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1、目录摘 要 2核心词 2Abstrac 2Key wors2引言 21.量子化学的产生22.计算措施及理论 2.1从头计算措施 42.2半经验措施 42.3 密度泛函理论 43.量子化学的应用53.1在材料科学中的应用532离子色谱技术在大气污染分析中的应用3.3离子色谱技术壤和动植物样品分析中的应用64.量子化学的前景展望参照文献 量子化学发展综述学生姓名: 学号:摘要: 量子化学是研究化学键的科学。20世纪量子力学和化学相结合,对化学键理论和物质构造的结识起着十分重要的作用,量子化学已经发展成为化学以及有关的其他学科在解释和预测分子构造和化学行为的通用手段。本文简介了量子化学的发展史,论述
2、了量子化学在材料科学、能源研究、生物史分子体系研究方面的应用，总结了常用的量子化学计算措施和量子化学理论,对量子化学的发展具有较大的指引意义核心词:量子化学;价键理论;密度泛函理论;Abtrat: Te 20th u quatmcanisand cesry, hemial combnaion of hoetcad hya tructure nertdng pay eremely importat re， uantum cmical hasdevelopeditohemca and ther elent isciplinin toexlainand predict the moleul stru
3、ctur ad hemabehavior unvrsal mean. his er introdces hstory of quantum cheisry， icusss the uantum chemistry i mteials scienc，energ reseach, iolgical moees system rearch history, ummaie theaplicatinof uantuchemitry common calclation method ndteoy of quantumcemty， the evelmnt of uantumchetr hs gret sin
4、ificnc.Ke wods: qanum chemistr; VB; deity funcinal thery引言1量子化学的产生19，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质互换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。 1,爱因斯坦引进光量子（光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地解释了光电效应。其后，她又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。 19,玻尔在卢瑟福有核原子模型的基本上建立起原子的量子理论。按照这个理论 ,原子中的电
5、子只能在分立的轨道上运动，原子具有拟定的能量 ,它所处的这种状态叫“定态”，并且原子只有从一种定态到另一种定态，才干吸取或辐射能量这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象尚有许多困难。 在人们结识到光具有波动和微粒的二象性之后,为理解释某些典型理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于 9年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意觉得:正如光具有波粒二象性同样 ，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质,即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证明。 由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律 ，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不
6、同于描述宏观物体运动规律的典型力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到典型力学。量子力学与典型力学的差别一方面表目前对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中,粒子的状态用波函数描述 ,它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时问变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在 12年一方面找到的,被称为薛定谔方程。 当微观粒子处在某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等）一般不具有拟定的数值 ，而具有一系列也许值，每个也许值以一定的几率浮现。当粒子所处的状态拟定期，力学量具有某一也许值的几率也就完全拟定。这就是 12
7、7年,海森伯得出的测不准关系,同步玻尔提出了并协原理,对量子力学给出了进一步的阐释。 量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。2世纪 0年代后来形成了描述多种粒子场的量子化理论量子场论,它构成了描述基本粒子现象的理论基本。 近年来量子化学的发展,一方面从静态研究向动态研究扩展;另一方面则是多种计算措施的互相渗入.分子轨道理论发展时间较长,在考虑电子有关能校正等方面，已建立组态互相作用、多级微扰、耦合簇等多种高精度算法.价键理论也将M超自洽场计算的某些措施引入价键理论,提高计算精度.此外,密度泛函理论也在不断地完善自己，提出多种不同的互
8、换能与有关能计算的结合措施，尚有将 arteeck互换能与 DFr有关能结合的杂化措施（B3LYP等）同步,尚有研究者将DT与 VB结合起来.量子化学的重要计算措施互相结合，扬长避短，正走向新的高度2计算措施及理论 .1从头计算措施不作任何简化而严格计算所有的积分之后求Hartree FockRothaa方程叫从头计算法.2半经验措施由于量子化学从头计算措施耗时，需要大的内存和磁盘空间,因此人们设法对量子化学计算根据的Roothan方程加以近似，以减少计算量量子化学半经验计算在波函数、ailton算符和积分三个层次上对 Rhan方程进行了简化： （）单电子近似：完全不考虑双电子作用而挑选的等效
9、Hamltn量，如 EM法等 (）用记录平均模型计算互换位能的Xn措施 （）以零微分重叠(ZD)近似为基本的计算措施,如 AM1、PM3、ND2、IND、NNDO等2. 密度泛函理论随着量子化学的发展,特别是Thomaer Dira模型的建立，以及 Slte在量子化学方面的工作,在 oebergKh理论的基本上，形成了现代密度泛函理论(FT） 14.它的基本思想是原子、分子和固体的基态物理性质可以用粒子密度函数来描述.随着理论法措施中核心的电子密度 体现式精度的提高,密度泛函理论越来越受到注重，以至在理论化学研究中掀起了一种高潮2.4 微扰理论多体微扰理论是 由量子化学家 Moer和Pless
10、t在 1934年提出的，因此这一措施也常常以二人的名字缩写MP表达微扰理论解决问题的思路是先求出方程的近似解,然后再加入微小的修正项.3量子化学的应用. 在材料科学中的应用 (一)在建筑材料方面的应用 水泥是重要的建筑材料之一。193年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中,解决了诸多实际问题 。钙矾石相是许多水泥品种的重要水化产物相之一,它对水泥石的强度起着核心作用。程新等在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度 的大小差别。计算发现,含 钙矾石、含 Ba钙矾石和含Sr 钙矾石的1-O键级基本一致，而含 r 钙矾石、含 Ba 钙矾
11、石中的,B 原子键级与SO,Ba -O共价键级都分别不小于含 Ca钙矾石中的 Ca 原子键级和 C -O共价键级，由此觉得,含 r 、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度。将量子化学理论与措施引入水泥化学领域,是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观构造与宏观性能联系起来 ,也为水泥材料的设计提供了一条新的途径。 （二） 在金属及合金材料方面的应用过渡金属 (Fe 、C、Ni)中氢杂质的超精细场和电子构造，通过量子化学计算表白,具有杂质石原子的磁矩要减少,这与实验成果非常一致。闵新民等通过量子化学措施研究了镧系三氟化物。成果表白,在LnF3中n原子轨道参与成键的顺序是:
12、fS,其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此措施还广泛用于金属氧化物固体的电子构造及光谱的计算。量子化学措施因其精确度高,计算机时少而广泛应用于材料科学中，并获得了许多故意义的成果。随着量子化学措施的不断完善，同步由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范畴将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常故意义的途径。32在能源研究中的应用 （一)在煤裂解的反映机理和动力学性质方面的应用煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算措施以及计算技术的进步,量子化学措施对于进一步摸索煤的构造和反映性之间的关系成为也许。 量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反映机理和
13、预测反映方向方面有许多成功的例子。热力学和动力学进行了计算。 由理论计算措施所得到的主反映途径、热力学变量和表观活化能等成果与实验数据对比有较好的一致性,对煤热解的量子化学基本的研究有重要意义。(二）在锂离子电池研究中的应用锂离子二次电池由于具有 电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等长处，被人们称之为 “最有前程的化学电源 ”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机航空等领域发展。锂离子电池又称摇椅型电池，电池 的工作过程事实上是i+ 离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，进一步锂的嵌入脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。随着人们对材料晶体构造的进一步结识和计算机水平的更高发展 ，相信量子化学原理在锂离子电池 中的应用领域会更广泛、更进一步、更具指引 性。3.3 在生物史分子体系研究中的应用 生物大分子体系的量子化学计算始终是一种具有挑战性的研究领域，特别是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其他理论研究措施所难 以替代的。因此要进一步理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的辨认与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的措施对这些生物大分子体系进
