计算机在结构化学计算和化学过程模拟中的应用.ppt

第五章 计算机在结构化学计算和化学过程模拟中的应用,5.1 结构化学5.2 化学反应过程模拟,5.1 结构化学,结构化学是化学学科中最重要的理论基础,结构化学的学习与研究需要了解大量的原子和分子结构信息.这些信息一方面可以从实验数据经过变换计算得到,另一方面可以基础化学数据作为起点,完全通过理论计算得到.前者称为半经验结构化学计算,后者一般称为从头结构化学计算.利用计算机进行的结构化学计算有多种方法.粗略划分有:从头计算;半经验计算;分子力学计算.,5.1.1 AccuModel软件,AccuModel1.1是MicroSimulation公司开发的基于个人计算机的分子模型和结构计算软件.其特点是建立分子模型和进行结构计算均以坚实的科学基础为后盾,通过严格的科学计算不仅可以给出准确的分子结构模型,而且以该模型为对象计算结构化学相关数据.该软件主要可以完成以下几个方面的工作:(1)建立并演示准确的分子结构模型(2)计算结构参数和能量参数(3)分子结构的几何和构象优化处理(4)利用能量计算进行分子的构象分析,5.1.2 Alchemy 2000软件简介,Alchemy 2000软件是一种基于个人计算机的高级分子图形显示、准确能量计算、多种结构参数测定和可以采用多种方式进行结构优化的综合性计算机软件.,5.1.2 Alchemy 2000软件简介,使用Alchemy 2000软件可以完成以下结构化学方面的工作:(1)建立、修改、分析和优化分子结构,并用多种方式显示(2)做各种分子的构象分析研究(3)做分子间相互作用分析(4)分子动力学参数计算(5)准确建立并分析蛋白质结构模型(6)聚合物等大分子结构与性质研究(7)结构优化和结构化学计算(8)强大的数据管理和分析能力,5.2 化学反应过程模拟,当前动力学模型研究主要有两种策略:一种是代数表达法,该动力学模型是从基元反应机理,经过数学推导得到的;另一种是利用数值模拟方法得到的.代数法是根据一个化学反应中包含的所有基元反应式,在稳态假设的基础上用数学方法推导出所有反应物和产物浓度与时间的表达式,即速率方程.,5.2 化学反应过程模拟,数值模拟法研究化学动力学可以采用两种方法:一种是在反应机理基本清楚,能够获得各化学物质浓度对时间的微分方程的基础上对其进行数值积分的方法(deterministic method).这种方法限于反应速率和浓度在反应过程中变化不太大的场合;另一种是所谓的随机方法(stochastic method),适合在反应机理过于复杂,积分困难的情况下使用.计算机模拟化学反应过程动画,5.2.1 Chemical Kinetics Simulator 1.0的功能,主要目的是利用有限数目的粒子作为计算基础,计算所有参与化学反应的反应物和产物浓度与时间的函数关系.利用随机方法模拟化学动力学过程具有如下特点:(1)输入的反应物的产物可以使用任意代码(2)对计算范围没有限制(3)可以处理解决多种与速度有关的动力学过程,