分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[墨] 卡普兰（Kaplan I.G.） 著

图书标签:

• 分子间作用力
• 计算化学
• 分子模拟
• 势能面
• 物理化学
• 统计物理
• 密度泛函理论
• 分子动力学
• 量子化学
• 材料科学

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122169051

版次：1

商品编码：11320254

包装：精装

开本：16开

出版时间：2013-08-01

页数：301

内容简介

　　《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》第1、2章详细定性介绍了各种长程、中程和短程分子间力；第3章介绍了分子间相互作用的定量计算方法及应用；第4章详细讨论了非加和性及与其相关的多体力；第5章给出了50多个模型势能，主要是基于物理、化学、生物实验数据的处理以及数据模拟，其中对于国际上广泛使用的各种计算方法进行了详细地论述。同时，为了方便读者使用，《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》专门列有附录，详尽给出了各种必要的数学工具以及多电子体系的量子计算方法。
　　《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》适合于物理、化学、生物及交叉领域从事理论计算与实验研究的，特别是进行分子间相互作用研究的研究人员参考，教师与研究生是《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》的主要读者对象。

目录

第1章 背景知识
1.1 主题和特征
1.2 历史概览
1.3 相互作用势的概念和绝热近似
1.4 分子间作用力的一般分类
参考文献

第2章 分子间相互作用的类型：定性图像
2.1 直接静电相互作用
2.1.1 一般表达式
2.1.2 多极矩
2.1.3 多极-多极相互作用
2.2 共振相互作用
2.3 极化相互作用
2.3.1 诱导相互作用
2.3.2 色散相互作用
2.4 交换相互作用
2.5 长程相互作用中的迟滞效应和温度的影响
2.6 相对论（磁）相互作用
2.7 宏观物体间的相互作用
参考文献

第3章 分子间相互作用的计算
3.1 长程极限
3.1.1 对Coulomb相互作用能算符多极展开的一般表达式的推导
3.1.2 两个S态原子间的相互作用能
3.1.3 分子体系的色散和诱导相互作用
3.1.4 多极展开的收敛性
3.1.4.1 微扰级数的多极展开
3.1.4.2 对多极展开收敛性的研究
3.1.5 除去多极展开中的发散
3.2 中等与短距离情况
3.2.1 含交换作用的微扰理论
3.2.1.1 交换-微扰理论（exchange-perturbation theory）级数的
任意性
3.2.1.2 对称性匹配微扰理论
3.2.1.3 允许使用标准Rayleigh-Schr?dinger微扰理论的方法
3.2.2 变分法
3.2.2.1 Hartree-Fock近似与电子相关的考虑
3.2.2.2 基组重叠误差（BSSE）
3.2.2.3 密度泛函理论
参考文献

第4章 分子间相互作用的不可加性
4.1 不可加性的物理本质以及多体力的定义
4.2 对不可加效应的展示
4.3 微扰理论和多体分解
4.3.1 普遍公式
4.3.2 在二级微扰下色散能可加性的证明
4.3.3 高阶色散能
4.4 原子团簇中的多体效应
4.4.1 稀有气体团簇
4.4.2 金属团簇
4.4.3 碱土金属团簇的结合本质
4.4.3.1 研究碱土金属元素的结合方式为什么是重要的
4.4.3.2 二聚体和三聚体的结合本质
4.4.3.3 未占据轨道的布居
4.5 原子-原子势方案和不可加性
参考文献

第5章 模型势
5.1 半经验模型势
5.1.1 刚球模型势
5.1.2 Lennard-Jones势
5.1.3 对Lennard-Jones势的修正
5.1.3.1 （12-6-4）势
5.1.3.2 （m-6-8）势
5.1.3.3 Kihara势
5.1.4 Buckingham势
5.1.5 对Buckingham势的修正
5.1.6 描述双原子分子光谱性质的模型势
5.1.6.1 Morse势
5.1.6.2 Rydberg势
5.1.6.3 P?schl-Teller势
5.1.6.4 Kratzer势
5.1.6.5 Dunham展开及其变式
5.1.7 各向异性势
5.1.7.1 Keesom势
5.1.7.2 Stockmayer势
5.1.7.3 原子-线型分子的相互作用势
5.1.7.4 用于水和溶液体系研究的模型势
5.1.8 屏蔽库仑势
5.1.9 Born-Mayer势
5.1.10 Boys-Shavitt多参数模型势
5.1.11 组合（分段）模型势
5.1.11.1 Erginsoy-Vineyard-Englert势
5.1.11.2 ESMSV和MSV势
5.1.12 金属和半导体研究中采用的模型势
5.1.12.1 胶合势
5.1.12.2 显含三体相互作用项的模型势
5.1.13 根据从头计算所得势能面拟合的模型势
5.2 模型势中参数的确定
5.3 根据实验数据重构模型势
5.3.1 Rydberg-Klein-Rees方法
5.3.2 散射问题的逆问题
5.3.2.1 对问题的一般描述
5.3.2.2 准经典的处理方法：Firsov方法
5.3.3 根据热力学数据重构模型势
5.4 全局优化方法
5.4.1 对问题的简要介绍
5.4.2 模拟退火算法
5.4.3 超曲面形变方法
5.4.3.1 扩散方程法
5.4.3.2 阱间跳跃算法
5.4.4 遗传算法
参考文献

附录A 基本物理常数和物理单位转换表
附录B 一些必要的数学工具
B.1 矢量和张量的微积分
B.1.1 矢量的定义-加法法则
B.1.2 标量和矢量的乘积-三重标积
B.1.3 行列式
B.1.4 矢量分析-梯度、散度和旋度
B.1.5 矢量空间和矩阵
B.1.6 张量
B.2 群论
B.2.1 群元素的特征
B.2.2 群的表示
B.2.3 置换群
B.2.4 线性变换群和三维旋转群
B.2.5 点群
B.2.6 不可约张量和球张量
参考文献

附录C 多电子系统的量子力学计算方法
C.1 绝热近似
C.2 变分法
C.2.1 自洽场（SCF）方法
C.2.2 考虑电子关联的方法
C.2.2.1 r12依赖的波函数
C.2.2.2 组态相互作用
C.2.2.3 耦合簇（CC）方法
C.2.2.4 密度泛函理论（DFT）方法
C.3 微扰理论
C.3.1 Rayleigh-Schr?dinger微扰理论
C.3.2 M?ller-Plesset微扰理论
C.3.3 算符形式和Brillouin-Wigner微扰理论
C.3.4 变分微扰理论
C.3.5 渐进展开-Padé逼近式
参考文献
索引

前言/序言

好的，这是一本关于“量子化学计算与分子模拟：从基础理论到复杂体系应用”的图书简介，旨在全面介绍当前计算化学领域的核心方法、技术及其在解决实际科学问题中的应用。 --- 量子化学计算与分子模拟：从基础理论到复杂体系应用 图书概述 本书是一部深入探讨现代计算化学与分子模拟技术基础原理、核心算法及前沿应用的综合性专著。在当前科学研究日益依赖计算辅助手段的背景下，理解和掌握这些工具的理论根基及其适用范围至关重要。本书系统地梳理了从微观尺度（原子和分子）到介观尺度（软物质和生物大分子）的模拟方法，重点关注如何利用先进的计算模型精确描述物质的结构、性质及动态行为。 本书的目标读者群广泛，包括化学、物理学、材料科学、生物物理学以及相关工程学科的高年级本科生、研究生以及从事计算或理论研究的科研人员。 内容结构与核心章节 本书内容组织严谨，逻辑清晰，分为四大核心部分：基础理论框架、量子化学计算方法、分子动力学模拟技术、以及高级应用与展望。 第一部分：基础理论框架与数值方法（The Theoretical Foundation） 本部分奠定了进行一切分子模拟所需的数学和物理基础。 第一章：分子体系的物理描述 详细阐述了描述分子体系的薛定谔方程，包括定态与含时形式。重点讨论了Born-Oppenheimer近似的物理意义、局限性及其在实际计算中的应用准则。引入了能量最小化、梯度计算以及 Hessian 矩阵在构象搜索中的作用。 第二章：统计力学与配系（Ensembles） 回顾了统计力学在连接微观模拟与宏观可观测性质之间的桥梁作用。详细介绍了微正则系综（NVE）、正则系综（NVT）和等温等压系综（NPT）的数学表述及在分子模拟中的实现。讨论了温度、压力和化学势的精确控制技术。 第三章：数值积分与稳定性 专注于模拟算法的实现细节。系统介绍了求解运动方程的数值积分方法，如Verlet算法及其改进型（如Velocity Verlet）。深入分析了不同时间步长对模拟精度和稳定性的影响，并讨论了处理刚性约束（如RATTLE/SHAKE算法）的有效性。 第二部分：量子化学计算方法（Quantum Chemistry Methods） 本部分聚焦于从第一性原理出发计算电子结构和能量的方法，是理解化学反应机理和光谱性质的关键。 第四章：从 Hartree-Fock 到密度泛函理论（DFT） 系统阐述了 Hartree-Fock（HF）方法，解释了其对电子相关性的忽略。随后，详细介绍现代计算化学的基石——密度泛函理论（DFT）。重点讨论了 Kohn-Sham 理论、各种局域密度近似（LDA）、广义梯度近似（GGA）以及后来的混合泛函（Hybrid Functionals）的优缺点和适用范围。 第五章：后-Hartree-Fock 方法与相关性修正 讨论了处理电子相关性的高级方法，包括 Møller-Plesset 微扰理论（MP2, MP3, MP4）和耦合簇（Coupled Cluster, CC）方法。详细分析了CCSD(T)作为“金标准”的地位及其计算成本的限制。同时，探讨了修正色散相互作用（如 DFT-D3, DFT-D4）的必要性和实现方式。 第六章：激发态与光谱计算 介绍了如何利用量子化学方法预测分子的激发态性质。详细阐述了时间和空间相关的密度泛函理论（TD-DFT）在计算紫外-可见吸收、荧光发射等光物理过程中的应用。同时涵盖了利用耦合簇方法（EOM-CC）进行高精度激发态计算的原理。 第三部分：分子动力学模拟技术（Molecular Dynamics Simulations） 本部分转向基于势能面演化的时间依赖性模拟，着重于体系的动态过程和平衡态性质。 第七章：经典分子动力学基础与势能函数 深入探讨了经典分子动力学（CMD）的构建模块——分子力场（Force Fields）。详细分类和比较了常见的经典力场类型，如CHARMM, AMBER, OPLS等，及其在蛋白质、核酸和有机小分子模拟中的应用。特别强调了势能函数中键合项、非键合项（静电与范德华）的数学形式。 第八章：增强采样技术（Enhanced Sampling） 针对生物体系和材料科学中常见的高能垒问题，本部分集中介绍如何加速系统探索构象空间。详细讲解了Metadynamics（元动力学）、Umbrella Sampling（伞形采样）、Metropolis-Hastings 算法以及更高级的Replica Exchange Molecular Dynamics (REMD) 的理论基础和具体操作流程。 第九章：介观与粗粒化模型（Coarse-Grained Modeling） 当原子级别的细节计算成本过高时，粗粒化模型成为重要工具。本章介绍了 Martini, CABS 等主流粗粒化模型的构建原则、映射策略以及如何将粗粒化模拟的结果映射回全原子尺度。讨论了粗粒化模型在模拟膜蛋白组装、聚合物链拓扑结构中的优势。 第四部分：高级应用与跨学科前沿（Advanced Applications and Frontiers） 本部分将前述理论和方法应用于解决复杂的化学、材料及生物体系问题。 第十章：溶剂效应与电荷转移模型 讨论了溶剂环境对反应活性的显著影响。全面介绍了处理溶剂效应的模型，包括连续介质模型（如 PCM, SMD）和离散溶剂模型。深入分析了化学反应路径上的电荷转移和极化现象的计算处理。 第十一章：计算催化与反应机理研究 应用量子化学和分子动力学技术研究非均相和均相催化过程。重点介绍如何利用过渡态搜索算法（如同步推拉算法 Nudged Elastic Band, NEB）定位反应路径，并结合反应速率理论（如过渡态理论 TST）量化反应速率。 第十二章：材料科学中的计算模拟 聚焦于晶体材料、表面吸附以及固态体系的模拟。讨论了周期性边界条件下的计算方法（如 CRYSTAL 方法）及其在预测晶格常数、声子谱和电子带结构方面的应用。探讨了如何结合分子动力学模拟研究晶体缺陷的形成与迁移。 第十三章：生物大分子模拟的挑战与机遇 探讨了计算化学在解析蛋白质折叠、配体-受体结合、以及膜内分子传输中的应用。重点分析了长时间尺度模拟的必要性，以及如何利用混合量子/经典（QM/MM）方法精确描述酶活性中心的电子结构变化。 本书特色 1. 理论与实践并重： 每章的理论讲解后均附有清晰的算法流程和实际算例分析，帮助读者理解如何将理论转化为可执行的计算任务。 2. 覆盖主流软件逻辑： 书中内容紧密结合当前主流的计算软件包（如 Gaussian, ORCA, VASP, GROMACS 等）的设计哲学，有助于读者快速掌握实际操作。 3. 强调方法的局限性： 不仅介绍了各种方法的优势，更详细分析了它们在处理大体系、高精度要求或特定物理过程（如电子激发、非绝热过程）时的固有缺陷，培养读者批判性评估计算结果的能力。 4. 前沿技术追踪： 包含了机器学习在势能面构建（Machine Learning Potentials）和数据挖掘中的最新进展，引导读者关注未来计算化学的发展方向。 本书致力于为学习者提供一个坚实且现代化的计算化学知识体系，使读者不仅能“运行”模拟，更能“设计”和“解释”模拟结果。

评分☆☆☆☆☆

拿到《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》这本书，我的第一感觉是它充满了挑战，同时也蕴含着巨大的知识宝藏。书名中的“分子间相互作用”本身就是一个极其广泛的领域，而“物理图像、计算方法与模型势能”这三个词组，则明确地指出了本书内容的三个核心支柱。我尤其对“物理图像”部分感到好奇。我希望这本书能提供一种不同于教科书中枯燥公式的解释方式，通过一些创新的可视化手段，让我能够真正“看到”分子之间是如何相互作用的。例如，作者是否会通过模拟动画或者生动的比喻来解释范德华力、氢键的形成过程？这种直观的理解对于建立坚实的理论基础至关重要。接着，“计算方法”这一部分，我预感会是本书的重点和难点。我期待书中能详细介绍一些当前主流的分子模拟技术，例如从量子化学计算到介观尺度的模拟方法，并分析它们的适用范围和局限性。我希望书中能够提供一些具体的计算实例，指导我如何将这些方法应用到实际的研究问题中，并且对各种计算方法的精度和效率有一个清晰的认识。最后，“模型势能”则是我非常感兴趣的一个方面。我希望书中能深入探讨如何根据物理原理和实验数据来构建精确的分子力场，以及如何对这些模型进行验证和优化。如果书中能够介绍一些经典的势能模型，并分析它们在不同体系中的表现，那就更完美了。总而言之，这本书的名字给我一种“全面且深入”的感觉，它似乎能够系统地解答我对分子间相互作用的疑问，并为我提供一套强大的工具去解决更复杂的问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名吸引了我，《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》。光听名字，就觉得内容会非常硬核，但又充满了探索的乐趣。我之前在学习热力学和统计力学的时候，对分子间相互作用这个概念就已经产生了浓厚的兴趣，它像是隐藏在宏观现象背后的微观驱动力。书名中的“物理图像”让我联想到，这本书应该会用非常直观的方式来描绘这些看不见的力是如何运作的，比如范德华力、氢键等等，它们是如何将一个个独立的分子“粘合”在一起，形成我们熟悉的物质形态。我特别期待能够看到一些精妙的类比或者图示，帮助我理解这些抽象的概念。同时，“计算方法”这个词又预示着这本书不仅仅停留在概念层面，还会涉及如何量化和预测这些相互作用。这对于进行模拟计算或者设计新材料的研究人员来说，无疑是至关重要的。我希望书中能够介绍一些主流的计算方法，比如分子动力学模拟、蒙特卡洛方法，以及它们在不同尺度下的应用。最后，“模型势能”则让我想到了势能面这个概念，它是描述分子间相互作用强度随距离变化的函数，对于理解化学反应的路径和稳定性至关重要。这本书是否会深入探讨如何构建和优化这些势能模型，也是我非常好奇的地方。总而言之，这本书的名字就给我一种“有料”的感觉，充满了科学探索的魅力，让我迫不及待想要翻开它。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目，《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》，让我感觉到它可能是一本能够填补我知识空白的读物。我之前在学习一些基础化学课程时，对分子间的吸引力和排斥力有过初步的了解，但总是觉得隔靴搔痒，缺乏一个系统深入的认识。我希望这本书能够提供一个更宏观的视角，让我明白这些微观的相互作用是如何最终决定宏观物质的性质，比如沸点、熔点、溶解度等等。书名中的“物理图像”让我联想到，作者可能不仅仅是罗列公式，而是试图用更具象化的方式来解释这些力的本质，也许会用到一些类比，或者通过不同分子模型来展示它们之间的相互作用。我对这个部分非常期待，希望能从中获得一种“豁然开朗”的感觉。而“计算方法”和“模型势能”则让我看到了这本书的另一个重要维度。我目前的研究方向需要用到一些模拟计算，但对分子间相互作用的精确描述一直是个难题。我希望这本书能够介绍一些常用的计算方法，并指导如何根据具体的体系构建合适的势能模型。例如，书中是否会讨论如何选择合适的力场参数，或者如何处理非键相互作用的计算？如果能看到一些实际的应用案例，那就更好了。总的来说，这本书的名字给我一种“实用且深入”的印象，它似乎能够解答我心中长久以来的困惑，并为我的研究提供宝贵的指导。

评分☆☆☆☆☆

我最近在阅读一本名为《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》的书，这本书给我留下了深刻的印象，主要体现在它如何将复杂的理论概念以一种引人入胜的方式呈现出来。我尤其喜欢其中关于“物理图像”的章节，它通过一系列生动的比喻和精心设计的插图，将抽象的范德华力、偶极-偶极相互作用等描绘得栩栩如生。例如，书中对伦敦色散力的解释，让我能清晰地想象出瞬时偶极诱导另一个瞬时偶极的过程，不再是枯燥的公式堆砌。这种“看得见”的物理图像，极大地降低了我理解这些微观现象的门槛。接着，在“计算方法”的部分，书中详细介绍了各种模拟技术的原理和优缺点。我发现书中对分子动力学模拟的讲解尤为透彻，从算法的选择到参数的设置，都进行了详尽的阐述，并配有相应的代码示例，这对于想要将理论知识应用于实践的研究者来说，无疑是宝贵的资源。书中并没有回避计算的复杂性，而是以一种循序渐进的方式引导读者，让我在感到挑战的同时，也获得了成就感。最后，“模型势能”的章节则将理论与应用紧密结合，书中探讨了如何根据实验数据和第一性原理计算来构建精确的势能函数，并且展示了这些模型在理解材料性质、药物设计等领域的强大威力。总的来说，这本书在理论深度和实践指导性上达到了一个很好的平衡，是一部值得反复品读的佳作。

评分☆☆☆☆☆

《分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能》这本书，与其说是一本教材，不如说它更像是一次深入的科学对话。书的开篇，作者就用一种非常“接地气”的方式，描绘了分子间相互作用在日常生活中的体现，比如空气的流动、水的结冰，这些看似平常的现象背后，其实都隐藏着复杂而精妙的分子间的“舞蹈”。这种从宏观到微观的视角转换，让我迅速拉近了与书本的距离。书中对“物理图像”的阐述，更是别出心裁。作者并没有止步于书本上的抽象概念，而是通过引入一些巧妙的类比，比如分子间的“亲密接触”和“礼貌疏远”，将那些不易察觉的力描绘得生动有趣。我尤其欣赏书中关于极性分子相互作用的解释，它让我仿佛能够“看到”那些带电荷的区域是如何互相吸引又互相排斥的。而随后的“计算方法”章节，则将我从感性的认知带入了理性的分析。书中对各种模拟算法的介绍，既有理论上的严谨，又不失操作上的指导。我注意到书中对统计力学在计算中的应用进行了深入探讨，这让我对接下来的内容更加充满期待。最后，“模型势能”部分，则像是为整个理论体系画上了点睛之笔。书中讲解了如何构建能够准确描述分子间相互作用的势能函数，并展示了这些模型在预测物质性质、理解化学反应机理等方面的关键作用。这本书的结构安排非常合理，从直观的理解到量化的计算，再到模型的构建，层层递进，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

活动时买的，还不错。

评分☆☆☆☆☆

就是稍微贵了点，不过还是很好的书的。

评分☆☆☆☆☆

很好的一本书，买来看看，学习用

评分☆☆☆☆☆

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大概看了看，书不错，开卷有益，好评！好好学习天天向上！

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东西很好，都是正品，买着很放心，而且送货速度也快

评分☆☆☆☆☆

分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能

评分☆☆☆☆☆

大约在2011年初，我收到一封来自欧洲的email，那是我以前教过的一个学生发来的。在email里他告诉我，他正师从PekkaPyykko教授从事分子间作用力的理论工作。而他远赴欧洲的原因之一，就是我当年在课堂上说过的话激发了他对分子间作用力领域的好奇心。他说，当年我在北大理科平台课《大学化学》的课堂上讲到，“如果将来某个人可以给出分子间作用力的精确描述或解析式，这个人就有可能横扫这一年的诺贝尔奖，因为这个问题的解决对于科学的各个分支实在是太重要了，值得上所有的赞美之词和全部的奖励”。说老实话，在课程结束之后我与这位同学就再没有进一步的联系，所以这封信对我来说是一个惊喜。而且Pyykko教授是相对论量子力学领域的先驱者之一，在多个领域颇有建树，因此我很为他高兴，也祝福他在未来的科学探索道路上继续努力，不断拓展人类的认识范畴。