北京化工大学：《计算化学》课程电子教案（课件讲稿）前言（负责人：张常群）

前言 什么是计算化学(What?) ● 为什么学习计算化学？(Why?) 计算化学的过去、现在和未来 如何学习计算化学 (How?) 本课程教学安排 回

前言 • 什么是计算化学(What?) • 为什么学习计算化学？（Ｗhy?） • 计算化学的过去、现在和未来 • 如何学习计算化学 （How?） • 本课程教学安排

二十世纪八十年代以来，先进的分析 仪器的应用、量子化学计算方法的进展和 计算机技术的飞速发展，对化学科学的发 展产生了冲击性的影响。其研究内容、方 法、乃至学科的结构和性质都在发生深刻 的变化。 长期以来，化学一直被科学界公认为 门纯实验科学。其理由要追溯到人类认 识自然的两种科学方法

二十世纪八十年代以来，先进的分析 仪器的应用、量子化学计算方法的进展和 计算机技术的飞速发展，对化学科学的发 展产生了冲击性的影响。其研究内容、方 法、乃至学科的结构和性质都在发生深刻 的变化。 长期以来，化学一直被科学界公认为 一门纯实验科学。其理由要追溯到人类认 识自然的两种科学方法

(1)归纳法(F.Bacon,1561-1626) 数据拟合 设计实验 实验数据 唯象理论 “预测” 检验 (2)演绎法（R.Decartes,1596-1650） 模型 二次形式化 公理假设 形式理论 近似、计算 预测 实验 和模拟 检验

⑴ 归纳法 ( F. Bacon, 1561-1626 ) ⑵ 演绎法 ( R. Decartes, 1596-1650 ) 设计实验 实验数据 唯象理论 “预测” 数据拟合 检验 公理假设 形式理论 二次形式化 近似、计算 和模拟 预 测 模 型 实验 检验

归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较 依据 目标 数学工具 归纳法 经验公式、规律 实验事实 较简单 →唯象理论 正确普适的 较高级、 演绎法 形式理论 公理和假设 复杂 迄80年代，归纳法是多数化学家采用的唯一科 学方法；演绎法在化学界从未得到普遍承认。 原因：①对象复杂；②习惯观念

依 据 目 标 数学工具 归纳法 实验事实 经验公式、规律 ⇒ 唯象理论 较简单 演绎法 正确普适的 公理和假设 形式理论 较高级、 复杂 • 迄80年代，归纳法是多数化学家采用的唯一科 学方法；演绎法在化学界从未得到普遍承认。 • 原因：①对象复杂；②习惯观念 归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较

运用数学的多 少是一门科学成熟 的程度的标志。 马克思

运用数学的多 少是一门科学成熟 的程度的标志。 运用数学的多 少是一门科学成熟 的程度的标志。 马克思

数学的应用：在刚体 力学中是绝对的，在气体 力学中是近似的，在液体 力学中就已经比较困难 了；在物理学中是试验性 的和相对的；在化学中是 最简单的一次方程式；在 生物学中等于零。 恩格斯

数学的应用：在刚体 力学中是绝对的，在气体 力学中是近似的，在液体 力学中就已经比较困难 了；在物理学中是试验性 的和相对的；在化学中是 最简单的一次方程式；在 生物学中等于零。 数学的应用：在刚体 力学中是绝对的，在气体 力学中是近似的，在液体 力学中就已经比较困难 了；在物理学中是试验性 的和相对的；在化学中是 最简单的一次方程式；在 生物学中等于零。 恩格斯

恩格斯的论断反映了19世纪中叶 自然科学各学科的“成熟程度”。 表明各学科研究对象一物质运动 形式与规律一其复杂程度的差异 然而，百年来科技的发展使各学 科的“成熟程度”发生了巨大变化

• 恩格斯的论断反映了19世纪中叶 自然科学各学科的“成熟程度”。 表明各学科研究对象⎯ 物质运动 形式与规律⎯ 其复杂程度的差异 • 然而，百年来科技的发展使各学 科的“成熟程度”发生了巨大变化

化学科学发展简要回顾 50

无机、有机化学在19世纪率先建立 治金、建材工业推动了无机 经阶壁羚、构宾有学基础 234 5 9101112131415161718 e Periodic Chart of Chemical Kr Xe Bi Po:At.Rn 镧系恒可阿丽阿阿四阿西西西回西西回 锕系丽西阿西阿阿丽何国阿丽阿阿

冶金、建材工业推动了无机 药物、染料、酿酒工业推动了有机 冶金、建材工业推动了无机 药物、染料、酿酒工业推动了有机 ⎯ 元素周期表奠定无机化学基础 无机、有机化学在19世纪率先建立 ⎯ 经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础

@物理化学在20世纪初形成。旨在揭示化 学反应的普遍规律一 反应进行的方向、 程度和速度. Gibbs Gibbs自由能： 化学热力学 G=H-TS Arrhenius 反应速率常数： -Ea 化学动力学 k=Ae YRT

物理化学在20世纪初形成。旨在揭示化 学反应的普遍规律 — 反应进行的方向、 程度和速度… Gibbs − 化学热力学 Gibbs自由能： G = H − TS 反应速率常数： 反应速率常数： RT Ea k eA − = Arrhenius − 化学动力学