A Chemist's Guide to Density Functional Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:FVA-Frankfurter Verlagsanstalt GmbH

作者:Wolfram Koch

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-09

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783627303723

丛书系列:

图书标签:

• Density Functional Theory
• DFT
• Computational Chemistry
• Quantum Chemistry
• Molecular Modeling
• Chemistry
• Physics
• Materials Science
• Electronic Structure
• Methodology

《化学家之密度泛函理论指南》是一本旨在为化学领域的专业人士和学生提供清晰、易懂且深入的密度泛函理论（DFT）介绍的图书。本书避免了过于复杂的数学推导，而是着重于DFT的核心概念、实际应用以及如何有效地利用DFT进行化学研究。 本书的结构设计精巧，从最基本的概念入手，逐步深入到更高级的主题。 第一部分：DFT的基础 量子化学概述与DFT的缘起： 简要回顾了传统量子化学方法（如Hartree-Fock）的局限性，引出DFT作为一种更高效、更准确的替代方法的出现。重点阐述了DFT为何能够克服这些挑战，以及它在现代化学计算中的重要地位。 Hohenberg-Kohn定理： 这是DFT的基石。本书将以直观的方式解释 Hohenberg-Kohn定理如何证明电子密度完全决定了系统的基态性质，从而为使用电子密度作为基本变量奠定理论基础。 Kohn-Sham方程： 详细介绍 Kohn-Sham框架，这是DFT在实际计算中的具体实现。本书将解释如何将多电子问题转化为一系列单电子方程，以及 Kohn-Sham轨道的物理意义（虽然它们不是真正的分子轨道）。 交换-关联泛函： 这是DFT中最关键也最具挑战性的部分。本书将对不同类型的交换-关联泛函（如LDA, GGA, meta-GGA, 混合泛函）进行系统性的梳理和介绍。不仅会解释它们各自的原理和优点，还会讨论它们在不同化学体系中的适用性和局限性。会特别强调理解不同泛函的物理基础，以便在实际应用中做出明智的选择。 局域密度近似（LDA）与梯度近似（GGA）： 深入探讨LDA和GGA这两种最基础也是最常用的泛函。通过具体的化学例子，说明LDA和GGA在描述化学键、分子结构和反应能等方面的表现，以及它们各自的优势和不足。 元GGA与混合泛函： 介绍更高级的泛函，如元GGA（考虑电子动能密度）和混合泛函（混合Hartree-Fock交换与DFT交换）。解释这些泛函为何能提供更准确的结果，并提供判断何时使用这些高级泛函的指导。 第二部分：DFT的实际应用 结构优化与频率计算： 详细阐述如何使用DFT计算分子的几何结构，并进行振动频率分析以确定能量极小点以及预测光谱。本书会提供实际操作的建议，包括如何选择合适的基组和泛函。 反应能与活化能的计算： 重点介绍如何利用DFT计算化学反应的能量变化（反应能）和反应过渡态的能量（活化能）。本书将提供一系列典型的化学反应作为案例，展示DFT在预测反应可行性、速率和机理方面的能力。 光谱性质预测： 介绍DFT在预测各种光谱性质方面的应用，包括红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱和核磁共振（NMR）谱。本书将解释DFT如何计算分子振动模式、电子跃迁以及核化学位移，并提供与实验数据的比较分析。 电子性质分析： 探讨DFT在计算和分析分子的电子性质方面的能力，例如Mulliken布居分析、Hirshfeld布居分析、静电势（ESP）以及分子轨道（HOMO-LUMO）的分析。这些分析对于理解化学键的性质、反应活性和分子间相互作用至关重要。 热力学性质预测： 演示如何使用DFT计算分子的热力学性质，如生成焓、熵和热容。这些性质对于理解化学反应的平衡和进行热力学稳定性分析非常重要。 溶液中的反应计算： 介绍处理溶液效应的常用模型，如溶剂化模型（PCM, COSMO等），以及如何将它们与DFT结合使用来研究溶液相中的化学过程。 第三部分：进阶主题与未来展望 基组的选择与评价： 详细讨论各种常用基组（如STO-3G, 6-31G, cc-pVXZ, Pople, Dunning等）的特点、选择原则以及它们对计算精度的影响。提供指导如何根据化学问题和计算资源来选择合适的基组。 DFT的局限性与挑战： 坦诚地讨论DFT目前存在的局限性，例如对范德华力的描述、强关联体系的处理以及自相互作用误差等。介绍当前研究领域中针对这些问题提出的解决方案和发展方向。 DFT在不同化学领域的应用： 举例说明DFT在有机化学、无机化学、物理化学、材料科学以及生物化学等领域的广泛应用，展示DFT作为一种通用工具的强大威力。 DFT与其他计算方法的比较： 将DFT与Hartree-Fock、MPn、CI、CCSD(T)等其他量子化学方法进行比较，阐述DFT的优势和劣势，以及在何时应该选择哪种方法。 DFT软件的使用与技巧： 提供关于使用主流DFT计算软件（如Gaussian, VASP, NWChem, ORCA等）的基本指导和实用技巧，帮助读者将理论知识转化为实际操作。 本书的语言风格力求简洁明了，避免晦涩难懂的术语，并辅以大量图示和示例，帮助读者理解抽象的概念。每个章节都会总结关键要点，并提供进一步阅读的建议。本书的目标是让化学家们能够自信地应用DFT来解决他们的研究问题，并理解DFT计算结果的含义和潜在的局限性。通过掌握DFT，化学家们能够更深入地理解化学现象，预测化学反应，设计新材料，并加速科学发现的进程。

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