Gaussion软件在化学键长计算中的应用.doc

毕业论文（设计）开题报告
（学生用表）
系（部）：化学化工系 专业：化学工程与工艺 班级：
课题名称
Gaussion软件在化学键长计算中的应用
指导教师

学生

学号

一、 国内外发展状况及研究背景
1950年代之后，随着计算机的出现和飞速发展，以及高斯函数的引进，海量计算已经是可以轻松完成的任务，分子轨道理论的优势在这样的背景下凸现出来，逐渐取代了价键理论的位置
，目前在化学键理论中占主导地位。
1928年道格拉斯·哈特里（Douglas Hartree）提出了哈特里方程，通过迭代法给出每一个电子的运动方程。1930年，弗拉基米尔·福克（Vladimir Fock）对哈特里方程补充了泡利原理
，提出哈特里-福克方程，进一步完善了由哈特里发展的哈特里方程。为了求解哈特里-福克方程，1951年克莱门斯·C·J·罗特汉（Clemens C.J. Roothaan）进一步提出将方程中的分子轨道
用组成分子的原子轨道线性展开，发展出了著名的RHF方程，这个方程以及在这个方程基础上进一步发展的方法是现代量子化学处理问题的主要方法。
虽然量子力学以及量子化学的基本理论早在1930年代就已经基本成型，但是所涉及的多体薛定谔方程形式非常复杂，至今仍然没有精确解法，而即便是近似解，所需要的计算量也是惊人
的，例如：一个拥有100个电子的小分子体系，在求解RHF方程的过程中仅仅双电子积分一项就有1亿个之巨。这样的计算显然是人力所不能完成的，因而在此后的数十年中，量子化学进展缓慢，甚至为从事实验的化学家所排斥。1953年美国的帕里瑟（Parise）、帕尔（R. Parr）和英国的约翰·波普使用手摇计算器分别独立地实现了对氮气分子的RHF自洽场计算，虽然整个计算过
程耗时整整两年，但是这一成功向试验化学家证明了量子化学理论确实可以准确地描述分子的结构和性质，并且为量子化学打开了计算机时代的大门，因而这一计算结果有着划时代的意义。
在计算方法方面，随着计算机的发展，量子化学计算方法也飞速发展，在1920年代至今的数十年内，涌现出了组态相互作用方法（CI）、多体微扰理论（MP）、密度泛函理论（DFT）以及
数量众多形式不一的旨在减少计算量的半经验计算方法，由于量子化学家们的工作，现在已经有大量商用量子化学计算软件出现，其中很多都能够在普通PC机上实现化学精度的量化计算，昔
日神秘的量子化学理论，已经成为化学家常用的理论工具。约翰·波普与瓦尔特·科恩分别因为发展首个普及的量子化学软件（Gaussian）和提出密度泛函理论 （Density Functional
Theory）而获得1998年诺贝尔化学奖。2009年日本山口大学堀宪次教授和行政法人科技振兴机构联合成立过渡状态科技公司，开拓量子化学于制药业的实用商用化。
Gaussian：量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰·波普的实验室开发，可以应用从头算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构
；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。可以运行在Windows、Linux、Unix操作系
统中运行，目前最新版本为Gaussian 09。

二、本课题的研究目标和内容

Gaussion量化软件在分子化学键长计算上的应用，首先论述传统的化学键长的计算方法及其应用的方面，然后特别举氢气分子化学键长的计算法，最后写Gaussian软件是怎么计算其化学键长的，然后再比较其两种方法，来证明量化软件的精确性、简便性和直观性，从而得出量化软件在化学键长计算中的优越性。

三、 研究方法：

搭建模、优化结构、处理数据； 根据实验数据来和传统共价键长计算方法以及实验值来对比。

四、进度安排：
3.1—3.8 查阅文献及开题报告的制作（主要通过中国知网来进行）
3.9 开题报告答辩
3.10—3.31 对Gaussion软件进行初步的了解。
4.1—4.30 对所选课题进行计算，选取实验数据，最后进行和传统方法比对。
5.1—5.27 找老师辅导，进行论文的修改。
5.28—5.30 论文答辩

五、实验方案的可行性分析和已具备的实验条件;
计算机实验室，Gaussion软件版本为Gaussion09。

六、参考文献
1. 刘世熙，王朝杰，曹槐，叶松. 计不同硬件环境下量子化学软件的测试比较. 化学通报，2000 4
2. 闫秀芬，林生岭. 量子化学软件在结构化学教学中的应用. 考试周刊，2011 70
3. 郭瑞萍，刘旭光. 量子化学软件的应用研究.电脑开发及应用，2009 8
4. 赵一丹，廖奕.Gaussian 软件在H2分子的结构和价键理论教学中的应用.首都师范 大学学报(自然科学版), 2011 32(4)
5. 徐永群，陈年友，朱怡权，李鑫. BP 神经网络计算法及共价键长计算的研究. 计算机与应用化学, 2000 176
6. 徐永群，陈年友. 共价键长的变化规律及计算. 计算机与应用化学, 2001 182
7. 陈 景. 用经典力学计算氢分子的键长键能及力常数. 中国工程科学，2003 56
8. 徐永群. 计算共价键长的经验公式. 黄冈师专学报(自然科学版)，1997 171
9. 吴汉卿，温元凯. 键长和键电负性的规律性研究. 科大研究生院学报，1989 61

指导教师意见：

（签字）
年 月 日
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