分子計算科學(xué)(共8頁)

1、原子(yunz)的微觀結(jié)構(gòu)是什么樣的？原子的微觀結(jié)構(gòu)是由以質(zhì)子(zhz)和中子組成的原子核為中心，核外電子以電子云的形式在原子核周圍(zhuwi)概率性出現(xiàn)。什么是原子軌道？原子軌道又叫軌態(tài)，是以數(shù)學(xué)函數(shù)的形式（即波函數(shù)）來表示原子中核外電子在原子核周圍出現(xiàn)的幾率，軌道就是在波函數(shù)的界定下電子出現(xiàn)幾率較大的區(qū)域。原子軌道形狀與空間分布圖？最簡單幾類原子軌道形態(tài)：s軌道形狀，球形；p軌道形狀，無柄啞鈴形； d軌道形狀，花瓣形。具體的空間分布（手畫）。原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在實際的實際測量與結(jié)構(gòu)表征中都有那些應(yīng)用？舉例說明主要的應(yīng)用有：EDS等可以用來分析樣品的元素和元素的特征以及物質(zhì)的種類。如：EDS（

2、 HYPERLINK /search?word=X%E5%B0%84%E7%BA%BF&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank X射線 HYPERLINK /search?word=%E8%83%BD%E8%B0%B1%E4%BB%AA&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 能譜儀）可以利用不同元素的 HYPERLINK /search?word=X%E5%B0%84%E7%BA%BF&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank X射線 HYPERLINK /search?word=%E5%85%89%E5%AD

3、%90&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 光子特征能量不同進(jìn)行成分分析，借助于分析試樣發(fā)出的元素特征X射線波長和強(qiáng)度實現(xiàn)的， 根據(jù)波長測定試樣所含的元素，根據(jù)強(qiáng)度測定元素的相對含量。金剛石和石墨是碳的兩種同素異形體，他們的物理性質(zhì)都有哪些差別？試從分子的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋？金剛石的硬度大、不能導(dǎo)電；而石墨的硬度較小，具有柔性、 HYPERLINK /search?word=%E5%AF%BC%E7%94%B5%E6%80%A7&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 導(dǎo)電性好。 HYPERLINK /search?word=%E9%8

4、7%91%E5%88%9A%E7%9F%B3&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 金剛石是典型的 HYPERLINK /search?word=%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%99%B6%E4%BD%93&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 原子晶體，晶體中的基本結(jié)構(gòu)粒子是 HYPERLINK /search?word=%E7%A2%B3%E5%8E%9F%E5%AD%90&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 碳原子，每個 HYPERLINK /search?word=%E7%A2%B3

5、%E5%8E%9F%E5%AD%90&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 碳原子都以sp3 HYPERLINK /search?word=%E6%9D%82%E5%8C%96%E8%BD%A8%E9%81%93&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 雜化軌道與四個 HYPERLINK /search?word=%E7%A2%B3%E5%8E%9F%E5%AD%90&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 碳原子形成 HYPERLINK /search?word=%E5%85%B1%E4%BB%B7&fr=

6、qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 共價單鍵，構(gòu)成 HYPERLINK /search?word=%E6%AD%A3%E5%9B%9B%E9%9D%A2%E4%BD%93&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 正四面體，碳原子在 HYPERLINK /search?word=%E7%A9%BA%E9%97%B4%E6%9E%84%E6%88%90&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 空間構(gòu)成連續(xù)的、堅固的骨架結(jié)構(gòu)，所以金剛石的硬度大。同時，由于碳的4個電子都參與了成鍵，沒有空余的自由電子所以其導(dǎo)電性差。 H

7、YPERLINK /search?word=%E7%9F%B3%E5%A2%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 石墨晶體是屬于混合鍵型的晶體，石墨中的同層碳原子用sp2 HYPERLINK /search?word=%E6%9D%82%E5%8C%96%E8%BD%A8%E9%81%93&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 雜化軌道與相鄰的三個碳原子以鍵結(jié)合，每個碳原子還有一個2p軌道，這些p軌道互相平行，形成了離域 HYPERLINK /search?word=%E5%A4%A7%CF%80%E9%94%AE&fr=qb_

8、search_exp&ie=utf8 t _blank 大鍵，且大鍵中的電子可以自由移動，所以石墨在平行于單石墨層的方向具有導(dǎo)電性，在垂直方向上沒有導(dǎo)電性。而不同的石墨層之間是以分之間作用力相連接，作用力較小，能夠出現(xiàn)層與層之間的滑動，所以石墨具有柔性和硬度小的特點。什么是化學(xué)鍵？化學(xué)鍵主要有那些類型(lixng)，他們都有哪些特點？化學(xué)鍵是指純物質(zhì)(wzh)通常以 HYPERLINK /view/25255.htm t _blank 分子(fnz)內(nèi)或 HYPERLINK /view/51869.htm t _blank 晶體內(nèi)相鄰兩個或多個 HYPERLINK /view/21855.ht

9、m t _blank 原子（或離子）間強(qiáng)烈的 HYPERLINK /view/1224554.htm t _blank 相互作用力的統(tǒng)稱。主要有：離子鍵、金屬鍵，共價鍵（極性共價鍵和非極性共價鍵）幾個類型。離子鍵：指的是兩個原子的電負(fù)性差異非常大，而形成的化學(xué)鍵。金屬鍵：是指金屬原子間電負(fù)性差異不大的兩個原子形成的化學(xué)鍵，可以看成是高度離域的共價鍵。共價鍵：是指非金屬原子間電負(fù)性差異不大的兩個原子之間形成的化學(xué)鍵。又根據(jù)兩個非金屬原子之間的極性的差異性，共價鍵又可分為極性和非極性兩類。極性共價鍵是指兩個原子的極性差有差異，非極性共價鍵是指兩個原子的極性沒有差異。FT-IR、Rman和xps測試

10、都能表征分子材料的那些性質(zhì)？這些測試手段的基本原理是利用分子哪些特征進(jìn)行測量的？紅外光譜：可以通過觀察樣品的紅外光譜吸收峰來分析樣品的化學(xué)鍵和官能團(tuán)。主要是通過將一束具有連續(xù) HYPERLINK /view/45341.htm t _blank 波長的紅外光通過樣品，樣品中的分子振動或轉(zhuǎn)動會對紅外光進(jìn)行吸收，通過測試其吸收光譜來分析樣品的性質(zhì)，可以做定性分析。拉曼光譜：可以測量物質(zhì)的物質(zhì)種類，化學(xué)鍵以及官能團(tuán)，以紅外光譜進(jìn)行互補。主要是將一束光照射在樣品表面，由于分子的振動和轉(zhuǎn)動會對入射光產(chǎn)生散射，可以通過對其中的非彈性散射光進(jìn)行處理，制成拉曼光譜，即可對樣品的性質(zhì)進(jìn)行分析。X光電子能譜分析：

11、是一種表面分析方法，可以分析樣品表面的元素含量與形態(tài)，而不是樣品整體的成分，其信息深度約為3-5nm。主要是通過對樣品發(fā)射一定能量的X光照射到樣品表面，樣品受到激發(fā)產(chǎn)生光電子，并對樣品產(chǎn)生的光子能量的測定，就可以了解樣品中元素的組成，可以做定性分析和半定量分析以及價態(tài)分析。什么是價電子對互斥理論？該理論有哪些應(yīng)用？價層電子對互斥理論(lln)的基礎(chǔ)指的是分子或離子的幾何構(gòu)型主要決定于與中心原子相關(guān)的電子對之間的排斥(pich)作用。該電子對既可以是成鍵的，也可以是沒有成鍵的（叫做孤對電子）。其主要(zhyo)應(yīng)用在于通過計算中心原子和配位數(shù)來預(yù)測離子、分子的幾何構(gòu)型。如不帶孤對電子的sp2雜化

12、為正三角形，如：BCl3，而帶孤對電子的sp2雜化為V字型，如：H2O。什么是雜化軌道？金剛石及石墨中的碳原子采用的是哪種雜化方式？在形成多原子分子的過程中，中心原子的若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新的軌道，這個過程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫做雜化軌道。金剛石：sp3；石墨：sp2什么是石墨烯？石墨烯和氧化石墨烯在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上都有哪些差別？試從分子共軛和碳原子雜化軌道等角度進(jìn)行分析？石墨烯是指碳原子都是以sp2雜化的形式與其它碳原子相連接碳原子通過緊密排列形成的具有六元環(huán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二維平面點陣，是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。具有很好的導(dǎo)電性，但是親水性較差，在水中容易團(tuán)聚。氧化石

13、墨烯仍保持石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)，但是在石墨烯表面引入了許多氧基功能團(tuán)，這些氧基功能團(tuán)的引入使得單一的石墨烯結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。其導(dǎo)電性較差，但是親水性較好，在水中的分散性好。在結(jié)構(gòu)上石墨烯的碳原子以sp2 HYPERLINK /search?word=%E6%9D%82%E5%8C%96%E8%BD%A8%E9%81%93&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 雜化軌道與相鄰的三個碳原子以鍵結(jié)合，每個碳原子還有一個2p軌道，這些p軌道互相平行，形成了離域 HYPERLINK /search?word=%E5%A4%A7%CF%80%E9%94%AE&fr=qb_sear

14、ch_exp&ie=utf8 t _blank 大鍵，且大鍵中的電子可以自由移動，所以石墨烯的導(dǎo)電性很好。但是由于碳原子都是非極性基團(tuán)，整個分子為非極性的，所以與水的親和性差。而氧化石墨烯在石墨烯表面引入了許多的氧基功能團(tuán)，破壞了原有石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)，造成氧化石墨烯的導(dǎo)電性變差。同時，氧化石墨烯的分子的電荷密度分布發(fā)生了改變，使得分子帶有一定的極性，所以氧化石墨烯具有很好的親水性能。什么是大鍵？大鍵對物質(zhì)的性質(zhì)都有哪些影響？試舉例說明p電子(dinz)在多個原子間運動形成型化學(xué)鍵，這種不局限在兩個原子之間的鍵稱為離域鍵，或大鍵。形成的條件：1.這些(zhxi)原子都在同一平面上；2.這些原子都

15、有相互平行的P軌道；3.P軌道上的電子總數(shù)小于P軌道數(shù)的2倍。影響(yngxing)：1.可以提高分子的穩(wěn)定性。 如苯分子有著高度不飽和性，卻顯示出化學(xué)穩(wěn)定性。2.提高導(dǎo)電性。 如石墨有著良好的導(dǎo)電性能。3.酸堿性質(zhì)的改變 如羧酸的酸性小于庚酸的酸性。4.有機(jī)化合物顏色的產(chǎn)生。如大多數(shù)有色化合物都有著較大的大鍵。分子間作用力主要包括色散力、取向力和誘導(dǎo)力，他們產(chǎn)生的機(jī)理是什么？色散力：任何原子都是處于不斷振動的狀態(tài)，當(dāng)期偏離平衡位置時，就會產(chǎn)生瞬間的偶極，而兩個分子有這種瞬間偶極所產(chǎn)生的作用力，就叫做色散力。誘導(dǎo)力：是由于極性分子與非極性分子相互靠近時，極性分子的固有偶極使得非極性分子的電子云

16、偏離平衡位置而產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極，而固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間的作用力，叫做誘導(dǎo)力取向力：由于極性分子的電性分布不均勻，一端帶正電，一端帶負(fù)電，形成固有偶極。當(dāng)兩個極性分子相互接近時，他們的固有偶極的相互作用叫做取向力。 量子化學(xué)計算中，求解schrodinger方程所用的三個重要近似都是什么？非相對論近似：電子在核附近以接近光速的1/3的高速度運動。根據(jù)相對論，電子質(zhì)量u不是一個常數(shù)，它由電子運動速度，光速c和電子靜止質(zhì)量un決定：非相對論近似忽略這一相對論效應(yīng)，認(rèn)為電子質(zhì)量u=u0。Born-Oppenheimer (B-O)近似：根據(jù)電子運動速率比核運動速率高3個數(shù)量級，可將方程中一些項忽略，使

17、其分離為電子運動和核運動兩個方程。單電子近似：體系(tx)中每個電子在核和（n-1）個電子組成的平均勢場中運動。量子化學(xué)計算中，什么是半經(jīng)驗方法和從頭算計(sun ji)算法？他們各自特點是什么？半經(jīng)驗方法：借用經(jīng)驗或半經(jīng)驗參數(shù)代替分子積分來求解多電子體系的量子理論計算方法。特點：半經(jīng)驗計算通常只考慮價軌道，因而(yn r)半經(jīng)驗方法較從頭算方法計算量小得多，適用于較大的分子體系。從頭計算法：從頭計算方法是僅利用普朗克常數(shù)，電子靜止質(zhì)量和電量三個基本物理常數(shù)而不借助任何經(jīng)驗參數(shù)，求解多電子體系的量子化學(xué)計算方法。特點：理論上最嚴(yán)格，計算結(jié)果最精確，但計算量非常大，適用于較小的分子體系。Gaus

18、sian軟件是是使用最廣的分子計算模擬軟件，該軟件主要功能有哪些？Gaussian主要研究：分子能量和結(jié)構(gòu)，過渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵以及反應(yīng)能量，分子軌道，偶極矩和多極矩，原子電荷和電勢，振動頻率，紅外和拉曼光譜， NMR，極化率和超極化率，熱力學(xué)性質(zhì)，反應(yīng)路徑。使用Gaussian軟件進(jìn)行量子化學(xué)計算的一般步驟是什么？（1）確定計算類型。 （2）建立分子模型。（3）檢驗和優(yōu)化分子模型。（4）選擇合適計算方法和機(jī)組。（5）進(jìn)行大規(guī)模的正式計算。（6）對計算結(jié)果分析比較和討論。（7）重新建立模型進(jìn)行更高級的運算。分子結(jié)構(gòu)建模中，什么是直角坐標(biāo)？什么是內(nèi)坐標(biāo)？直角坐標(biāo)：是通過建立一個兩兩之間互相垂

19、直的三維坐標(biāo)系（X-Y-Z），并以在X,Y,Z三個向量上的投影的數(shù)值來描述各個原子在空間的分布情況，具有三個參數(shù)。內(nèi)坐標(biāo)：分子中每個原子的相對位置是用與它成鍵的另一個原子間鍵長、該鍵與另一化學(xué)鍵間的鍵角，以及后者與和它有一條公共邊的另一鍵角所成的二面角來確定。Gaussian軟件(run jin)計算中，計算執(zhí)行路徑行“#HF/STO-3G OPT”中各種符號(fho)的含義是什么？HF：指的是計算的算法，STO-3G指的是運算(yn sun)所需要的基組，OPT指的是運算的類型需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。什么是計算基組？常用的基組有哪些？計算機(jī)組指的是計算時所調(diào)用的分子軌道的波函數(shù)的表達(dá)式。常用的機(jī)組

20、有：STO-3G, 6-31G, 6-31G*, 6-31G*, 6-31+G, 6-31+G*, 6-311G, Lanl2dz等。什么是自旋多重度？如何計算自旋多重度？自旋多重度是指當(dāng)總自旋量子數(shù)(S)給定后，對于相同的空間電子 HYPERLINK /view/24951.htm t _blank 波函數(shù)來說，其自旋角動量的可能取向數(shù)就是自旋多重度。計算方式為：多重度2S+1， S=n*1/2， n為單電子數(shù)。先計算出分子的總電子數(shù)目：若總電子數(shù)目是偶數(shù)，未成對電子數(shù)目 n=0,2,4,6,.自旋多重度是1,3,5,7,.若總電子數(shù)目是奇數(shù)，未成對電子數(shù)目n=1,3,5,7,.自旋多重度是

21、 2,4,6,8,.依次把自選多重度帶進(jìn)去計算，看是否匹配，若不匹配則繼續(xù)計算，直到匹配為止。什么是單點能計算？什么是幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算？單點能計算是指對給定幾何構(gòu)性的分子的能量以及性質(zhì)進(jìn)行計算，由于分子的幾何構(gòu)型是固定不變的。只是“一個點”，所以叫單點能計算。結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指通過改變分子中各個原子的相對位置，迭代計算，直到其結(jié)構(gòu)最優(yōu)為止。一般是指分子的總能量最低。構(gòu)型優(yōu)化是化學(xué)計算的基礎(chǔ)，任何性質(zhì)的計算都是在已優(yōu)化好的分子結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的。使用Gaussian軟件對分子進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過結(jié)果分析都能得到哪些有用的信息？通過幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以得到：分子的總能量；總的帶電量，電負(fù)性，總原子數(shù)目；可以量出

22、鍵長、鍵角、二面角；分子中各原子的帶電量（電荷分布），分子中的各原子的軌道形狀，分子的整體形狀；可以查看能系（最高占據(jù)軌道和最高未占據(jù)軌道的能量）等。使用Gaussian軟件計算(j sun)分子振動光譜時，需要使用哪些關(guān)鍵詞?需要(xyo)：算法，基組和計算類型。如：PM3 STO-3G FRE。使用Gaussian軟件優(yōu)化分子的幾何(j h)結(jié)構(gòu)時，需要使用哪些關(guān)鍵詞?需要：算法，基組和計算類型。如：HF STO-3G OPT。Gaussian軟件中常用的半經(jīng)驗方法有哪幾種？AM1，PM3，MP2，MP3，HF和B3LYP等。 分子科學(xué)計算都能研究哪些化學(xué)/材料中的基礎(chǔ)問題？試結(jié)合自己研究

23、課題進(jìn)行論述。GaussView軟件都有哪些功能？1. 搭建或者導(dǎo)入 HYPERLINK /search?word=%E5%88%86%E5%AD%90%E7%BB%93%E6%9E%84&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 分子結(jié)構(gòu)，用以創(chuàng)建輸入文件；2. 以圖形化的方式自然直觀的查看輸出結(jié)果； 3. 查看分子的紅外光譜等圖譜； 4. 即時提交和監(jiān)控計算（需要本機(jī)裝有Gaussian軟件）5.查看分子的優(yōu)化過程。CASTEP軟件使用的計算方法是什么？該軟件都可以計算哪些物質(zhì)的哪些性質(zhì)？CASTEP的基于第一性原理而進(jìn)行的電荷密度泛函理論在局域電荷密度的近似或者是梯度修正；計算方法是K點逼近；計算中采用的勢能為贗勢?？梢杂脕碛嬎憔w結(jié)構(gòu)的單點能，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能帶結(jié)構(gòu)，態(tài)密度，差分電荷密度，電荷的分布（布局分析），費米能級，光學(xué)特性以及其波函數(shù)等。什么是能帶結(jié)構(gòu)？什