計(jì)算化學(xué)第一章課件

計(jì)算化學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展一、計(jì)算-科學(xué)研究的第三手段隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，徹底地改變了世界的面貌。教育與科學(xué)研究事業(yè)也受到了劇烈的沖擊和強(qiáng)有力的促進(jìn)。解放思想，更新觀念是時(shí)代的要求。以往，認(rèn)為“實(shí)踐-認(rèn)識(shí)(理論)-再實(shí)踐-再認(rèn)識(shí)”是人類認(rèn)識(shí)自然，改造自然的基本循環(huán)過程。由于有了計(jì)算這一強(qiáng)有力的手段，大大增強(qiáng)了人們科學(xué)研究的能力，促進(jìn)了不同學(xué)科之間的交叉與滲透，縮短了從基礎(chǔ)研究到開發(fā)應(yīng)用的過程，加速了把科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進(jìn)程。例核技術(shù)的發(fā)展藥物設(shè)計(jì)不對稱合成一什么是計(jì)算化學(xué)二計(jì)算化學(xué)的歷史和涉及

三計(jì)算化學(xué)的類型四計(jì)算化學(xué)的主要領(lǐng)域

五計(jì)算化學(xué)的影響

由于化學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的相互滲透和交叉，以及新的實(shí)驗(yàn)手段和計(jì)算機(jī)的廣泛使用，產(chǎn)生的一門新科學(xué)——計(jì)算化學(xué)。什么是計(jì)算化學(xué)什么是計(jì)算化學(xué)

究竟什么是計(jì)算化學(xué)呢？由于其目前在各種化學(xué)研究中廣泛應(yīng)用，我們并不容易給它一個(gè)很明確的定義。簡單的來說，計(jì)算化學(xué)是根據(jù)基本的物理化學(xué)理論（通常是量子化學(xué)）以大量的數(shù)值運(yùn)算方式來探討化學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)。除此之外，對于未知或不易觀測的化學(xué)系統(tǒng)，計(jì)算化學(xué)還常扮演著預(yù)測的角色,提供進(jìn)一步研究的方向。另外，計(jì)算化學(xué)也常被用來驗(yàn)證、測試、修正、或發(fā)展較高層次的化學(xué)理論。

計(jì)算化學(xué)是一門涉及多種學(xué)科的邊緣學(xué)科化學(xué)軟件工程硬件數(shù)學(xué)微分方程拓?fù)鋵W(xué)無機(jī)化學(xué)物理化學(xué)運(yùn)籌學(xué)藥物統(tǒng)計(jì)生化有機(jī)化學(xué)有機(jī)合成量子化學(xué)石油化工選礦

高溫冶金材料科學(xué)計(jì)算化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)分支，但不屬于真正意義上的化學(xué)，它是利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法，進(jìn)行化學(xué)、化工的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)與信息的處理、分類、解析和預(yù)測。所以：計(jì)算化學(xué)是用于化學(xué)研究的一種方法學(xué)，是一種越來越重要的工具。1925年,Heisenberg發(fā)表了第一篇量子力學(xué)的文章，一個(gè)新的學(xué)科---“計(jì)算化學(xué)”誕生了；1933年,Bernal,J.D.和Flowler,R.H提出了水的原子模型;

計(jì)算化學(xué)的歷史和涉及1946年,FrankWestheiner完成了第一次分子力學(xué)計(jì)算；1959年,Kauzmann提出疏水作用是穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要作用的一種；1969年,Levitt,M和Lifson,S.J報(bào)道了第一次采用分子力學(xué)的方法對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；1979年,Levitt等人采用了分子動(dòng)力學(xué)方法揭示了X射線晶體衍射B因子的起源；1989年,Allinger等人發(fā)布了分子力學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)模擬程序MM3；1998年美國化學(xué)家?guī)於?WalterKohn)和英國科學(xué)家波普爾(JohnA.Pople)因?yàn)閷α孔踊瘜W(xué)的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；同年,IBM投資10億美元，研制速度為1000萬億次/每秒的超級(jí)計(jì)算機(jī)"藍(lán)色基因"，用于生物分子的模擬研究；計(jì)算化學(xué)這一門邊緣科學(xué)歷史很短，但涉及面很廣，在計(jì)算機(jī)方面包括——硬件軟件語言計(jì)算方法計(jì)算化學(xué)的歷史和涉及在化學(xué)方面包括——無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、環(huán)境化學(xué)所用計(jì)算方法包括——線性代數(shù)、微積分、數(shù)值逼近、概率統(tǒng)計(jì)、最優(yōu)化、拓?fù)?、?shù)據(jù)庫1.模式識(shí)別在化學(xué)中的應(yīng)用2.計(jì)算機(jī)模擬在化學(xué)中的應(yīng)用3.量子化學(xué)計(jì)算方法4.化學(xué)數(shù)據(jù)庫計(jì)算化學(xué)的主要領(lǐng)域1.促進(jìn)了理論化學(xué)的發(fā)展2.測試儀器的改進(jìn)3.化學(xué)情報(bào)的檢索4.數(shù)據(jù)庫的建立計(jì)算化學(xué)的影響5.智能模型的發(fā)展6.實(shí)驗(yàn)室成果的工業(yè)化7.化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用8.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理計(jì)算化學(xué)的影響對計(jì)算機(jī)化學(xué)學(xué)科的認(rèn)識(shí)學(xué)科交叉天地寬關(guān)于計(jì)算機(jī)化學(xué)三、現(xiàn)狀及前景化學(xué)中可以直接轉(zhuǎn)化為能有效地應(yīng)用計(jì)算機(jī)來解決的形式數(shù)學(xué)(Formalmathematics)的問題還不多，絕大多數(shù)化學(xué)知識(shí)的信息量大，又多是經(jīng)驗(yàn)的和各種數(shù)據(jù)類型相混雜的。現(xiàn)狀及前景化學(xué)仍然是需要化學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)和直覺的科學(xué)，它的這一特性阻礙了用計(jì)算機(jī)解決化學(xué)問題的進(jìn)一步深入?，F(xiàn)狀及前景因此，未來計(jì)算機(jī)化學(xué)的發(fā)展將在很大程度上取決于能否將化學(xué)問題轉(zhuǎn)化為形式數(shù)學(xué)問題。這應(yīng)是計(jì)算機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)研究的中心。現(xiàn)狀及前景今天，以計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)深入到社會(huì)的各個(gè)層面為標(biāo)志的數(shù)字化新世紀(jì)已經(jīng)到來，也將使傳統(tǒng)化學(xué)發(fā)生深刻的變化?，F(xiàn)狀及前景化學(xué)已由只實(shí)驗(yàn)不計(jì)算；演變?yōu)橄葘?shí)驗(yàn)再計(jì)算；也必將逐步演變?yōu)?/p>

先計(jì)算再實(shí)驗(yàn).現(xiàn)狀及前景計(jì)算機(jī)化學(xué)和計(jì)算化學(xué)的結(jié)合已開始孕育一個(gè)新的更帶數(shù)字化色彩的學(xué)科方向?；瘜W(xué)要解決的問題具未知化合物結(jié)構(gòu)的測定具備某種特定性質(zhì)的化合物分子結(jié)構(gòu)的預(yù)測化合物的制備方法

這三個(gè)問題對整個(gè)化學(xué)來說是永久性的。在計(jì)算機(jī)化學(xué)中，它們分別稱為計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)解析、計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助合成路線設(shè)計(jì)?；瘜W(xué)要解決的問題然而，由于化學(xué)體系的高度復(fù)雜性，面對這三個(gè)問題往往仍難提出一個(gè)系統(tǒng)化的解決辦法，還只能從已知知識(shí)（數(shù)據(jù)）中找出一些共同規(guī)律，或從類比推測中來近似地解決這些問題。因此，計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)解析、分子設(shè)計(jì)和合成路線設(shè)計(jì)的研究就顯得十分重要?；瘜W(xué)要解決的問題因?yàn)橹挥型ㄟ^計(jì)算機(jī)才有可能對浩如煙海的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行有效地處理，對結(jié)構(gòu)變化引起的屬性變化進(jìn)行系統(tǒng)地搜索，并用智能程序模仿化學(xué)家的思維活動(dòng)進(jìn)行高速的推理。化學(xué)要解決的問題因此，可以說在今后的一段時(shí)期內(nèi)，計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)解析、分子設(shè)計(jì)和合成路線設(shè)計(jì)將是計(jì)算機(jī)化學(xué)的主題。

學(xué)科交叉天地

計(jì)算機(jī)化學(xué)的誕生迎合了時(shí)代發(fā)展的需要，它幫助化學(xué)家，促進(jìn)化學(xué)界的研究方法和工業(yè)界的生產(chǎn)方式不斷革新。交叉學(xué)科計(jì)算機(jī)化學(xué)是與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)、藥物學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科高度交叉、相互滲透的新的生長點(diǎn)，是許多實(shí)用技術(shù)的基礎(chǔ)，并深受當(dāng)今計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)飛速發(fā)展的影響，而處在迅速發(fā)展和不斷演變之中。交叉學(xué)科可見科學(xué)的發(fā)展使學(xué)科之間的界線越來越模糊，正如WalterKohn所說“我從事物理學(xué)研究已有50多年，但是獲得的卻是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。”這表明，一個(gè)物理問題的解決可能同時(shí)也是一個(gè)化學(xué)問題的解決。交叉學(xué)科一個(gè)數(shù)學(xué)問題的突破可能對化學(xué)學(xué)科的發(fā)展更具實(shí)際意義。這將成為21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的最重要特征之一，因此學(xué)科的相互交叉和滲透將會(huì)給科學(xué)帶來更廣闊的發(fā)展天地。

事例一

物理學(xué)家、化學(xué)家WalterKohn在揭示材料的電子結(jié)構(gòu)方面作出了突出的貢獻(xiàn)：他創(chuàng)立并發(fā)展了分布密度理論，使科學(xué)家們在探知物理、化學(xué)和材料科學(xué)中的原子、分子和固態(tài)物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)中，所使用的方法發(fā)生了根本性的改變。隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，分布密度理論正成為電子材料領(lǐng)域研究的主要工具。

數(shù)學(xué)家、化學(xué)家JohnPople一生致力于量子化學(xué)和計(jì)算化學(xué)的研究，他所建立的方法被廣泛用于分子、分子的性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)作用過程的理論研究，這些方法基于量子力學(xué)基本原理，將分子的特性以及某一化學(xué)反應(yīng)輸入計(jì)算機(jī)后，輸出的將是對該分子的性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)發(fā)生情況的描述，其結(jié)果常被用來解釋各種類型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

成果

1998年瑞典皇家科學(xué)院將年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C布給了WalterKohn和JohnPople兩位科學(xué)家，向人們展示了計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)學(xué)科的交叉和融合已成為當(dāng)前科學(xué)發(fā)展的重要特征之一。

成果

1998年諾貝爾化學(xué)頒獎(jiǎng)公告說：“量子化學(xué)已發(fā)展成為廣大化學(xué)家所使用的工具，將化學(xué)帶入一個(gè)新時(shí)代，在這個(gè)新時(shí)代里實(shí)驗(yàn)和理論能夠共同協(xié)力探討分子體系的性質(zhì)。化學(xué)不再是純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了。四、量子化學(xué):基礎(chǔ)學(xué)科、交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科

廣義地講，自然界的物質(zhì)是由原子相互結(jié)合組成的，而原子相互結(jié)合過程的實(shí)質(zhì)是原子的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過程。例如，材料的性能大多數(shù)與組成原子的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且電子結(jié)構(gòu)往往是主要或關(guān)鍵性的因素。

以最常見的金屬和非金屬材料為例，金屬材料一般具有良好的機(jī)械性能,但是耐高溫,耐腐蝕性較差；而非金屬材料(如陶瓷)一般具有良好的耐高溫,耐腐蝕性,但是機(jī)械性能較差。

金屬與非金屬材料性能上的差異,主要是由于它們的電子結(jié)構(gòu)，或化學(xué)鍵成分上的差異所導(dǎo)致的。金屬材料的價(jià)電子組成的化學(xué)鍵的主要成分是金屬鍵,而非金屬材料的價(jià)電子組成的化學(xué)鍵的主要成分是共價(jià)鍵或離子鍵。

因此，改變材料的電子結(jié)構(gòu)，或改變材料中不同化學(xué)鍵成分之間的比例,可能制備出性能優(yōu)良的新型金屬或陶瓷材料，或制備出兼?zhèn)浣饘倥c非金屬優(yōu)良性能的新型復(fù)合材料、梯度材料及其它先進(jìn)材料。這些具有不同優(yōu)異性能的各種材料，可能廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)技術(shù)及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域之中。從學(xué)科的分類來看，量子化學(xué)結(jié)合和應(yīng)用了現(xiàn)代物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算科學(xué)等學(xué)科的先進(jìn)理論觀點(diǎn)和研究方法,具有交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科的先進(jìn)性。從學(xué)科的應(yīng)用來看，量子化學(xué)研究物質(zhì)組成的分子、原子及電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵等等。在對科學(xué)核心問題：結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的認(rèn)識(shí)上，完成從宏觀到微觀，從經(jīng)典到量子思想認(rèn)識(shí)上的飛躍，從而顯著提高學(xué)生的科學(xué)文化思想認(rèn)識(shí)素質(zhì)。五、理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)與計(jì)算機(jī)相關(guān)課程教學(xué)研究理工科非計(jì)算機(jī)類專業(yè)多專業(yè)，多層次及多門課程的教學(xué)。專業(yè)有化學(xué)化工類、材料類、資源與環(huán)境類等等。與計(jì)算機(jī)相關(guān)課程本科有計(jì)算化學(xué)，計(jì)算機(jī)在材料中應(yīng)用等，碩博研究生有量子化學(xué)、材料設(shè)計(jì)、計(jì)算材料科學(xué)等。這些課程具有明顯的交叉與綜合學(xué)科的特征。現(xiàn)在，無論是從學(xué)科本身特征來看，還是從當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的要求來看，都要求相關(guān)學(xué)科之間密切結(jié)合，相互滲透，組成先進(jìn)的現(xiàn)代學(xué)科體系，以相互促進(jìn)，共同發(fā)展。當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用提供了廣闊而光明的前景。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)（微機(jī)）的普及，使得每一個(gè)教師和學(xué)生將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于教學(xué)、學(xué)習(xí)和工作之中成為可能。當(dāng)代社會(huì)競爭日趨激烈，當(dāng)代社會(huì)的要求是復(fù)合型的人才，即既要求人才具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論，又具有扎實(shí)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)還具有熟練的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，特別是精通與本專業(yè)相關(guān)的計(jì)算工作。眾所周知，國內(nèi)外高水平的研究工作或高水平的研究基地，往往是“實(shí)驗(yàn)、理論、計(jì)算”三位一體密切而有機(jī)的結(jié)合的實(shí)體。以上各門課程中除了講授相關(guān)基礎(chǔ)理論以外，計(jì)算機(jī)操作與應(yīng)用，特別是與本專業(yè)相關(guān)計(jì)算程序與軟件的應(yīng)用，及編寫與本專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用程序的實(shí)際訓(xùn)練，是該課程不可缺少的重要內(nèi)容。以量子化學(xué)為例，目前量子化學(xué)或第一原理計(jì)算程序與軟件，是國際性的研究團(tuán)體多年辛勤勞動(dòng)與智慧的結(jié)晶，其成就不是個(gè)別人短期工作可以得到的。對于初學(xué)者，完全掌握相關(guān)軟件的操作和應(yīng)用還有困難。但是，教師可以介紹相關(guān)的知識(shí)和應(yīng)用例。有條件的情況下，也可以讓學(xué)生獨(dú)立操作和使用相關(guān)計(jì)算軟件。相關(guān)結(jié)構(gòu)化學(xué)與量子化學(xué)計(jì)算軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，對于加強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，掌握知識(shí)的應(yīng)用等方面是強(qiáng)有力的支持。更理想的是，學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)后，真正成為有力工具，在畢業(yè)與實(shí)踐論文工作中，及今后的科研、教學(xué)、管理和社會(huì)實(shí)際工作中充分發(fā)揮作用。這將顯著提高學(xué)生的科學(xué)文化思想認(rèn)識(shí)素質(zhì)與科研、教學(xué)工作業(yè)務(wù)素質(zhì)。無論是理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)常用的程序與軟件，還是這些專業(yè)與計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的教材，絕大多數(shù)都是用FORTRAN語言寫的，如理論化學(xué)多年來的代表程序Gaussian，2006年高等教育出版社出版的“十五”國家級(jí)規(guī)劃教材《計(jì)算化學(xué)》使用與本專業(yè)相關(guān)計(jì)算程序與軟件，或編寫與本專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用程序，都不可避免地要用FORTRAN語言。對于理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，F(xiàn)ORTRAN語言應(yīng)該比C語言更為重要。由于一般理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的算法語言課只學(xué)了C語言，缺乏FORTRAN語言的知識(shí)。理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)與計(jì)算機(jī)相關(guān)課程教學(xué)中，由于課程性質(zhì)和學(xué)時(shí)等方面的限制，不可能系統(tǒng)而詳細(xì)地介紹FORTRAN語言。按道理有了C語言的基礎(chǔ)，再自學(xué)FORTRAN語言不困難，也不需要很多的時(shí)間。但是可惜的是，目前圖書館與市場上FORTRAN語言書籍很罕見，就是號(hào)稱“九省通衢”的武漢也是這樣，無米之炊如何學(xué)？但是不太久的時(shí)間之前，F(xiàn)ORTRAN語言書在圖書館與市場上隨眼可見，而目前的這種狀況令人費(fèi)解。實(shí)際上，F(xiàn)ORTRAN語言的發(fā)展并沒有停滯，如國外的FORTRAN語言書已出版到，還計(jì)劃出“200x”版本呢。高級(jí)語言1.Basic簡單易學(xué)，小型會(huì)話2.Pascal結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)3.Fortran科學(xué)計(jì)算4.Cobol數(shù)據(jù)處理5.C,C++系統(tǒng)開發(fā)6.Java網(wǎng)絡(luò)環(huán)境程序設(shè)計(jì)計(jì)算化學(xué)

參考書目《計(jì)算化學(xué)》主編：張常群等出版社：高等教育出版社出版時(shí)間：2006《計(jì)算化學(xué)》，郭純孝，化學(xué)工業(yè)出版社，2004《計(jì)算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用》，祈新泉，南京大學(xué)出版社，2000

第一章

緒論1．1計(jì)算化學(xué)：邊緣學(xué)科與交叉的發(fā)展1．2實(shí)驗(yàn)與計(jì)算中的誤差問題1．3編程與運(yùn)算技巧

第二章化學(xué)平衡中的計(jì)算與應(yīng)用2．1計(jì)算溶液中的平衡問題2．2物料平衡與電荷平衡2．3化學(xué)化工過程中的能量平衡

2．1．1復(fù)雜酸堿體系氫離子濃度的計(jì)算方程建立2．1．2配合物體系平衡濃度與平衡常數(shù)的計(jì)算方程建立2．1．3沉淀與難溶化合物體系平衡濃度與平衡常數(shù)的計(jì)算方程建立第三章復(fù)雜體系化學(xué)平衡高次方程，分式方程及超越方程的計(jì)算機(jī)求解3．1掃描法3．2對分法與優(yōu)選法3．3迭代法3．4Newton切線法

第四章化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算與應(yīng)用4．1典型化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程4．2常微分方程的解與數(shù)值解4．2．1Eular法4．2．2Runge-Kutta方法4．3解微分方程的數(shù)值積分方法第五章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與曲線擬和5．1理論公式與經(jīng)驗(yàn)公式中系數(shù)項(xiàng)的確定5．2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性與壞條件病態(tài)方程

此內(nèi)容為難點(diǎn)，因?yàn)橐箤W(xué)生在對實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的關(guān)系的認(rèn)識(shí)中要有科學(xué)性，要合理、辨證地處理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，清楚地認(rèn)識(shí)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)各自的局限性，避免計(jì)算和實(shí)驗(yàn)脫節(jié)，盲目計(jì)算，盲目偏向某一方的傾向。

5．3主元素消去法5．4優(yōu)先次序法5．5撕裂法5．6線性最小二乘法5．7線性回歸分析

第六章上計(jì)算機(jī)操作先由教師在計(jì)算機(jī)上示范操作，講解若干實(shí)例。再要求學(xué)生結(jié)合化學(xué)中的實(shí)際課題,提出計(jì)算方案和計(jì)算模型，獨(dú)立地編寫一些簡單的計(jì)算程序，或引用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序。計(jì)算完成后,結(jié)合實(shí)際問題，分析和討論計(jì)算結(jié)果，并作討論。此內(nèi)容為重點(diǎn)，它將使得在學(xué)生今后的科研、教學(xué)工作中，計(jì)算化學(xué)成為真正實(shí)用的有力工具。計(jì)算化學(xué)邊緣學(xué)科的發(fā)展化學(xué)+物理:物理化學(xué)力學(xué):化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)統(tǒng)熱計(jì)力學(xué)光:光化學(xué)激光化學(xué)電:電化學(xué)熱:熱化學(xué)磁:磁化學(xué)量子:量子化學(xué)幅射:輻射化學(xué)化學(xué)+物理:物理化學(xué)化學(xué)+物理:化學(xué)物理化學(xué)+生物:生物化學(xué)植物化學(xué)動(dòng)物化學(xué)微生物化學(xué)水生化學(xué)腦化學(xué)血液化學(xué)神經(jīng)化學(xué)化學(xué)+天文:天體化學(xué)

數(shù)學(xué):化學(xué)拓?fù)鋵W(xué)

氣象:大氣化學(xué)

地質(zhì):地球化學(xué)

地理:環(huán)境化學(xué)

醫(yī)學(xué):臨床化學(xué)

藥物:藥物化學(xué)

化學(xué)+農(nóng)業(yè):農(nóng)業(yè)化學(xué),肥料化學(xué),土壤化學(xué),農(nóng)藥化學(xué)

工業(yè):化學(xué)工藝,工業(yè)催化

機(jī)械:化工機(jī)械,化學(xué)儀表,

化學(xué)儀器化學(xué)+語言:化合物命名法,

新化合物名字的創(chuàng)造

歷史:化學(xué)史

哲學(xué):化學(xué)哲學(xué)

法律:法醫(yī)化學(xué),毒物分析

外文:化學(xué)翻譯化學(xué)+計(jì)算機(jī)

1.促進(jìn)了理論化學(xué)的發(fā)展

2.促進(jìn)了測試儀器的發(fā)展

3.化學(xué)情報(bào)的檢索

4.數(shù)據(jù)庫的建立

5.加快了實(shí)驗(yàn)室成果的產(chǎn)業(yè)化

6.智能摸擬的發(fā)展

7.多媒體教學(xué)

8.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理計(jì)算機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)要求1.獨(dú)立地編寫一些簡單的化學(xué)程序2.引用現(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)程序3.使用和了解化學(xué)學(xué)科中已有的較大程序計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)的誤差問題真值：測量對象客觀存在的值實(shí)驗(yàn)誤差：實(shí)驗(yàn)測量值和真值之間的差值在任何一測量中，無論儀器多么精密，方法多么完善，測量者多么仔細(xì)，都不可避免地產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。設(shè)x為測量對象的真值

xi(i=1,2,…,n)為一組實(shí)驗(yàn)觀測值

di=xi-x

(i=1,2,…,n)

di為實(shí)驗(yàn)觀測值與真值之差，簡稱為誤差為算術(shù)平均值

νi=xi-

(i=1,2,…,n)

νi稱為偏差或離差

是觀測值與平均值之差實(shí)驗(yàn)誤差的分類1.系統(tǒng)誤差

產(chǎn)生原因：(1)儀器不良，精度不夠(2)環(huán)境變化的影響，如溫度、壓力、濕度等的變化系統(tǒng)誤差鑒別與消除（1）觀測值總朝著一個(gè)方向偏差（2）誤差的大小和符號(hào)在多次重復(fù)測量中幾乎相等（3）經(jīng)過校正后可以消除誤差隨機(jī)誤差產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因一般不詳，因此無法控制隨機(jī)誤差鑒別

服從正態(tài)分布（1）誤差絕對值一般不會(huì)超過一定的界限（2）絕對值小的誤差出現(xiàn)的幾率較高（3）絕對值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的次數(shù)幾乎相等過失誤差產(chǎn)生原因：粗枝大葉造成的誤差過失誤差鑒別與消除（1）觀測結(jié)果與事實(shí)不相符合（2）細(xì)心操作可以消除誤差實(shí)驗(yàn)誤差的表示（1）誤差范圍：指一組觀測中最高值和最低值之間的差值（2）算術(shù)平均誤差：

即偏差絕對值的算術(shù)平均值(3)標(biāo)準(zhǔn)誤差(均方誤差):當(dāng)n較大時(shí):(4)概率誤差:絕對值比它大的誤差和絕對值比它小的誤差出現(xiàn)的幾率一樣大計(jì)算誤差

計(jì)算誤差由計(jì)算公式,計(jì)算方法和計(jì)算過程等產(chǎn)生,一般來說,計(jì)算誤差和實(shí)驗(yàn)誤差比較,計(jì)算誤差可以忽略.但是,當(dāng)計(jì)算次數(shù)增多,或使用壞條件方程(以后介紹)進(jìn)行計(jì)算時(shí),計(jì)算誤差的影響不可忽略.計(jì)算誤差分類

(1)過失誤差由粗枝大葉造成的誤差,如數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤,公式讀入錯(cuò)誤等細(xì)心操作可以避免(2)方程誤差:忽略的因素導(dǎo)致計(jì)算值還是真值的誤差如理想氣體方程PV=nRT

對不同的氣體體系,誤差大小不一樣(3)截?cái)嗾`差:如泰勒展開

(4)舍入誤差:計(jì)算中,有效數(shù)字位數(shù)是有限的.例如:絕對值小的數(shù)作分母,該數(shù)較小的誤差可能導(dǎo)致很大的誤差.運(yùn)算技巧要盡量避免的:(1)兩個(gè)相近的數(shù)相減,會(huì)損失大量的有效數(shù)值位數(shù)(2)除法運(yùn)算中,分母的值遠(yuǎn)小于分子的值時(shí),商的絕對誤差很大某一芯片不同運(yùn)算相對速度比較(1)四則運(yùn)算與常用函數(shù)計(jì)算相對速度:+/-1.000乘1.100