量子化學(xué)計(jì)算方法包括哪些(量子化學(xué)的計(jì)算方法)

1.量子化學(xué)的計(jì)算方法

主要分為：①分子軌道法（簡(jiǎn)稱MO法，見分子軌道理論）；②價(jià)鍵法（簡(jiǎn)稱VB法，見價(jià)鍵理論）。以下只介紹分子軌道法，它是原子軌道對(duì)分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個(gè)電子在所有原子核和電子所產(chǎn)生的平均勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，即每個(gè)電子可由一個(gè)單電子函數(shù)（電子的坐標(biāo)的函數(shù)）來表示它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并稱這個(gè)單電子函數(shù)為分子軌道，而整個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則由分子所有的電子的分子軌道組成（乘積的線性組合），這就是分子軌道法名稱的由來。 開殼層體系是指體系中有未成對(duì)的電子（即有的殼層未充滿）。描述開殼層體系的波函數(shù)一般應(yīng)取斯萊特行列式的線性組合，這樣，計(jì)算方案就將很復(fù)雜。然而對(duì)于開殼層體系的對(duì)應(yīng)極大多重度（所謂多重度，指一個(gè)分子因總自旋角動(dòng)量的不同而具有幾個(gè)能量相重的狀態(tài)）的狀態(tài)（即自旋角動(dòng)量最大的狀態(tài)）來說，可以保持波函數(shù)的單斯萊特行列式形式（近似方法）。描述這類體系的最常用的方法是假設(shè)自旋向上的電子（自旋）和自旋向下的電子（β自旋）所處的分子軌道不同，即不限制自旋相反的同一對(duì)電子填入相同的分子軌道。這樣得到的HFR方程稱為非限制性的HFR方程，簡(jiǎn)稱UHF方程。

原則上講，有了HFR方程（不論是RHF方程或是UHF方程），就可以計(jì)算任何多原子體系的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)真正嚴(yán)格的計(jì)算稱之為從頭計(jì)算法。RHF方程的極限能量與非相對(duì)論薛定諤方程的嚴(yán)格解之差稱為相關(guān)能。對(duì)于某些目的，還需要考慮體系的相關(guān)能。UHF方程考慮了相關(guān)能的一小部分，更精密的作法則須取多斯萊特行列式的線性組合形式的波函數(shù)，由變分法求得這些斯萊特行列式的組合系數(shù)。這些由一個(gè)斯萊特行列式或數(shù)個(gè)斯萊特行列式按某種方式組合所描述的分子的電子結(jié)構(gòu)稱為組態(tài)，所以這種取多斯萊特行列式波函數(shù)的方法稱為組態(tài)相互作用法（簡(jiǎn)稱CI）。

2.什么是量子化學(xué)

量子化學(xué)（quantum chemistry）是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基本原理和方法研究化學(xué)問題的一門基礎(chǔ)科學(xué)。

1927年海特勒和倫敦用量子力學(xué)基本原理討論氫分子結(jié)構(gòu)問題，說明了兩個(gè)氫原子能夠結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)定的氫分子的原因，并且利用相當(dāng)近似的計(jì)算方法，算出其結(jié)合能。由此，使人們認(rèn)識(shí)到可以用量子力學(xué)原理討論分子結(jié)構(gòu)問題，從而逐漸形成了量子化學(xué)這一分支學(xué)科。

量子化學(xué)是一門有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成、變化、性質(zhì)的學(xué)科。它的發(fā)展可以說是日新月異，尤其是它的邊緣學(xué)科或者說是它的分支學(xué)科，譬如生物化學(xué)、物理化學(xué)、晶體化學(xué)等等，令人目不暇接。就眼下炒得很熱的基因工程、克隆技術(shù)以及共軛電場(chǎng)論等，更是令人眼花繚亂……

研究范圍包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應(yīng)等問題。量子化學(xué)可分基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)纱箢?，基礎(chǔ)研究主要是尋求量子化學(xué)中的自身規(guī)律，建立量子化學(xué)的多體方法和計(jì)算方法等，多體方法包括化學(xué)鍵理論、密度矩陣?yán)碚摵蛡鞑プ永碚?，以及多?jí)微擾理論、群論和圖論在量子化學(xué)中的應(yīng)用等。應(yīng)用研究是利用量子化學(xué)方法處理化學(xué)問題，用量子化學(xué)的結(jié)果解釋化學(xué)現(xiàn)象