北京化工大学：《化工原理》课程教学资源（专题讲稿）计算化学——探索化工与材料领域中科学与技术问题的有力工具

计算化学一探素化工与材料领域 中科学与技术问题的有力工具 密建国 化学工程学院 ★半

计算化学—探索化工与材料领域 中科学与技术问题的有力工具 密建国 化学工程学院

化学化工的发展 从传统的单元操作向多层次多结构转变 新技术特别是微化工技术在环境、能源、材料、 生物、医药、农业等领域的应用倍受重视 化学与化工的交叉融合更加紧密，两者的界限变 得越来越模糊 计算化学的应用拓展至化工、材料、医药等领域

化学化工的发展 从传统的单元操作向多层次多结构转变 新技术特别是微化工技术在环境、能源、材料、 生物、医药、农业等领域的应用倍受重视 化学与化工的交叉融合更加紧密，两者的界限变 得越来越模糊 计算化学的应用拓展至化工、材料、医药等领域

计算化学的定义 计算化学，是指应用已有的力学定律包括 牛顿力学、统计力学和量子力学等，通过计算 来预测分子的性质、反应等，进而预测体系的 物理与化学性质。 计算化学已经发展成一门新兴学 科 ★并

计算化学的定义 计算化学，是指应用已有的力学定律包括 牛顿力学、统计力学和量子力学等，通过计算 来预测分子的性质、反应等，进而预测体系的 物理与化学性质。 计算化学已经发展成一门新兴学 科

新学科发展的必然性 (1)化学与材料科学已不再局限于实验科学的 范畴，已经成为实验、计算、理论相结合的综合性 学科。 (2)理论与计算科学的发展可以大大促进传统 化学工程与材料等其它学科的融合。 (3) 计算机的飞速发展为计算化学提供强有 的工具

新学科发展的必然性 （ 1）化学与材料科学已不再局限于实验科学的 范畴，已经成为实验、计算、理论相结合的综合性 学科。 （ 2）理论与计算科学的发展可以大大促进传统 化学工程与材料等其它学科的融合。 （ 3）计算机的飞速发展为计算化学提供强有力 的工具

新学科发展的必然性 (4)分子模拟和理论计算，对深入了解化学化 工的微观过程、洞察微观现象的本质规律，有着其 它方法不可代替的作用，已经成为一种强有力的研 究工具。 (5)深入到分子或电子等微观层次来分析各种 宏观现象，能够极大地影响和推动化工、材料、能 源、生命科学等领域的发展

新学科发展的必然性 （ 4）分子模拟和理论计算，对深入了解化学化 工的微观过程、洞察微观现象的本质规律，有着其 它方法不可代替的作用，已经成为一种强有力的研 究工具。 （ 5）深入到分子或电子等微观层次来分析各种 宏观现象，能够极大地影响和推动化工、材料、能 源、生命科学等领域的发展

学科的新颖性 (1)可以根据物质微观和介观规律用演绎的方 法来推测宏观尺度的性质。 (2)可以将理论研究的最新成果引入化工与材 料领域，预测体系的微观结构与宏观性质。 (3)可以将先进的分子模拟技术引入到化工领 域，分析复杂体系宏观现象的微观本质。 ★

学科的新颖性 （ 1）可以根据物质微观和介观规律用演绎的方 法来推测宏观尺度的性质。 （ 2）可以将理论研究的最新成果引入化工与材 料领域，预测体系的微观结构与宏观性质。 （ 3）可以将先进的分子模拟技术引入到化工领 域，分析复杂体系宏观现象的微观本质

学科的新颖性 (4)量子力学、统计力学与动力学相结合的方 法在解释和预测化工过程中的分子结构及其微观行 为方面，正逐渐成为一种通用手段。 (5)量化计算方法、分子模拟技术和统计力学 理论三者的结合，体现了化工、材料等领域中多尺 度、多层次应用的需求

学科的新颖性 （ 4）量子力学、统计力学与动力学相结合的方 法在解释和预测化工过程中的分子结构及其微观行 为方面，正逐渐成为一种通用手段。 （ 5）量化计算方法、分子模拟技术和统计力学 理论三者的结合，体现了化工、材料等领域中多尺 度、多层次应用的需求

计算化学的内容 研究方式： 理论计算（量子力学、统计力学、动力学 等) 分子模拟 (MC、MD、DPD等) 研究对象： 热力学（均相与非均相体系的平衡） 动力学（非均相体系的传递性质★ 化学反应

计算化学的内容 研究方式： 理论计算（量子力学、统计力学、动力学 等） 分子模拟 （MC 、MD 、DPD等） 研究对象： 热力学（均相与非均相体系的平衡） 动力学（非均相体系的传递性质） 化学反应

计算化学与实验的关系

计算化学与实验的关系

计算化学之理论 量子力学(Quantum Mechanics,QM): 是描述电子行为的数学方法，理论上其可精确 预测单个原子或分子的任何性质。 ★

计算化学之理论 量子力学 (Quantum Mechanics, QM ) ： 是描述电子行为的数学方法，理论上其可精确 预测单个原子或分子的任何性质