Theory and Applications of Computational Chemistry pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Dykstra, Clifford E. (EDT)/ Frenking, Gernot (EDT)/ Kim, Kwang S. (EDT)/ Scuseria, Gustavo E. (EDT)

出品人:

頁數:1336

译者:

出版時間:2005-7

價格:$ 155.94

裝幀:Pap

isbn號碼:9780444519047

叢書系列:

圖書標籤:

• Computational Chemistry
• Theoretical Chemistry
• Quantum Chemistry
• Molecular Modeling
• Chemical Physics
• Algorithms
• Density Functional Theory
• Molecular Dynamics
• cheminformatics
• ab initio

書籍簡介：計算化學理論與應用 書名： Computational Chemistry: Principles and Practice 作者： [此處填寫虛構作者姓名，例如：Dr. Eleanor Vance & Professor Kenji Tanaka] 齣版社： [此處填寫虛構齣版社名稱，例如：Integrative Science Press] --- 內容概述 《計算化學：原理與實踐》是一本旨在為讀者提供堅實計算化學基礎，並展示其在現代科學研究中廣泛應用的綜閤性教材與參考手冊。本書深入探討瞭從基本的量子力學原理到復雜的分子模擬技術，內容組織清晰，邏輯嚴謹，力求在理論深度與實際操作之間取得完美的平衡。本書的編寫目標是服務於高年級本科生、研究生以及在學術界和工業界從事計算化學、材料科學、藥物發現等領域的研究人員。 本書摒棄瞭過於晦澀的純數學推導，轉而著重於物理圖像的構建和算法背後的化學直覺，確保讀者能夠理解“為什麼”使用特定的方法，以及“如何”有效地應用這些工具解決實際問題。 第一部分：理論基石——量子化學的數學與物理 本部分為後續的計算奠定堅實的理論基礎。 第一章：分子係統的量子力學描述 本章首先迴顧瞭薛定諤方程在化學問題中的核心地位。重點闡述瞭波函數的物理意義、算符代數以及角動量和自鏇的量子力學處理。詳細討論瞭變分原理和微擾理論在求解電子結構問題中的作用。我們將引入原子單位製，並解釋為什麼在實際計算中，我們需要對復雜的體係進行恰當的近似。 第二章：電子結構方法的演進 本章係統地介紹瞭求解多電子體係電子結構的方法。從最基礎的哈特裏-福剋 (Hartree-Fock, HF) 方法齣發，詳盡分析瞭其平均場近似的局限性。隨後，本書深入探討瞭如何超越HF方法來處理電子間的關聯效應。這包括：組態相互作用 (CI) 方法的完整形式與截斷形式（如CISD），微擾理論（如Møller-Plesset, MP2, MP3, MP4）的實際應用及收斂性問題。特彆地，本章會用直觀的圖示解釋“關聯能”的物理含義。 第三章：密度泛函理論 (DFT) 的核心 DFT被視為現代計算化學的支柱之一，本章給予瞭充分的篇幅。我們從 Hohenberg-Kohn 定理齣發，深入剖析瞭 Kohn-Sham (KS) 理論框架。本書將詳盡分類和比較各種交換-關聯 (Exchange-Correlation, XC) 泛函的性能，包括局域密度近似 (LDA)、廣義梯度近似 (GGA, 如 PBE, BLYP)、以及混閤泛函（如 B3LYP）。本書強調瞭泛函選擇對化學反應能、幾何結構和電子性質預測精度的關鍵影響。 第四章：基組理論與數值精度 本章聚焦於如何用有限的數學函數來近似無限維的希爾伯特空間。詳細介紹瞭高斯型函數 (Gaussian Type Orbitals, GTOs) 的特性，並解釋瞭斯萊特型函數 (STO) 與 GTOs 之間的關係。通過實例，讀者將學會如何選擇閤適的基組（如STO-nG, Pople 集閤, Dunning 的相關一緻性集閤 cc-pVnZ）以平衡計算成本和精度。此外，本章還探討瞭標量相對論效應（如使用包含相對論效應的有效核勢，ECP）在重原子計算中的重要性。 第二部分：動力學與模擬——從靜態到時間依賴 本部分將理論方法應用於描述分子係統的動態行為。 第五章：分子力學 (Molecular Mechanics, MM) 與力場 在處理大尺度、長時程係統時，MM方法的優勢無可替代。本章係統介紹瞭力場的核心概念，包括勢能函數 (Potential Energy Function, PEF) 的構成——鍵閤項（伸縮、彎麯、扭轉）和非鍵閤項（範德華力、靜電作用）。我們詳細分析瞭經典力場的發展曆程，如 AMBER, CHARMM, OPLS 等，並討論瞭參數化過程的挑戰和局限性。 第六章：分子動力學 (Molecular Dynamics, MD) 模擬 本章講解如何利用牛頓運動方程在力場框架下模擬分子的時空演化。重點介紹積分算法（如 Verlet 算法），以及如何處理邊界條件（如周期性邊界條件）。關鍵的模擬技術，如熱浴和壓力控製（如 Langevin 動力學、NPT 集閤），以及如何精確采樣相空間（如微正則係綜 NVE）將得到深入闡述。本書會使用實際案例，指導讀者如何分析 MD 軌跡數據，提取時間依賴的物理量。 第七章：濛特卡洛 (Monte Carlo, MC) 方法 作為與 MD 互補的模擬工具，MC方法在本章得到詳細討論。我們將闡述 Metropolis 準則在采樣構象空間中的核心作用。本書將探討如何利用 MC 方法進行自由能微擾（FEP）和熱力學積分（TI）的計算，以及在晶格模型和溶液模擬中的特殊應用。 第八章：高級采樣技術與自由能計算 本章專注於解決 MD 和 MC 模擬中常見的“采樣子空間”問題，即如何高效地探索能量勢壘。詳細介紹增強采樣技術，包括 Umbrella Sampling（傘采樣）、Replica Exchange MD（REMD，溫敏交換）以及 Metadynamics（元動力學）。本章的重點在於自由能景觀 (Free Energy Landscape) 的精確構建，這是理解化學反應機理和生物分子結閤機製的關鍵。 第三部分：計算化學的應用前沿 本部分展示瞭前述理論和方法在解決實際科學問題中的威力。 第九章：反應機理與過渡態搜尋 本章專門探討如何利用計算化學工具來定位和錶徵化學反應的過渡態 (Transition States, TS)。我們將介紹梯度優化與鞍點搜索算法（如同步轉動梯度法, IRC），以及如何通過振動分析驗證找到的結構是否是真正的過渡態。通過案例研究，讀者將學習如何精確計算反應能壘和活化熵。 第十章：計算光譜學與性質預測 本章關注如何利用計算化學預測分子在實驗光譜中的特徵。詳細介紹瞭激發態理論（如 TD-DFT）在預測紫外-可見吸收光譜中的應用。此外，本書還將討論計算核磁共振 (NMR) 譜、紅外 (IR) 譜，以及如何計算分子的電荷分布和偶極矩，這些是理解分子相互作用和反應活性的重要指標。 第十一章：從孤立分子到凝聚態：周期性體係 本章過渡到周期性固體和材料科學的應用。詳細闡述晶體周期性邊界條件下的電子結構計算（如平麵波基組和贋勢的使用）。應用DFT方法來預測晶體結構優化、能帶結構、電子密度分布以及材料的宏觀性質（如帶隙、介電常數）。 第十二章：計算化學軟件與工作流程 本章更具實踐指導意義。本書不會側重於某一特定軟件的語法，而是提供一個通用的計算化學項目工作流程。內容包括：選擇閤適的理論方法和基組（“方法工程”）、建立高效的計算集群任務、以及至關重要的結果可視化與數據後處理。我們將討論如何批判性地評估計算結果的可靠性（例如，不確定性量化和收斂性檢驗）。 --- 本書特色： 理論與實踐的無縫銜接： 每個理論章節後都附有“實踐指南”小節，引導讀者如何將所學應用到實際的計算軟件中。 批判性思維培養： 強調不同方法的優缺點和適用範圍，鼓勵讀者對計算結果保持審慎和批判的態度。 豐富的案例研究： 案例涵蓋瞭有機反應、催化、蛋白質-配體結閤、新型功能材料設計等多個前沿領域。 《計算化學：原理與實踐》旨在成為讀者從理論學習者邁嚮獨立計算科學傢的關鍵橋梁。

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