计算化学——从理论化学到分子模拟
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作者： 陈敏伯 著
出 版 社： 科学出版社
出版时间： 2009-3-1字数：版次： 1页数： 391印刷时间：开本： 16开印次：纸张：I S B N ： 9787030233523包装： 平装内容简介
计算化学是近年来飞速发展的一门学科，它主要以分子模拟为工具实现各种核心化学问题的计算，架起了理论化学和实验化学之间的桥梁。
本书在一个比较严格的理论框架中介绍了计算化学。全书分两部分：基本原理篇和应用篇，共11章。基本原理篇（第1-6章）包括：体系的经典力学描述，势能面，分子动力学方法，Monte Carlo模拟，相关函数和近平衡态的量子统计理论；应用篇（第7-11章）包括：热化学，输运性质，分子光谱的模拟，固体材料和统计数学在药物、材料设计上的应用。本书尽量介绍具有物理意义的方法，不得已才采用单纯的数学模型。为了方便阅读，本书备有附录用来介绍重要的数学工具。
本书可作为化学、物理、材料科学、药学、生命科学等有关专业领域高校教师、科研人员的参考书和研究生教材。
目录
序
前言
符号说明
绪言
参考文献
基本原理篇
第1章 体系的经典力学描述
1.1 基本概念
1.2 经典力学
1.2.1 最小作用量原理和Lagrange方程
1.2.2 Hamilton E则方程
1.2.3 最小作用量原理与：Hamilton正则方程
1.2.4 Hamilton—Jacobi方程
参考文献
第2章 势能面
2.1 Hohenberg-Kohn第一定理
2.2 分子结构文件表达方法
2.2.1 直角坐标表达法
2.2.2 内坐标法
2.3 势能面及其特征
2.4 力场方法
2.4.1 力场方法的势能表达形式
2.4.2 力场方法的本质和改进
2.5 能量极小化
2.5.1 单纯形法
2.5.2 最速下降法
2.5.3 共轭梯度法
2.5.4 Newton-Raphson法
2.6 寻找过渡态
2.6.1 过渡态附近的势能面特征
2.6.2 势能梯度的模方
参考文献
第3章 分子动力学方法
3.1初等分子动力学原理
3.1.1Verlet法
3.1.2蛙跳法
3.1.3速度Verlet法
3.1.4位置Verlet法
3.1.5Beeman法
3.1.6Gear法.
3.2随机动力学模拟
3 2.1 Langovin方程及其形式解
3.2.2随机动力学中的蛙跳法
3.3限制性和约束性分子动力学模拟
3.3.1限制性分子动力学模拟.
3.3.2约束性分子动力学模拟——SHAKE法
3.4恒压体系的模拟
3.4.1标度变换恒压法
3.4.2 (NpH)系综的恒压扩展法(Andersen法）
3.4.3 晶胞可变的(NpH)系综的模拟——Parrinello-Rahman法
3.5恒温体系的模拟
3.5.1 Woodcock变标度恒温法
3.5.2 Berendsen变标度恒温法.
3.5.3 Andersen热浴法
3.5.4恒温扩展法——Nose动力学
3.5.5Hoover动力学
3.6经典力学及其算符方法
3.6.1概率密度分布函数、Liouville方程
3.6.2经典Liouville算符、力学量的时间演化
3.6.3经典演化算符、时间反演对称性
3.6.4Trotter定理和经典演化算符的因子化
3.7多重时间尺度积分的分子动力学模拟
3.8Hamilton体系的辛算法
3.8.1Hamilton力学的辛结构.
3.8.2正则变换的辛结构.
3.8.3线性Hamilton体系
3.8.4 线性Hamilton体系的基于Pade逼近的辛格式
3.8.5非线性Hamilton体系的Euler中点辛格式
3.8.6辛算法实例
3.9Poincae回归定理与分子动力学模拟
3.9.1Poincare回归定理
……
第4章 Monte Carlo模拟
第5章 相关函数
第6章 近平衡态的量子统计理论
应用篇
第7章 热化学
第8章 输运性质
第9章 分子光谱的模拟
第10章 固体材料
第11章 统计数学在药物、材料设计上的应用
附录
索引
书摘插图
基本原理篇
第1章 体系的经典力学描述
“我庄严地要你回答、宣誓，是否能使你用真诚的良心承担如下的许诺和保证：你将勇敢地去捍卫真正的科学，将其开拓，为之添彩；既不为厚禄所驱，亦不为虚名所赶，只求上帝真理的神辉普照大地、发扬光大。”
——1884年Konigsberg大学校长为D.Hilbert（1862～1943，20世纪最有影响的数学家）获得PhD学位时宣读的宣誓词
计算化学是理论化学的执行者和延伸。由此，一开始就必须在严密科学的框架中予以介绍，使读者领略现代化学理论的严谨、缜密，对基于演绎法的形式理论在化学学科中的重要性有个全新的认识。此外，非如此严谨不足以使习惯于归纳法的人们相信，计算也能与实验一样发现新的科学现象。
鉴于本书读者已经具备热力学、量子力学、统计力学的基础，而可能对经典力学的严密形式反而认识淡薄。所以本章比较详细地介绍经典力学对体系状态演化规律的描述。事实上，经典力学的形式理论恰恰对于分子动力学模拟方法的高级发展具有决定性的推动作用。而分子动力学模拟又是计算化学中的主要模拟手段之一。过去的二十多年来，人们本能地强调模拟方法的应用，忽视形式理论的作用，因而曾经一度走了弯路，延缓了科学的发展。所以本章从描述体系的基本概念着手，接着介绍经典力学的理论框架。
1.1基本概念
化学这门学科，从研究对象上说是研究从宏观到分子、原子层次物质世界的学科，也可以称为“分子科学”。为了叙述这门学科，先要明确以下基本概念。
……
