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计算化学的历史沿革

已有 8145 次阅读 2012-3-20 12:14 |个人分类:药物化学教学|系统分类:教学心得| 化学, 计算

    计算化学建立在量子力学历史的发现和理论之一,1927年,Walter Heitler和Fritz London首先进行了化学理论计算。早期影响计算量子化学发展的著作包括Linus Pauling和E.Bright Wilson1935年撰写的“Introduction to Quantum Mechanics-with Applications to Chemistry”,Eyring、Walter和Kimball在1944年出版的“Quantum Chemistry”、Heitler于1945年出版的“Elementary Wave Mechanics上面提到的撰写书籍和著作成为化学家几十年里重要的参考文献。
    20世纪40年代,随着计算机技术的发展,阐述复杂原子系统的波方程开始成为一个可以实现的目标。20世纪50年代早期,进行了第一个半经验的原子轨道计算。理论化学家开始成为早期的数字计算机的广大用户。Smith和Sutcliffe对在英国这样使用给出了一个非常详细的解释。1956年,在麻省理工学院开展了双原子分子的从头Hartree-Fock计算,使用的是一套Slater轨道基础。1960年,Nesbet和Ransil分别用最小基组和最大基轨道分布进行了第一种多原子轨道计算。20世纪50年代,Boys与同事在Cambridge大学的EDSAC计算机上采用GAUSSIAN轨道第一次进行了配置相互作用的计算。到1971年,一部关于从头计算的参考书出版,书中罗列的最大的分子包括萘和甘菊环烃。Schaefer公开了从头计算的许多早期发展的摘要。
    1964年,Hückel计算方法即使用一个简单的线性组合的原子轨道法(LCAO)法测定的共轭烃系统中π电子的分子轨道的电子能量,在加州大学Berkeley分校和Oxford大学的计算机上生成。这些经验方法在20世纪60年代被CNDO等方法替代。
    在20世纪70年代早期,高效的计算机程序如ATMOL、GAUSSIAN、IBMOL、POLYAYTOM开始被用于加快分子轨道的从头计算。这四个项目只有GAUSSIAN现在仍然被大量使用,但是其他许多程序现在也在使用。在此期间,Norman Allinge发展了分子力学方法MM2。
    术语“计算化学”第一次出现在Sidney Fernbach and Abraham Haskell Taub在1970年出版的著作《Computers and Their Role in the Physical Sciences》当中。计算化学终于可以越来越多的成为现实。20世纪70年代,广泛的不同的方法开始被视为计算化学这门新兴学科的一部分。1980年,《Journal of Computational Chemistry(计算化学杂志)》创刊。
    1998年10月13日,瑞典皇家科学院宣布:将1998年度诺贝尔化学奖授予两位成就卓著的量子化学家—加利福尼亚大学Walter Kohn和西北大学John A. Pople,以奖励Walter Kohn的密度泛函理论和John A. Pople的量子化学计算方法对化学的巨大贡献。Pople提出波函数方法并发展了化学中的计算方法,这些方法是基于对Schrodinger方程中的波函数作不同的描述。他创建了一个理论模型化学,其中用一系列越来越精确的近似值,系统地促进量子化学方程的正确解析,从而可以控制计算的精度,这些技术是通过高斯计算机程序向研究人员提供的。今天这个程序在所有化学领域中都用来作量子化学的计算。Walter 在20世纪60年代就提出:一个量子力学体系的能量仅由其电子密度所决定,这个量比Schrodinger方程中复杂的波函数更容易处理得多。他同时还提供一种方法来建立方程,从其解可以得到体系的电子密度和能量,这种方法称为密度泛函理论,已经在化学中得到广泛应用,因为方法简单,可以应用于较大的分子。


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