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出版者:Dover Pubns

作者:Cook, David B.

出品人:

页数:832

译者:

出版时间:2005-8

价格:$ 45.14

装帧:Pap

isbn号码:9780486443072

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 量子化学
• 计算化学
• handbook
• Computational Chemistry
• Quantum Chemistry
• Molecular Modeling
• Density Functional Theory
• Hartree-Fock
• Post-Hartree-Fock
• Quantum Mechanics
• Algorithms
• Methods
• Electronic Structure

计算量子化学手册（Handbook of Computational Quantum Chemistry） 《计算量子化学手册》是一部全面详尽的著作，旨在为计算量子化学领域的专业研究人员、研究生以及对该领域感兴趣的科学家提供一个可靠且深入的参考。本书汇集了该领域最前沿的理论方法、计算技术以及实际应用，旨在成为一本能够指导实践、启发思考的必备工具书。 本书内容涵盖： 第一部分：理论基础与核心方法 量子力学的基本原理回顾： 本部分将首先系统地回顾量子力学的核心概念，包括波函数、算符、薛定谔方程、能量量子化等，为后续更复杂的计算方法打下坚实的理论基础。内容将聚焦于与计算化学直接相关的概念，例如基组理论、轨道理论以及近似方法的重要性。 从头计算（Ab Initio）方法详解： 深入阐述各种从头计算方法的原理、优缺点及其适用范围。这包括： Hartree-Fock（HF）方法： 详细介绍自洽场（SCF）理论，单行列式近似，以及其在描述电子相关性方面的局限性。 组态相互作用（CI）方法： 详述全CI（Full CI）的理论挑战以及截断CI（如CISD, CISDT）的近似策略，重点在于如何更准确地包含电子相关性。 微扰理论（MPn）： 深入解析Møller-Plesset微扰理论（MP2, MP3, MP4等）的数学推导和物理意义，讨论其在校正HF方法的电子相关性方面的优势和不足。 耦合簇（CC）理论： 详细介绍CC理论的各种形式（如CCSD, CCSD(T), CCSDT等），突出其在高精度计算中不可替代的地位，并深入分析其指数形式的算符及其计算复杂性。 密度泛函理论（DFT）： 全面介绍DFT的基本原理，包括Hohenberg-Kohn定理、Kohn-Sham方程，以及各种泛函（LDA, GGA, meta-GGA, hybrids）的设计思想、应用范围和局限性。本书将重点分析不同泛函在描述各种化学现象（如键长、键角、反应能、光谱性质）时的表现差异。 半经验方法（Semi-Empirical Methods）： 介绍以经验参数校正的计算方法，例如AM1, PM6, GFN2-xTB等，强调其在快速探索大型分子体系或作为理论计算起点时的实用价值，并讨论其精度与计算效率的权衡。 多体展开（Many-Body Expansion）： 详细阐述多体展开的思想，以及如何将其应用于描述分子聚集体、溶液效应等复杂体系的相互作用。 后处理与性质计算： 涵盖如何从计算结果中提取有用的化学信息，包括： 几何优化： 各种优化算法的原理与应用，如梯度下降法、牛顿法、准牛顿法等。 频率计算： 如何通过计算振动频率来确定体系的能量极小点（稳定结构）、计算零点能、熵以及热容，并用于识别过渡态。 电荷分析： Mulliken电荷、Lowdin电荷、NBO（自然键轨道）分析等，以及它们在理解化学键和分子性质中的作用。 光谱性质预测： 包括IR、Raman、UV-Vis吸收光谱、NMR化学位移等，讨论相应的计算方法和解析。 反应动力学相关计算： 过渡态搜索、反应路径分析、速率常数估算等。 第二部分：高级计算技术与专门领域 电子激发态理论： 深入介绍激发态的计算方法，如时间相关Hartree-Fock（TD-HF）、时间相关密度泛函理论（TD-DFT）、激发态的CI与CC方法等，重点在于其在光化学、光谱学和光物理过程研究中的应用。 分子动力学（MD）与蒙特卡洛（MC）模拟： 详细介绍基于量子化学计算（如QM/MM）的分子动力学方法，以及其在模拟大尺度、长时间的动态过程中的优势，例如蛋白质折叠、溶剂化效应、相变等。 溶剂化模型： 阐述各种溶剂化模型的理论基础，包括连续介质模型（PCM, SMD）和显式溶剂化模型，以及它们在计算溶液中反应和性质时的应用。 表面科学与催化： 介绍计算量子化学在研究固体表面性质、吸附、表面反应和催化机理中的应用，包括表面模型建立、表面能计算、吸附能分析等。 材料计算： 涵盖计算量子化学在设计和预测新材料性质方面的应用，如半导体、导体、绝缘体、二维材料等，涉及能带结构、光学性质、力学性能的计算。 计算化学的误差分析与精度评估： 探讨如何量化计算结果的不确定性，评估不同方法的精度，并进行有意义的比较。包括基组超限、电子相关性、泛函选择等因素的考量。 并行计算与高性能计算（HPC）： 介绍如何利用并行计算技术加速大型量子化学计算，包括并行算法、硬件架构以及常用计算软件的并行实现策略。 第三部分：实际应用与案例研究 有机化学： 聚焦于计算量子化学在预测有机反应机理、立体化学、区域选择性、热力学与动力学控制等方面的应用。 无机化学与配位化学： 阐述在研究金属配合物结构、键合、光谱性质、催化活性以及氧化还原过程中的应用。 生物化学与药物设计： 探讨计算量子化学在理解生物大分子（如蛋白质、核酸）结构与功能、受体-配体相互作用、药物分子设计与优化等方面的作用。 光谱学： 整合计算结果与实验光谱数据，指导光谱解析，预测新光谱现象。 材料科学： 提供具体的案例，说明如何利用计算量子化学预测和设计新型功能材料。 本书的特点： 理论严谨与实践导向并重： 既深入剖析理论方法的数学基础和物理意义，又强调其实际应用中的操作细节和注意事项。 内容全面且结构清晰： 从基础概念到前沿技术，再到具体应用，层层递进，逻辑严密，便于读者系统学习。 丰富案例支撑： 穿插大量实际的化学问题和计算案例，帮助读者理解抽象理论在解决具体问题中的价值。 面向专业读者： 旨在满足计算量子化学领域研究者、开发人员以及高年级本科生和研究生对深入知识的需求。 《计算量子化学手册》是一部集理论深度、方法广度与应用实例于一体的权威参考书，为读者提供了一条通往理解和掌握现代计算量子化学的清晰路径。

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我是一名在工业界从事材料设计的工程师，日常工作中经常需要借助计算化学来预测新材料的性能。然而，我们团队现有的计算资源和方法论似乎遇到了一些瓶颈，迫切需要引入更先进的计算手段来突破现有局面。我的同事们最近一直在讨论是否应该升级我们的计算软件库，或者引入一些新的理论模型。这时，《Handbook of Computational Quantum Chemistry》进入了我的视野。从我了解到的信息来看，这本书似乎能够提供关于各种计算方法的详尽比较和应用案例，这对于我们选择最适合我们实际需求的工具至关重要。我尤其关心它是否会涉及一些在材料科学领域具有广泛应用前景的计算技术，比如密度泛函理论（DFT）在预测电子结构和化学反应路径方面的最新进展，或者更高精度的量子化学方法如何应用于复杂体系的模拟。如果这本书能够提供一些关于如何优化计算参数、加速计算进程的实用建议，那就更是锦上添花了。我希望它能帮助我们团队更好地理解这些复杂工具的底层原理，从而更有效地利用它们来指导我们的材料创新工作。

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作为一名有着数十年学术生涯的教授，我见证了计算量子化学从萌芽到如今蓬勃发展的全过程。在我早期执教的年代，我们更多地依赖于纸笔和简陋的计算设备，每一次计算都充满了挑战。如今，计算能力呈指数级增长，各种理论方法和软件工具层出不穷，这无疑为我们带来了巨大的便利，但也带来了新的难题：如何在这个信息爆炸的时代，筛选出最可靠、最有效的研究工具？《Handbook of Computational Quantum Chemistry》这本书的出现，对我来说，更多的是一种对学科发展脉络的回顾与对未来趋势的展望。我希望它能够提供一个精炼的视角，将计算量子化学的核心概念、关键算法以及它们在不同研究领域的成功应用进行系统性的梳理。我特别感兴趣的是书中是否会深入探讨不同理论方法背后的哲学思想和局限性，以及它们如何随着计算能力的提升而不断演进。同时，我也期待它能对一些新兴的计算技术，如机器学习在化学计算中的应用，或者量子计算在化学领域的潜在突破，有一个前瞻性的介绍。这本Handbook，对我而言，不仅仅是一本技术指南，更是一份对计算量子化学发展历史的总结和对未来无限可能的启示。

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我是一名生物化学领域的博士生，我的研究方向是蛋白质-药物相互作用的分子机制。在理解这些复杂的生物分子过程时，经典的实验方法有时会遇到瓶颈，而计算化学模拟似乎是揭示微观细节的有力工具。然而，计算量子化学这个领域对我来说，仍然是一个相对陌生的领域，虽然我知道它在描述分子电子性质方面非常强大，但具体如何将其应用于生物大分子体系，以及如何解读相关的计算结果，我感到有些困惑。《Handbook of Computational Quantum Chemistry》的出现，让我看到了一丝希望。我期待这本书能够提供一些关于如何将量子化学方法应用于生物分子体系的指导，例如，如何处理大量原子以及复杂的溶剂效应。我尤其关注书中是否会介绍一些专门针对生物体系的计算技术，或者提供一些将量子化学计算结果与实验数据进行整合的案例。如果它能帮助我理解，例如，如何使用计算方法来预测药物与蛋白质结合的亲和力，或者如何模拟酶的催化机理，那将对我的研究产生巨大的推动作用。我希望这本书能成为我连接生物学和计算化学之间的桥梁。

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我对理论物理和化学交叉的领域一直抱有浓厚的兴趣，尤其是在微观粒子行为的模拟方面。我常常在思考，我们如何才能更精确地描述和预测分子的性质，理解化学键的形成与断裂，以及探索更复杂的化学反应过程。我了解到，《Handbook of Computational Quantum Chemistry》似乎提供了一个深入探索这些问题的窗口。我特别希望能从这本书中学习到各种量子化学计算方法的数学基础，理解它们是如何从薛定谔方程出发，一步步构建出能够描述分子电子结构的理论框架的。例如，对于Hartree-Fock方法，我希望了解其近似原理以及局限性；对于密度泛函理论（DFT），我希望深入理解各种泛函的物理意义和适用性；而对于更高精度的耦合簇（Coupled Cluster）理论，我则希望能够对其计算复杂度与精度之间的权衡有一个清晰的认识。如果书中还能包含一些关于如何选择合适的基组、如何进行收敛性测试以及如何解释计算结果的指导，那将对我的学习非常有帮助。我对这本书寄予厚望，希望它能为我打开一扇通往微观世界奥秘的大门。

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这本书的出版，无疑为我的研究生涯注入了一股新的活力。作为一名刚刚涉足量子化学计算领域的研究生，我一直在寻找一本能够系统性地梳理这一复杂学科的入门读物。我的导师曾推荐过几本经典著作，但它们要么过于理论化，要么内容更新不够及时，难以满足我在实际问题中应用的需求。当我偶然看到《Handbook of Computational Quantum Chemistry》时，我感到一种莫名的契机。尽管我尚未深入阅读其中的具体章节，但仅仅从其篇幅和结构来看，我就能预感到它将提供一个扎实的基础。我期待它能涵盖从基础理论到具体计算方法的全面介绍，尤其希望能够深入探讨不同方法的优劣、适用范围以及最新的发展动态。在撰写研究论文的过程中，我常常需要参考大量的文献，而一本集大成的Handbook，无疑能极大地提高我的信息检索和理解效率，让我能够更快地掌握前沿知识，并将其应用于我的实验设计和数据分析中。这本书的出现，让我看到了在理论与实践之间架起桥梁的希望，也让我对未来的研究方向有了更清晰的认识。我迫不及待地想要翻开它，开始这段知识的探索之旅。

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