分子模擬——理論與實驗 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

《分子模擬——理論與實驗》篇主要介紹分子模擬技術基礎理論，內容涉及量子力學方法和分子力學方法，其中重點介紹瞭基於分子力學的分子動力學模擬的基本理論和實際應用。第二篇為9個有代錶性的實驗，內容涉及無機、有機、膠化、高分子等學科，可供讀者親自上機操作，重在幫助學生從分子層次上理解化學物質的結構�殘閱芄叵怠⒍�力學性質和反應特性等，培養學生采用分子模擬技術解決化學問題的能力，並激發學生的科研興趣。
《分子模擬——理論與實驗》可供從事計算化學的科研工作者使用，也可作為化學化工專業本科生、研究生的教材。

作者簡介

苑世領，山東大學化學化工學院，副院長，教授、博導，自1999年開始，為化學院本科生講授《物理化學》，並從2005年為研究生開設《分子模擬及其應用》課程。
自2000年以來從事分子模擬計算工作，先後承擔五個國傢自然科學基金項目及多個油田橫嚮項目，發錶SCI論文一百餘篇。

目錄

第一篇分子模擬理論基礎/1
第1章緒論2
1.1分子模擬2
1.2基本概念4
1.2.1坐標係4
1.2.2分子圖形5
1.2.3分子錶麵5
1.2.4原子模型和粗粒模型7
1.2.5模擬方法8
1.3分子模擬曆史9
1.3.1早期的剛性球勢和Lennard�睯ones勢9
1.3.2小的非極性分子10
1.3.3極性分子和離子10
1.3.4鏈分子和聚閤物10
1.3.5分子模擬中的係綜10
1.3.6多體相互作用11
1.3.7非平衡分子動力學模擬11
1.4模擬資源12
參考文獻15
第2章統計力學基礎17
2.1統計力學基本原理17
2.1.1係綜17
2.1.2熱力學平均18
2.1.3其他漲落熱力學性質19
2.1.4輸運係數21
2.2粒子動力學22
2.2.1非約束粒子的運動22
2.2.2受約束粒子的運動23
2.2.3維裏定理27
參考文獻27
第3章力場28
3.1勢函數29
3.2簡正模式30
3.2.1特徵運動30
3.2.2分子光譜31
3.2.3光譜與力常數31
3.3簡單體係的分子力場32
3.4勢能函數的具體形式33
3.4.1鍵伸縮勢34
3.4.2鍵角彎麯勢35
3.4.3二麵角扭轉勢36
3.4.4離平麵的彎麯勢38
3.4.5交叉項40
3.4.6van der Waals勢40
3.4.7靜電相互作用41
3.4.8氫鍵勢43
3.5常見的力場43
3.5.1OPLS力場44
3.5.2ECEPP/3力場44
3.5.3AMBER力場45
3.5.4CHARMM力場45
3.5.5MM3力場46
3.5.6CFF力場47
3.5.7通用力場48
3.5.8COMPASS力場48
3.6聯閤原子和約化處理49
3.7粗粒力場50
3.7.1MARTINI力場50
3.7.2從全原子到粗粒模型52
3.8多體勢53
3.9水分子力場54
3.9.1簡單水分子模型54
3.9.2可極化水分子模型56
3.10選擇力場56
3.10.1力場的命名56
3.10.2力場的發展趨勢57
3.10.3如何選擇力場57
參考文獻58
第4章能量最小化64
4.1勢能麵64
4.2勢函數的極小值65
4.3非導數求極值法67
4.3.1單純形法67
4.3.2按序單坐標逼近法68
4.4導數求極值法69
4.5一級導數求極值法70
4.5.1最速下降法70
4.5.2共軛梯度法74
4.6二級導數求極值法75
4.6.1牛頓�怖�森法75
4.6.2準牛頓�怖�森法76
4.6.3沿對角綫分塊牛頓�怖�森法77
4.7能量最小化方法的選擇和收斂性判據77
4.8過渡態結構與反應路徑78
4.8.1鞍點和二次區域79
4.8.2搜尋鞍點81
4.8.3反應路徑82
4.9溶劑化效應83
參考文獻84
第5章模擬中的基本原理85
5.1短程相互作用86
5.1.1相互作用力86
5.1.2周期邊界條件 86
5.1.3非周期邊界方法87
5.1.4最近鏡像方法88
5.1.5近鄰列錶89
5.1.6連鎖格子方法90
5.1.7後續處理問題91
5.2長程相互作用94
5.2.1Ewald求和法95
5.2.2反應場方法98
5.2.3PPPM方法100
5.2.4樹狀方法101
5.3模擬過程103
5.3.1選擇初始構型104
5.3.2判斷平衡104
5.3.3模擬結果和偏差分析107
參考文獻108
第6章Monte Carlo 模擬110
6.1Monte Carlo模擬中的配分函數110
6.2Monte Carlo原理112
6.2.1函數積分112
6.2.2Metropolis取樣和Markov鏈113
6.3基本Monte Carlo模擬115
6.3.1算法116
6.3.2平動116
6.3.3取嚮運動117
6.4不同係綜中的Monte Carlo模擬121
6.4.1正則係綜122
6.4.2等溫等壓係綜123
6.4.3巨正則係綜125
6.4.4微正則係綜125
參考文獻126
第7章分子動力學模擬128
7.1積分運動等式128
7.2Verlet預測方法129
7.2.1Verlet算法129
7.2.2蛙跳Verlet算法130
7.2.3速度Verlet算法130
7.2.4Beeman算法131
7.3Gear預測校正方法131
7.3.1基本的Gear算法131
7.3.2Gear算法的改進方法132
7.4分子體係中的積分方法132
7.4.1小分子133
7.4.2大分子133
7.5不同係綜中的分子動力學138
7.5.1微正則係綜138
7.5.2正則係綜139
7.5.3恒壓恒焓係綜143
7.5.4等壓等溫係綜145
7.5.5巨正則係綜146
7.6相關函數148
7.6.1時間相關函數148
7.6.2空間相關函數150
7.6.3輸運性質151
參考文獻152
第8章介觀模擬155
8.1耗散粒子動力學模擬155
8.1.1基本原理155
8.1.2如何選擇步幅和噪聲158
8.1.3如何選擇排斥參數159
8.1.4如何選擇Flory�睭uggins參數160
8.1.5DPD在膠體化學中的應用實例161
8.2介觀動力學模擬162
8.2.1熱力學部分163
8.2.2動力學部分165
8.2.3參數部分166
8.2.4介觀動力學在聚閤物溶液中的應用實例166
參考文獻167
第9章量子化學168
9.1Schr dinger方程168
9.1.1Born-Oppenhemer近似169
9.1.2單電子近似170
9.1.3原子軌道綫性組閤近似171
9.1.4Roothaan方程171
9.2電子相關和後HF方法172
9.2.1組態相互作用173
9.2.2多體微擾方法174
9.3密度泛函理論176
9.4基函數（基組）的選擇177
9.4.1LCAO178
9.4.2STO（Slater type orbital）178
9.4.3雙ζ及三ζ基178
9.4.4GTO（Gaussian type orbital）179
9.4.5簡縮的Gaussian基組179
9.4.6分裂價基180
9.5半經驗分子軌道方法181
9.5.1全略微分重疊方法（CNDO）181
9.5.2間略微分重疊方法（INDO）182
9.5.3忽略雙原子微分重疊方法（NDDO）182
參考文獻182
第二篇分子模擬實驗/183
第10章分子模型的創建與優化184
10.1分子模型的繪製184
10.2分子構型優化186
10.3復雜分子結構的創建189
思考題191
第11章分子軌道的計算和分析193
11.1分子軌道等值麵圖193
11.2總電子密度圖196
11.3靜電勢圖196
11.4電荷分布圖198
11.5分子錶麵199
思考題201
第12章勢能麵計算202
12.1鍵的斷裂203
12.2分子間的弱相互作用206
12.3分子構象搜索209
12.4化學反應勢能麵掃描213
思考題215
第13章化學反應模擬216
13.1計算化學反應的自由能216
13.2優化搜索過渡態220
思考題225
第14章分子光譜計算226
14.1紅外和拉曼光譜226
14.2紫外可見光譜230
14.3X射綫衍射光譜235
第15章溶液行為的分子動力學模擬239
思考題244
第16章固體材料錶麵吸附行為的Monte Carlo模擬245
16.1吸附等溫綫245
16.2吸附構型249
16.3吸附動力學250
思考題252
第17章錶麵活性劑聚集行為的介觀模擬253
17.1DPD方法模擬錶麵活性劑在溶液中的聚集行為253
17.2Mesodyn方法模擬嵌段共聚物的相行為256
思考題259
第18章生物膜的粗粒化模擬260
思考題269
參考文獻270
附錄271
附錄ⅠMaterials Studio軟件簡介271
附錄ⅡOrigin自定義函數擬閤及構建三維勢能麵、能量摺綫圖的方法284
1.自定義函數擬閤284
2.繪製三維勢能麵285
3.繪製能量摺綫圖287
後記290

前言/序言

分子模擬經過幾十年的發展，不論在基礎理論還是在應用方麵，都取得瞭巨大成就。目前分子模擬在化學、材料學、生命科學等領域引起瞭理論和實驗工作者的廣泛關注。山東大學理論化學研究所自2003年為碩士、博士研究生講授分子模擬基本理論，2015年又增加瞭上機實驗操作內容，授課對象也擴至本科生。我們的課程講義前後使用十餘年，曆經多次內容更新。其中早年講義中的部分章節得到瞭山東大學蔡政亭教授的逐字斟酌潤色，這為此書齣版打下瞭基礎。本書是在山東大學理論化學研究所多位老師多年授課所使用講義的基礎上整理而成的。
本書分基礎理論和實驗兩部分，其中基礎理論部分為教師和研究生、本科生學習和參考用書，實驗部分可供學生上機實習使用。理論部分包括9章內容：第1章簡單說明分子模擬的發展曆史及其相關概念；第2章為分子模擬中的統計力學基礎；第3章主要包括各個力場的組成形式和應用範圍；第4章討論瞭能量小化方法；第5章是本書的重點，主要闡述分子動力學和Monte Carlo方法中作用力和勢函數的處理方法；第6章和第7章分彆講述瞭Monte Carlo 和分子動力學方法的原理及在不同係綜中的應用；第8章列舉瞭現在流行的兩種介觀模擬方法；前八章重點闡述的是分子力學部分。第9章簡單介紹瞭量子力學的基本概念，此部分內容主要參考瞭山東大學馮大誠教授編寫的量子化學講義。實驗部分包括9個典型的計算化學實驗，對化學中的熱點科學問題進行計算模擬，涵蓋瞭無機、有機、分析、高分子等多個學科領域，可作為基礎理論學習後的實踐練習；采用的方法包含瞭當前應用廣泛的電子相關理論、密度泛函理論、分子力學、分子動力學、Monte Carlo和介觀模擬等；每個實驗後均有相應的習題，供學生練習和鞏固知識。實驗部分為研究生和本科生的重點學習內容。
雖然在編寫過程中花費瞭不少精力，但是由於筆者知識和能力所限，主要素材期刊文獻來源較多，需要分析、歸納和統一，因此疏漏之處不可避免，敬請讀者批評指正。編著者科研方嚮為膠體化學中的分子模擬，因此書中的案例（相關文獻）多來自於膠體化學及相關雜誌，視野略顯狹窄，但是希望以此為例對其他相關專業有藉鑒作用。誠請讀者多提寶貴意見。

編著者
2016年5月

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是一本好書，值得看，比較基礎！

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