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什么是计算化学

编辑:在职研究生

    计算化学(computational chemistry)是理论化学的一个分支。计算化学的主要目标是利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质(例如总能量,偶极矩,四极矩,振动频率,反应活性等)并用以解释一些具体的化学问题。计算化学这个名词有时也用来表示计算机科学与化学的交叉学科。

    计算(机)化学的研究领域

  计算机在化学中的应用,又称计算机化学。包括 5 个主要研究领域:

    ① 化学中的数值计算。

  即利用计算数学方法 ,对化学各专业的数学模型进行数值计算或方程求解,例如 ,量子化学和结构化学中的演绎计算、分析化学中的条件预测、化工过程中的各种应用计算等。

    ②化学模拟。

  包括:数值模拟,如用曲线拟合法模拟实测工作曲线;过程模拟,根据某一复杂过程的测试数据,建立数学模型,预测反应效果;实验模拟,通过数学模型研究各种参数(如反应物浓度、温度、压力)对产量的影响,在屏幕上显示反应设备和反应现象的实体图形,或反应条件与反应结果的坐标图形。

    ③模式识别在化学中的应用。

  最常用的方法是统计模式识别法,这是一种统计处理数据、按专业要求进行分类判别的方法,适于处理多因素的综合影响,例如,根据二元化合物的键参数(离子半径、元素电负性、原子的价径比等)对化合物进行分类,预报化合物的性质。模式识别广泛用于最优化设计,根据物性数据设计新的功能材料。

    ④化学数据库及检索。

  在化学数据库中,数据、常数、谱图、文摘、操作规程、有机合成路线、应用程序……都是数据。数据库能存贮大量信息,并可根据不同需要进行检索。根据谱图数据库进行谱图检索,已成为有机分析的重要手段,首先将大量的谱图(红外、核磁、质谱等)存入数据库,作为标准谱图,然后由实验测出未知物的各种谱图,把它们和标准谱图进行对照,就可求得未知物的组成和结构。

    ⑤化学专家系统。

  专家系统是数据库与人工智能结合的产物,它把知识规则作为程序,让机器模拟专家的分析、推理过程,达到用机器代替专家的效果。如酸碱平衡专家系统,内容包括知识库和检索系统,当你向它提出问题时,它能自动查出数据,找到程序,进行计算、绘图 、推理判断等处理,并用专业语言回答你的问题,如溶液pH值的计算,任意溶液用酸、碱进行滴定时操作规程的设计。

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