量子化学 - The mini wiki

莱纳斯·卡尔·鲍林是美国化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一。1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1963年因反对核弹在地面测试的行动获得1962年度的诺贝尔和平奖。
由于在1962年的决选过程中，挪威诺贝尔委员会认为当年的提名者均不符合阿尔弗雷德·诺贝尔遗嘱中所概述的标准。根据诺贝尔基金会的章程，在这种情况下，可以将诺贝尔奖保留到第二年，然后再应用该章程。因此，一年后的1963年，莱纳斯·鲍林获得1962年诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一；也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。其后他主要的行动为支持维他命C在医学的功用。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他以量子力学入手分析化学问题，结论却以直观、浅白的概念重新阐述，即便未受量子力学训练的化学家亦可利用准确的直观图像研究化学问题，影响至为深远，比如他所提出的许多概念：电负度、共振论、价键理论、混成轨域、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。

原子轨域线性组合，是量子化学中用于求解分子轨域的一种方法，这种方法是通过对原子轨域进行线性叠加来构造分子轨域。因为它属于分子轨域方法的一种，所以又称原子轨域线性组合的分子轨域方法，或者叫LCAO-MO。它于1929年由Sir John Lennard-Jones引入用于描述元素周期表第一行上原子构成的双原子分子的成键，并且经由Ugo Fano进行了扩展。

多组态自洽场方法是量子化学中的一种计算方法，主要用于在哈特里－福克方法和密度泛函理论不足以给出良好的参考态函数的时候产生定量正确的参考态函数。它用一组组态态函数的线性组合来近似真实的电子波函数。在 MCSCF 方法中，既改变组态态函数前的线性组合系数，也改变每一个组态态函数里面的基函数前的线性组合系数，同时改变两者以使能量达到最小值，就得到变分的电子波函数。这个方法可以视作组态相互作用方法和哈特里－福克方法的组合。

理论化学运用非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。近年来，理论化学主要包括量子化学，即应用量子力学来解决化学问题。理论化学可以泛泛地分为电子结构、动力学和统计力学几个方面。在解决预测化合物的反应活性的问题时，这几个方面都可能不同程度地涉及到。理论化学其他“五花八门的” 研究领域包括对处于各物态的大块物质化学的数学表征和研究更晚近的数学进展在基础研究的适用性。理论化学的这一方面有时被称为数学化学。

大小广延性问题在量子化学中表示一种方法的结果对参与计算的电子数目的依赖性。名称中的 extensivity 一词与热力学中的“外延”一词的含义类似。哈特里－福克方法、多体微扰理论、耦合簇方法都具有大小广延性，而非完全组态相互作用的组态相互作用方法则不具有大小广延性。大小广延性的一个好处是，可以直接对比含有不同数目的电子的计算结果，例如用来描述电离过程。对于不具有大小广延性的方法，随着参与计算的电子数目增多，计算结果与精确能量之间的误差也会增大。

全始计算法在量子化学计算中指基于量子力学基本原理直接求解薛定谔方程的量子化学计算方法。从头计算法的特点是没有经验参数，并且对体系不作过多的简化。对各种不同的化学体系采用基本相同的方法进行计算。目前的从头计算法包括基于哈特里－福克方程的哈特里–福克方法、在哈特里–福克基础上引入电子相关作用校正而发展起来的后哈特里–福克方法，以及多组态多参考态方法等。与半经验方法相比，从头计算法精度高，但耗时长。

莱纳斯·卡尔·鲍林是美国化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一。1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1963年因反对核弹在地面测试的行动获得1962年度的诺贝尔和平奖。
由于在1962年的决选过程中，挪威诺贝尔委员会认为当年的提名者均不符合阿尔弗雷德·诺贝尔遗嘱中所概述的标准。根据诺贝尔基金会的章程，在这种情况下，可以将诺贝尔奖保留到第二年，然后再应用该章程。因此，一年后的1963年，莱纳斯·鲍林获得1962年诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一；也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。其后他主要的行动为支持维他命C在医学的功用。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他以量子力学入手分析化学问题，结论却以直观、浅白的概念重新阐述，即便未受量子力学训练的化学家亦可利用准确的直观图像研究化学问题，影响至为深远，比如他所提出的许多概念：电负度、共振论、价键理论、混成轨域、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。

量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。将量子理论应用于原子体系还是分子体系是区分量子物理学与量子化学的标准之一。目前认为最早的量子化学计算是1927年布劳对H+2离子以及同年瓦尔特·海特勒和弗里茨·伦敦对H2分子的计算，开创量子化学这一个交叉学科。经过近八十年发展之后，量子化学已经成为化学家们广泛应用的一种理论方法。

量子化学中的基组是用于描述体系波函数的若干具有一定性质的函数。基组是量子化学从头计算的基础，在量子化学中有着非常重要的意义。基组的概念最早脱胎于原子轨道，随着量子化学的发展，基组的概念已经大大扩展，现已不局限于原子轨道的原始概念。在量子化学计算中，根据体系的不同，需要选择不同的基组，构成基组的函数越多，基组便越大，计算的精度也越高，计算量也随之增大。

哈特里－福克方程，又称为HF方程，是一个应用变分法计算多电子系统波函数的方程式，是量子物理、凝聚态物理学、量子化学中最重要的方程之一。HF方程形式上是单电子本征方程，求得的本征态是单电子波函数，即分子轨道。以HF方程为核心的数值计算方法称为“哈特里－福克方法”。