化學研究中電子計算機的應(yīng)用
化學先生 / 2019-08-19
電子計算機在化學化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，是一個革命性的變化，現(xiàn)已取得了極大的成功。在應(yīng)用領(lǐng)域，對大型化工企業(yè)的自動控制、管理、模擬實驗等方面，得到了快速、高效準確的滿意結(jié)果。目前，沒有一個先進的化工企業(yè)不把計算機的應(yīng)用放在重要地位，都紛紛在軟件和硬件兩個方面大量投資，具有成略服光的金業(yè)家們，還大最投資研究21世紀的計算機技術(shù)，以期在新世紀的意爭中立于不敗之地在化學的基礎(chǔ)研究中:計算機除用 于股的計算以外，還在以下三個方面發(fā)揮越來越重要的作用。
第一，分于設(shè)計方面。 利用電子計算機設(shè)計有特定結(jié)構(gòu)與功能的新物質(zhì):從面使合成化學更高有理性。以前的合成化學往往是經(jīng)驗型或半經(jīng)驗型的，靠在實驗室中損索，投入的勞動量大，收效低。現(xiàn)在在某些領(lǐng)城，可采用計算機完成分子內(nèi)部的極為復(fù)雜的計算，取得所需參數(shù)以后，再按人們的目的和需要，設(shè)計新分子，以獲取新的性質(zhì)與功能。當然這種設(shè)計是否可行，還要與實際實驗相對照，但有了分子設(shè)計這一環(huán)節(jié)，就可以幫助 人們在合成工作中少走彎路，多出成果。目前，計算機技術(shù)在新藥物的篩選分子設(shè)計等方面的應(yīng)用日漸成熟，展現(xiàn)出越來越廣調(diào)的應(yīng)用前景。
第二,完成量子化學 和生物化學的復(fù)雜計算。例如,利用休克爾(Huckel)原子軌道線性組合的分子軌道理論(HMO法)，處理共軛分子結(jié)構(gòu)時，比如處理苯(苯是一個典型的共軛分子,但它比丁二烯要復(fù)雜),盡管經(jīng)過一系列的簡化，但在解久期方程時已經(jīng)很復(fù)雜了,因為久期行列式階數(shù)越高展開越麻煩，當然為了簡化展開手續(xù)可以利用群論或采用唐教慶等人創(chuàng)立的分子軌道圖形理論,但仍然十分繁難，而且所得結(jié)果與實驗的誤差還比較大。使用HMO法時,因作的假定過分簡單，且似乎是受動力學思想所影響，如設(shè)a是常數(shù)，令Sij= 0(i≠j),Hij=0 (i≠j,j士1)等,計算結(jié)果在定量上是不準確的。特別是用HMO法處理離子、極性分子時，誤差就更大了，因而所得結(jié)論幾乎是無意義的。
近年來，特別是進人21世紀后，由于電子計算機的發(fā)展，化學家已采用現(xiàn)代計算機進行精密的分子軌道理論計算，如全略微分重疊法(CNDO)、自治場從頭計算法等。國內(nèi)一些學者，如唐教慶、江元生劉若莊等學者，在這方面的研究取得了一定進展。盡管這些方法還有許多困難，現(xiàn)在看來，困難很可能不在計算上，而是在于計算模型和軟件上。
第三用電子計算機進行實驗?zāi)M，它和第、二點相聯(lián)系。隨著第五代電子計集機的使用:給人展現(xiàn)了一種希望、盡管這種希望是遙遠的，但許多學者還是持樂觀態(tài)度:認為人們可以在電子計算機上進行實驗?zāi)M，有可能使化學家從實驗室中第政出米，所以有人把用電子計算機模擬化學實驗稱為”無試制化學”.但現(xiàn)在看米,即使有朝-日真能實現(xiàn)這種模擬，化學實驗室還是重要的。
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