一部分量子化学家正致力于这一理论的发展。Asemiconductorormetalobjectwithonedimensioninthe1to100nmrangeiscalledaquantumwell;onewithtwodimensionsinthisrangeisaquantumwire;andonewithallthreedimensionsinthisrangeisaquantumdot.量子阱量子线量子点第二节量子化学在科学研究中的应用量子化学与其它学科的交叉量子化学化学应用理论方法计算方法材料无机有机物化生化药物……固体和分子结构，结构与性能关系反应机理，光谱化学现象……计算数学数学物理量子化学作为一门分支学科，包括理论和计算方法的研究、对化学现象的剖析等。目前，量子力学的概念和方法已经渗透到化学各个分支领域，形成了众多的交叉学科，如量子有机、量子无机、量子药物、量子炸