分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[墨] 卡普蘭（Kaplan I.G.） 著

圖書標籤:

• 分子間作用力
• 計算化學
• 分子模擬
• 勢能麵
• 物理化學
• 統計物理
• 密度泛函理論
• 分子動力學
• 量子化學
• 材料科學

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

內容簡介

　　《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》第1、2章詳細定性介紹瞭各種長程、中程和短程分子間力；第3章介紹瞭分子間相互作用的定量計算方法及應用；第4章詳細討論瞭非加和性及與其相關的多體力；第5章給齣瞭50多個模型勢能，主要是基於物理、化學、生物實驗數據的處理以及數據模擬，其中對於國際上廣泛使用的各種計算方法進行瞭詳細地論述。同時，為瞭方便讀者使用，《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》專門列有附錄，詳盡給齣瞭各種必要的數學工具以及多電子體係的量子計算方法。
　　《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》適閤於物理、化學、生物及交叉領域從事理論計算與實驗研究的，特彆是進行分子間相互作用研究的研究人員參考，教師與研究生是《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》的主要讀者對象。

目錄

第1章 背景知識
1.1 主題和特徵
1.2 曆史概覽
1.3 相互作用勢的概念和絕熱近似
1.4 分子間作用力的一般分類
參考文獻

第2章 分子間相互作用的類型：定性圖像
2.1 直接靜電相互作用
2.1.1 一般錶達式
2.1.2 多極矩
2.1.3 多極-多極相互作用
2.2 共振相互作用
2.3 極化相互作用
2.3.1 誘導相互作用
2.3.2 色散相互作用
2.4 交換相互作用
2.5 長程相互作用中的遲滯效應和溫度的影響
2.6 相對論（磁）相互作用
2.7 宏觀物體間的相互作用
參考文獻

第3章 分子間相互作用的計算
3.1 長程極限
3.1.1 對Coulomb相互作用能算符多極展開的一般錶達式的推導
3.1.2 兩個S態原子間的相互作用能
3.1.3 分子體係的色散和誘導相互作用
3.1.4 多極展開的收斂性
3.1.4.1 微擾級數的多極展開
3.1.4.2 對多極展開收斂性的研究
3.1.5 除去多極展開中的發散
3.2 中等與短距離情況
3.2.1 含交換作用的微擾理論
3.2.1.1 交換-微擾理論（exchange-perturbation theory）級數的
任意性
3.2.1.2 對稱性匹配微擾理論
3.2.1.3 允許使用標準Rayleigh-Schr?dinger微擾理論的方法
3.2.2 變分法
3.2.2.1 Hartree-Fock近似與電子相關的考慮
3.2.2.2 基組重疊誤差（BSSE）
3.2.2.3 密度泛函理論
參考文獻

第4章 分子間相互作用的不可加性
4.1 不可加性的物理本質以及多體力的定義
4.2 對不可加效應的展示
4.3 微擾理論和多體分解
4.3.1 普遍公式
4.3.2 在二級微擾下色散能可加性的證明
4.3.3 高階色散能
4.4 原子團簇中的多體效應
4.4.1 稀有氣體團簇
4.4.2 金屬團簇
4.4.3 堿土金屬團簇的結閤本質
4.4.3.1 研究堿土金屬元素的結閤方式為什麼是重要的
4.4.3.2 二聚體和三聚體的結閤本質
4.4.3.3 未占據軌道的布居
4.5 原子-原子勢方案和不可加性
參考文獻

第5章 模型勢
5.1 半經驗模型勢
5.1.1 剛球模型勢
5.1.2 Lennard-Jones勢
5.1.3 對Lennard-Jones勢的修正
5.1.3.1 （12-6-4）勢
5.1.3.2 （m-6-8）勢
5.1.3.3 Kihara勢
5.1.4 Buckingham勢
5.1.5 對Buckingham勢的修正
5.1.6 描述雙原子分子光譜性質的模型勢
5.1.6.1 Morse勢
5.1.6.2 Rydberg勢
5.1.6.3 P?schl-Teller勢
5.1.6.4 Kratzer勢
5.1.6.5 Dunham展開及其變式
5.1.7 各嚮異性勢
5.1.7.1 Keesom勢
5.1.7.2 Stockmayer勢
5.1.7.3 原子-綫型分子的相互作用勢
5.1.7.4 用於水和溶液體係研究的模型勢
5.1.8 屏蔽庫侖勢
5.1.9 Born-Mayer勢
5.1.10 Boys-Shavitt多參數模型勢
5.1.11 組閤（分段）模型勢
5.1.11.1 Erginsoy-Vineyard-Englert勢
5.1.11.2 ESMSV和MSV勢
5.1.12 金屬和半導體研究中采用的模型勢
5.1.12.1 膠閤勢
5.1.12.2 顯含三體相互作用項的模型勢
5.1.13 根據從頭計算所得勢能麵擬閤的模型勢
5.2 模型勢中參數的確定
5.3 根據實驗數據重構模型勢
5.3.1 Rydberg-Klein-Rees方法
5.3.2 散射問題的逆問題
5.3.2.1 對問題的一般描述
5.3.2.2 準經典的處理方法：Firsov方法
5.3.3 根據熱力學數據重構模型勢
5.4 全局優化方法
5.4.1 對問題的簡要介紹
5.4.2 模擬退火算法
5.4.3 超麯麵形變方法
5.4.3.1 擴散方程法
5.4.3.2 阱間跳躍算法
5.4.4 遺傳算法
參考文獻

附錄A 基本物理常數和物理單位轉換錶
附錄B 一些必要的數學工具
B.1 矢量和張量的微積分
B.1.1 矢量的定義-加法法則
B.1.2 標量和矢量的乘積-三重標積
B.1.3 行列式
B.1.4 矢量分析-梯度、散度和鏇度
B.1.5 矢量空間和矩陣
B.1.6 張量
B.2 群論
B.2.1 群元素的特徵
B.2.2 群的錶示
B.2.3 置換群
B.2.4 綫性變換群和三維鏇轉群
B.2.5 點群
B.2.6 不可約張量和球張量
參考文獻

附錄C 多電子係統的量子力學計算方法
C.1 絕熱近似
C.2 變分法
C.2.1 自洽場（SCF）方法
C.2.2 考慮電子關聯的方法
C.2.2.1 r12依賴的波函數
C.2.2.2 組態相互作用
C.2.2.3 耦閤簇（CC）方法
C.2.2.4 密度泛函理論（DFT）方法
C.3 微擾理論
C.3.1 Rayleigh-Schr?dinger微擾理論
C.3.2 M?ller-Plesset微擾理論
C.3.3 算符形式和Brillouin-Wigner微擾理論
C.3.4 變分微擾理論
C.3.5 漸進展開-Padé逼近式
參考文獻
索引

前言/序言

好的，這是一本關於“量子化學計算與分子模擬：從基礎理論到復雜體係應用”的圖書簡介，旨在全麵介紹當前計算化學領域的核心方法、技術及其在解決實際科學問題中的應用。 --- 量子化學計算與分子模擬：從基礎理論到復雜體係應用 圖書概述 本書是一部深入探討現代計算化學與分子模擬技術基礎原理、核心算法及前沿應用的綜閤性專著。在當前科學研究日益依賴計算輔助手段的背景下，理解和掌握這些工具的理論根基及其適用範圍至關重要。本書係統地梳理瞭從微觀尺度（原子和分子）到介觀尺度（軟物質和生物大分子）的模擬方法，重點關注如何利用先進的計算模型精確描述物質的結構、性質及動態行為。 本書的目標讀者群廣泛，包括化學、物理學、材料科學、生物物理學以及相關工程學科的高年級本科生、研究生以及從事計算或理論研究的科研人員。 內容結構與核心章節 本書內容組織嚴謹，邏輯清晰，分為四大核心部分：基礎理論框架、量子化學計算方法、分子動力學模擬技術、以及高級應用與展望。 第一部分：基礎理論框架與數值方法（The Theoretical Foundation） 本部分奠定瞭進行一切分子模擬所需的數學和物理基礎。 第一章：分子體係的物理描述 詳細闡述瞭描述分子體係的薛定諤方程，包括定態與含時形式。重點討論瞭Born-Oppenheimer近似的物理意義、局限性及其在實際計算中的應用準則。引入瞭能量最小化、梯度計算以及 Hessian 矩陣在構象搜索中的作用。 第二章：統計力學與配係（Ensembles） 迴顧瞭統計力學在連接微觀模擬與宏觀可觀測性質之間的橋梁作用。詳細介紹瞭微正則係綜（NVE）、正則係綜（NVT）和等溫等壓係綜（NPT）的數學錶述及在分子模擬中的實現。討論瞭溫度、壓力和化學勢的精確控製技術。 第三章：數值積分與穩定性 專注於模擬算法的實現細節。係統介紹瞭求解運動方程的數值積分方法，如Verlet算法及其改進型（如Velocity Verlet）。深入分析瞭不同時間步長對模擬精度和穩定性的影響，並討論瞭處理剛性約束（如RATTLE/SHAKE算法）的有效性。 第二部分：量子化學計算方法（Quantum Chemistry Methods） 本部分聚焦於從第一性原理齣發計算電子結構和能量的方法，是理解化學反應機理和光譜性質的關鍵。 第四章：從 Hartree-Fock 到密度泛函理論（DFT） 係統闡述瞭 Hartree-Fock（HF）方法，解釋瞭其對電子相關性的忽略。隨後，詳細介紹現代計算化學的基石——密度泛函理論（DFT）。重點討論瞭 Kohn-Sham 理論、各種局域密度近似（LDA）、廣義梯度近似（GGA）以及後來的混閤泛函（Hybrid Functionals）的優缺點和適用範圍。 第五章：後-Hartree-Fock 方法與相關性修正 討論瞭處理電子相關性的高級方法，包括 Møller-Plesset 微擾理論（MP2, MP3, MP4）和耦閤簇（Coupled Cluster, CC）方法。詳細分析瞭CCSD(T)作為“金標準”的地位及其計算成本的限製。同時，探討瞭修正色散相互作用（如 DFT-D3, DFT-D4）的必要性和實現方式。 第六章：激發態與光譜計算 介紹瞭如何利用量子化學方法預測分子的激發態性質。詳細闡述瞭時間和空間相關的密度泛函理論（TD-DFT）在計算紫外-可見吸收、熒光發射等光物理過程中的應用。同時涵蓋瞭利用耦閤簇方法（EOM-CC）進行高精度激發態計算的原理。 第三部分：分子動力學模擬技術（Molecular Dynamics Simulations） 本部分轉嚮基於勢能麵演化的時間依賴性模擬，著重於體係的動態過程和平衡態性質。 第七章：經典分子動力學基礎與勢能函數 深入探討瞭經典分子動力學（CMD）的構建模塊——分子力場（Force Fields）。詳細分類和比較瞭常見的經典力場類型，如CHARMM, AMBER, OPLS等，及其在蛋白質、核酸和有機小分子模擬中的應用。特彆強調瞭勢能函數中鍵閤項、非鍵閤項（靜電與範德華）的數學形式。 第八章：增強采樣技術（Enhanced Sampling） 針對生物體係和材料科學中常見的高能壘問題，本部分集中介紹如何加速係統探索構象空間。詳細講解瞭Metadynamics（元動力學）、Umbrella Sampling（傘形采樣）、Metropolis-Hastings 算法以及更高級的Replica Exchange Molecular Dynamics (REMD) 的理論基礎和具體操作流程。 第九章：介觀與粗粒化模型（Coarse-Grained Modeling） 當原子級彆的細節計算成本過高時，粗粒化模型成為重要工具。本章介紹瞭 Martini, CABS 等主流粗粒化模型的構建原則、映射策略以及如何將粗粒化模擬的結果映射迴全原子尺度。討論瞭粗粒化模型在模擬膜蛋白組裝、聚閤物鏈拓撲結構中的優勢。 第四部分：高級應用與跨學科前沿（Advanced Applications and Frontiers） 本部分將前述理論和方法應用於解決復雜的化學、材料及生物體係問題。 第十章：溶劑效應與電荷轉移模型 討論瞭溶劑環境對反應活性的顯著影響。全麵介紹瞭處理溶劑效應的模型，包括連續介質模型（如 PCM, SMD）和離散溶劑模型。深入分析瞭化學反應路徑上的電荷轉移和極化現象的計算處理。 第十一章：計算催化與反應機理研究 應用量子化學和分子動力學技術研究非均相和均相催化過程。重點介紹如何利用過渡態搜索算法（如同步推拉算法 Nudged Elastic Band, NEB）定位反應路徑，並結閤反應速率理論（如過渡態理論 TST）量化反應速率。 第十二章：材料科學中的計算模擬 聚焦於晶體材料、錶麵吸附以及固態體係的模擬。討論瞭周期性邊界條件下的計算方法（如 CRYSTAL 方法）及其在預測晶格常數、聲子譜和電子帶結構方麵的應用。探討瞭如何結閤分子動力學模擬研究晶體缺陷的形成與遷移。 第十三章：生物大分子模擬的挑戰與機遇 探討瞭計算化學在解析蛋白質摺疊、配體-受體結閤、以及膜內分子傳輸中的應用。重點分析瞭長時間尺度模擬的必要性，以及如何利用混閤量子/經典（QM/MM）方法精確描述酶活性中心的電子結構變化。 本書特色 1. 理論與實踐並重： 每章的理論講解後均附有清晰的算法流程和實際算例分析，幫助讀者理解如何將理論轉化為可執行的計算任務。 2. 覆蓋主流軟件邏輯： 書中內容緊密結閤當前主流的計算軟件包（如 Gaussian, ORCA, VASP, GROMACS 等）的設計哲學，有助於讀者快速掌握實際操作。 3. 強調方法的局限性： 不僅介紹瞭各種方法的優勢，更詳細分析瞭它們在處理大體係、高精度要求或特定物理過程（如電子激發、非絕熱過程）時的固有缺陷，培養讀者批判性評估計算結果的能力。 4. 前沿技術追蹤： 包含瞭機器學習在勢能麵構建（Machine Learning Potentials）和數據挖掘中的最新進展，引導讀者關注未來計算化學的發展方嚮。 本書緻力於為學習者提供一個堅實且現代化的計算化學知識體係，使讀者不僅能“運行”模擬，更能“設計”和“解釋”模擬結果。

评分☆☆☆☆☆

我最近在閱讀一本名為《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》的書，這本書給我留下瞭深刻的印象，主要體現在它如何將復雜的理論概念以一種引人入勝的方式呈現齣來。我尤其喜歡其中關於“物理圖像”的章節，它通過一係列生動的比喻和精心設計的插圖，將抽象的範德華力、偶極-偶極相互作用等描繪得栩栩如生。例如，書中對倫敦色散力的解釋，讓我能清晰地想象齣瞬時偶極誘導另一個瞬時偶極的過程，不再是枯燥的公式堆砌。這種“看得見”的物理圖像，極大地降低瞭我理解這些微觀現象的門檻。接著，在“計算方法”的部分，書中詳細介紹瞭各種模擬技術的原理和優缺點。我發現書中對分子動力學模擬的講解尤為透徹，從算法的選擇到參數的設置，都進行瞭詳盡的闡述，並配有相應的代碼示例，這對於想要將理論知識應用於實踐的研究者來說，無疑是寶貴的資源。書中並沒有迴避計算的復雜性，而是以一種循序漸進的方式引導讀者，讓我在感到挑戰的同時，也獲得瞭成就感。最後，“模型勢能”的章節則將理論與應用緊密結閤，書中探討瞭如何根據實驗數據和第一性原理計算來構建精確的勢能函數，並且展示瞭這些模型在理解材料性質、藥物設計等領域的強大威力。總的來說，這本書在理論深度和實踐指導性上達到瞭一個很好的平衡，是一部值得反復品讀的佳作。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名吸引瞭我，《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》。光聽名字，就覺得內容會非常硬核，但又充滿瞭探索的樂趣。我之前在學習熱力學和統計力學的時候，對分子間相互作用這個概念就已經産生瞭濃厚的興趣，它像是隱藏在宏觀現象背後的微觀驅動力。書名中的“物理圖像”讓我聯想到，這本書應該會用非常直觀的方式來描繪這些看不見的力是如何運作的，比如範德華力、氫鍵等等，它們是如何將一個個獨立的分子“粘閤”在一起，形成我們熟悉的物質形態。我特彆期待能夠看到一些精妙的類比或者圖示，幫助我理解這些抽象的概念。同時，“計算方法”這個詞又預示著這本書不僅僅停留在概念層麵，還會涉及如何量化和預測這些相互作用。這對於進行模擬計算或者設計新材料的研究人員來說，無疑是至關重要的。我希望書中能夠介紹一些主流的計算方法，比如分子動力學模擬、濛特卡洛方法，以及它們在不同尺度下的應用。最後，“模型勢能”則讓我想到瞭勢能麵這個概念，它是描述分子間相互作用強度隨距離變化的函數，對於理解化學反應的路徑和穩定性至關重要。這本書是否會深入探討如何構建和優化這些勢能模型，也是我非常好奇的地方。總而言之，這本書的名字就給我一種“有料”的感覺，充滿瞭科學探索的魅力，讓我迫不及待想要翻開它。

评分☆☆☆☆☆

這本書的題目，《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》，讓我感覺到它可能是一本能夠填補我知識空白的讀物。我之前在學習一些基礎化學課程時，對分子間的吸引力和排斥力有過初步的瞭解，但總是覺得隔靴搔癢，缺乏一個係統深入的認識。我希望這本書能夠提供一個更宏觀的視角，讓我明白這些微觀的相互作用是如何最終決定宏觀物質的性質，比如沸點、熔點、溶解度等等。書名中的“物理圖像”讓我聯想到，作者可能不僅僅是羅列公式，而是試圖用更具象化的方式來解釋這些力的本質，也許會用到一些類比，或者通過不同分子模型來展示它們之間的相互作用。我對這個部分非常期待，希望能從中獲得一種“豁然開朗”的感覺。而“計算方法”和“模型勢能”則讓我看到瞭這本書的另一個重要維度。我目前的研究方嚮需要用到一些模擬計算，但對分子間相互作用的精確描述一直是個難題。我希望這本書能夠介紹一些常用的計算方法，並指導如何根據具體的體係構建閤適的勢能模型。例如，書中是否會討論如何選擇閤適的力場參數，或者如何處理非鍵相互作用的計算？如果能看到一些實際的應用案例，那就更好瞭。總的來說，這本書的名字給我一種“實用且深入”的印象，它似乎能夠解答我心中長久以來的睏惑，並為我的研究提供寶貴的指導。

评分☆☆☆☆☆

拿到《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》這本書，我的第一感覺是它充滿瞭挑戰，同時也蘊含著巨大的知識寶藏。書名中的“分子間相互作用”本身就是一個極其廣泛的領域，而“物理圖像、計算方法與模型勢能”這三個詞組，則明確地指齣瞭本書內容的三個核心支柱。我尤其對“物理圖像”部分感到好奇。我希望這本書能提供一種不同於教科書中枯燥公式的解釋方式，通過一些創新的可視化手段，讓我能夠真正“看到”分子之間是如何相互作用的。例如，作者是否會通過模擬動畫或者生動的比喻來解釋範德華力、氫鍵的形成過程？這種直觀的理解對於建立堅實的理論基礎至關重要。接著，“計算方法”這一部分，我預感會是本書的重點和難點。我期待書中能詳細介紹一些當前主流的分子模擬技術，例如從量子化學計算到介觀尺度的模擬方法，並分析它們的適用範圍和局限性。我希望書中能夠提供一些具體的計算實例，指導我如何將這些方法應用到實際的研究問題中，並且對各種計算方法的精度和效率有一個清晰的認識。最後，“模型勢能”則是我非常感興趣的一個方麵。我希望書中能深入探討如何根據物理原理和實驗數據來構建精確的分子力場，以及如何對這些模型進行驗證和優化。如果書中能夠介紹一些經典的勢能模型，並分析它們在不同體係中的錶現，那就更完美瞭。總而言之，這本書的名字給我一種“全麵且深入”的感覺，它似乎能夠係統地解答我對分子間相互作用的疑問，並為我提供一套強大的工具去解決更復雜的問題。

评分☆☆☆☆☆

《分子間相互作用：物理圖像、計算方法與模型勢能》這本書，與其說是一本教材，不如說它更像是一次深入的科學對話。書的開篇，作者就用一種非常“接地氣”的方式，描繪瞭分子間相互作用在日常生活中的體現，比如空氣的流動、水的結冰，這些看似平常的現象背後，其實都隱藏著復雜而精妙的分子間的“舞蹈”。這種從宏觀到微觀的視角轉換，讓我迅速拉近瞭與書本的距離。書中對“物理圖像”的闡述，更是彆齣心裁。作者並沒有止步於書本上的抽象概念，而是通過引入一些巧妙的類比，比如分子間的“親密接觸”和“禮貌疏遠”，將那些不易察覺的力描繪得生動有趣。我尤其欣賞書中關於極性分子相互作用的解釋，它讓我仿佛能夠“看到”那些帶電荷的區域是如何互相吸引又互相排斥的。而隨後的“計算方法”章節，則將我從感性的認知帶入瞭理性的分析。書中對各種模擬算法的介紹，既有理論上的嚴謹，又不失操作上的指導。我注意到書中對統計力學在計算中的應用進行瞭深入探討，這讓我對接下來的內容更加充滿期待。最後，“模型勢能”部分，則像是為整個理論體係畫上瞭點睛之筆。書中講解瞭如何構建能夠準確描述分子間相互作用的勢能函數，並展示瞭這些模型在預測物質性質、理解化學反應機理等方麵的關鍵作用。這本書的結構安排非常閤理，從直觀的理解到量化的計算，再到模型的構建，層層遞進，讓我受益匪淺。

评分☆☆☆☆☆

书十分不错，服务物流也很到位。

评分☆☆☆☆☆

一直想买，趁活动买了

评分☆☆☆☆☆

好书，好的专业书，对我很有用！

评分☆☆☆☆☆

分子间相互作用：物理图像、计算方法与模型势能 .经典

评分☆☆☆☆☆

书不错，很实用！专业性很强！

评分☆☆☆☆☆

《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。

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。

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值得拥有

评分☆☆☆☆☆

书挺好的，慢慢看