量子化學計算方法包括哪些(量子化學的計算方法)

1.量子化學的計算方法

主要分為：①分子軌道法（簡稱MO法，見分子軌道理論）；②價鍵法（簡稱VB法，見價鍵理論）。以下只介紹分子軌道法，它是原子軌道對分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個電子在所有原子核和電子所產(chǎn)生的平均勢場中運動，即每個電子可由一個單電子函數(shù)（電子的坐標的函數(shù)）來表示它的運動狀態(tài)，并稱這個單電子函數(shù)為分子軌道，而整個分子的運動狀態(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)一般應取斯萊特行列式的線性組合，這樣，計算方案就將很復雜。然而對于開殼層體系的對應極大多重度（所謂多重度，指一個分子因總自旋角動量的不同而具有幾個能量相重的狀態(tài)）的狀態(tài)（即自旋角動量最大的狀態(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），就可以計算任何多原子體系的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)真正嚴格的計算稱之為從頭計算法。RHF方程的極限能量與非相對論薛定諤方程的嚴格解之差稱為相關能。對于某些目的，還需要考慮體系的相關能。UHF方程考慮了相關能的一小部分，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)。這些由一個斯萊特行列式或數(shù)個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（簡稱CI）。

2.什么是量子化學

量子化學（quantum chemistry）是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。

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

量子化學是一門有關物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成、變化、性質(zhì)的學科。它的發(fā)展可以說是日新月異，尤其是它的邊緣學科或者說是它的分支學科，譬如生物化學、物理化學、晶體化學等等，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等問題。量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規(guī)律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結(jié)果解釋化學現(xiàn)象