量子化学图形显示手则.doc

量子化学图形显示 Gaussian-Gsgrid-Sigmaplot （操作手册1.00版） 目 录 前言 第一部分、相关的基本概念 第二部分、从G03引出cube数据来 第三部分、用GsGrid作截面并进行运算；或者GsGrid作截面后进入Excel运算 第四部分、转入Sigmaploth作图 前 言 如今的量子化学计算，会输出大量的数据，特别是MO中众多的基组，面对这成千上万的数据，人们常会感到茫然、不得要领，常常只好根本不去看它，可惜了这仅有的最有用的第一手原生态信息！必须将这些数据图形化，以便于我们识别、应用。 人们对一目了然的图形感知比较敏感，些微的差异就会发现。甚至可以在作了一个计算之后，画一下相应的图形，图形有时会显示计算的错误，特别是作电子密度差时，方位对应是否正确从图一眼就能看出，而从数据根本无从看起。 有趣的是，当我们看了图形之后，有了总体的概念，然后再从图形去查找MO系数及相位，可以更好地指认图形，这时MO反倒也能看明了。 人们从化学实践出发，对分子的电子结构一直非常关注。多年来，人们总是想探讨分子中原子的性质，特别是分子中原子的净电荷，提出了各种计算方法，并进行了不断地改进，然而至今都还不能令人满意。特别是原子净电荷划分、计算还远不够完善合理，使得净电荷有时与实验的预期相差太远，许多净电荷异常到不可思议的地步，使人们对量化计算出的电荷失去信心。 在量化图形中，电子密度差Δρ尤其重要！它应是传统的原子净电荷概念的扩大和空间化，它直接从MO、ρ而来，如实地、科学抽象地表现了电荷在分子空间分布的净变化，不再只将净电荷人为地局限、归结、划分在某个原子上。我们看分子轨道图、电子密度图、静电势图等，固然可以得到许多结构与性能的重要信息。但它们毕竟那么浑圆、憨厚、质朴，很难问出什么，它们在我们面前是一片云。但一旦作出了电子密度差，成键原子前后变化、分子之间络合、氢健、吸附等，电子增减的净变化，被鲜明地、细微地突出了，可以发现许多新东西、意想不到的东西，从而引人入思。 Gsgrid程序正是Gaussian走向图形化的较好桥梁！由此Gaussian的数据可以通过gsgrid改写、运算，或者改写之后，进入强大的Excel中作进一步运算，作平方、作电子密度差，然后用高超的Sigmaplot绘出图来。因为人们目前习惯的MOLDEN作图并不那么好进入、好用，现在实际上很多人被关在图形应用的大门外，少了这一个行走江湖的宝器。 当然，走Gaussian-Gsgrid-Sigmaplot的路，虽然人人都可以方便地掌握和使用，但是它的操作还是有数以百计的操作指令要选择，无师自通将很费时，一些急于求成的学子会等不及。 这篇手册，正是走Gaussian-Gsgrid-Sigmaplot路的足迹，或将为我们打开一扇量化图形显示应用的中国特色的大门。 第一部分、相关的基本概念 （此部分主要从网上的电子书转载） 波函数y（原子或分子轨道在空间的分布）和电子云y2（原子或分子电子密度在空间的分布）是三维空间坐标的函数，将它们用图形表示出来，使抽象的数学表达式成为具体的图像，对了解原子或分子的结构和性质，了解原子化合为分子的过程具有重要意义。 波函数和电子云可以用多种函数的图形表示它们的分布特征，从不同的角度了解它们的性质。正是因为y和y2是三位空间的函数，所以直接对其图像描述有一定困难，所以我们选择不同的角度来描述。 对于这种y、y2以及它们的图形表示，在各种结构化学教材都有详细的介绍，这里只对量化图形显示常用的作一个复习。 以原子为例，原子轨道的波函数形式非常复杂, 表示成图形才便于讨论化学问题。原子轨道和电子云有多种图形，为了搞清这些图形是怎么画出来的，相互之间是什么关系，应当区分两个问题：作图对象、作图方法。 作图对象主要包括： (1) 复函数还是实函数 (2) 波函数（即轨道y）还是电子云（y2） (3) 完全图形还是部分图形（y or R or Y or ……） 作图方法主要包括： 函数-变量图、界面图、等值面（线）图、网格图、黑点图 波函数和电子云可以用多种函数的图形表示它们的分布特征，从不同的角度了解它们的性质。正是因为y和y2是三位空间的函数，所以直接对其图像描述有一定困难，所以我们选择不同的角度来描述： 轨道和电子云的等值面（等值线）图 本手册主要侧重于轨道和电子云的等值线图。 把波函数值相同的空间各点连成曲面, 就是等值面图，其剖面就是等值线图。 电子云的等值面亦称等密度面，其剖面就是密度等值线图。 电子云界面图是一种等密度面。 通常的选择标准是: 这种等密度面形成的封闭空间(可能有几个互不连通的空间)能将电