化學(xué)研究中電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
化學(xué)先生 / 2019-08-19
電子計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，是一個(gè)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(duì)大型化工企業(yè)的自動(dòng)控制、管理、模擬實(shí)驗(yàn)等方面，得到了快速、高效準(zhǔn)確的滿意結(jié)果。目前，沒有一個(gè)先進(jìn)的化工企業(yè)不把計(jì)算機(jī)的應(yīng)用放在重要地位，都紛紛在軟件和硬件兩個(gè)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(jì)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，以期在新世紀(jì)的意爭(zhēng)中立于不敗之地在化學(xué)的基礎(chǔ)研究中:計(jì)算機(jī)除用 于股的計(jì)算以外，還在以下三個(gè)方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
第一，分于設(shè)計(jì)方面。 利用電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)有特定結(jié)構(gòu)與功能的新物質(zhì):從面使合成化學(xué)更高有理性。以前的合成化學(xué)往往是經(jīng)驗(yàn)型或半經(jīng)驗(yàn)型的，靠在實(shí)驗(yàn)室中損索，投入的勞動(dòng)量大，收效低?，F(xiàn)在在某些領(lǐng)城，可采用計(jì)算機(jī)完成分子內(nèi)部的極為復(fù)雜的計(jì)算，取得所需參數(shù)以后，再按人們的目的和需要，設(shè)計(jì)新分子，以獲取新的性質(zhì)與功能。當(dāng)然這種設(shè)計(jì)是否可行，還要與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相對(duì)照，但有了分子設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，就可以幫助 人們?cè)诤铣晒ぷ髦猩僮邚澛?，多出成果。目前，?jì)算機(jī)技術(shù)在新藥物的篩選分子設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用日漸成熟，展現(xiàn)出越來(lái)越廣調(diào)的應(yīng)用前景。
第二,完成量子化學(xué) 和生物化學(xué)的復(fù)雜計(jì)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(shí)，比如處理苯(苯是一個(gè)典型的共軛分子,但它比丁二烯要復(fù)雜),盡管經(jīng)過(guò)一系列的簡(jiǎn)化，但在解久期方程時(shí)已經(jīng)很復(fù)雜了,因?yàn)榫闷谛辛惺诫A數(shù)越高展開越麻煩，當(dāng)然為了簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)的誤差還比較大。使用HMO法時(shí),因作的假定過(guò)分簡(jiǎn)單，且似乎是受動(dòng)力學(xué)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(jì)算結(jié)果在定量上是不準(zhǔn)確的。特別是用HMO法處理離子、極性分子時(shí)，誤差就更大了，因而所得結(jié)論幾乎是無(wú)意義的。
近年來(lái)，特別是進(jìn)人21世紀(jì)后，由于電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，化學(xué)家已采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)進(jìn)行精密的分子軌道理論計(jì)算，如全略微分重疊法(CNDO)、自治場(chǎng)從頭計(jì)算法等。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者，如唐教慶、江元生劉若莊等學(xué)者，在這方面的研究取得了一定進(jìn)展。盡管這些方法還有許多困難，現(xiàn)在看來(lái)，困難很可能不在計(jì)算上，而是在于計(jì)算模型和軟件上。
第三用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，它和第、二點(diǎn)相聯(lián)系。隨著第五代電子計(jì)集機(jī)的使用:給人展現(xiàn)了一種希望、盡管這種希望是遙遠(yuǎn)的，但許多學(xué)者還是持樂觀態(tài)度:認(rèn)為人們可以在電子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，有可能使化學(xué)家從實(shí)驗(yàn)室中第政出米，所以有人把用電子計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)稱為”無(wú)試制化學(xué)”.但現(xiàn)在看米,即使有朝-日真能實(shí)現(xiàn)這種模擬，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室還是重要的。
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