分子计算科学

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1、1.原子的微观结构是什么样的？原子的微观结构是由以质子和中子组成的原子核为中心，核外电子以电子云的形式在原子核周围概率性出现。2.什么是原子轨道？原子轨道又叫轨态，是以数学函数的形式（即波函数）来表示原子中核外电子在原子核周围出现的几率，轨道就是在波函数的界定下电子出现几率较大的区域。3.原子轨道形状与空间分布图？最简单几类原子轨道形态：s轨道形状，球形；p轨道形状，无柄哑铃形；d轨道形状，花瓣形。具体的空间分布（手画）。4.原子结构与性质在实际的实际测量与结构表征中都有那些应用？举例说明主要的应用有：EDS等可以用来分析样品的元素和元素的特征以及物质的种类。如：EDS（X射线能谱仪

2、）可以利用不同元素的X射线光子特征能量不同进行成分分析，借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据波长测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量。5.金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质都有哪些差别？试从分子的微观结构进行解释？金刚石的硬度大、不能导电；而石墨的硬度较小，具有柔性、导电性好。金刚石是典型的原子晶体，晶体中的基本结构粒子是碳原子，每个碳原子都以sp3杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，构成正四面体，碳原子在空间构成连续的、坚固的骨架结构，所以金刚石的硬度大。同时，由于碳的4个电子都参与了成键，没有空余的自由电子所以其导电性差。石墨晶体是属于混

3、合键型的晶体，石墨中的同层碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，每个碳原子还有一个2p轨道，这些p轨道互相平行，形成了离域大π键，且大π键中的电子可以自由移动，所以石墨在平行于单石墨层的方向具有导电性，在垂直方向上没有导电性。而不同的石墨层之间是以分之间作用力相连接，作用力较小，能够出现层与层之间的滑动，所以石墨具有柔性和硬度小的特点。1.什么是化学键？化学键主要有那些类型，他们都有哪些特点？化学键是指纯物质通常以分子内或晶体内相邻两个或多个原子（或离子）间强烈的相互作用力的统称。主要有：离子键、金属键，共价键（极性共价键和非极性共价键）几个类型。离子键：指的是两个原子

4、的电负性差异非常大，而形成的化学键。金属键：是指金属原子间电负性差异不大的两个原子形成的化学键，可以看成是高度离域的共价键。共价键：是指非金属原子间电负性差异不大的两个原子之间形成的化学键。又根据两个非金属原子之间的极性的差异性，共价键又可分为极性和非极性两类。极性共价键是指两个原子的极性差有差异，非极性共价键是指两个原子的极性没有差异。2.FT-IR、Rman和xps测试都能表征分子材料的那些性质？这些测试手段的基本原理是利用分子哪些特征进行测量的？红外光谱：可以通过观察样品的红外光谱吸收峰来分析样品的化学键和官能团。主要是通过将一束具有连续波长的红外光通过样品，样品中的分子振动或

5、转动会对红外光进行吸收，通过测试其吸收光谱来分析样品的性质，可以做定性分析。拉曼光谱：可以测量物质的物质种类，化学键以及官能团，以红外光谱进行互补。主要是将一束光照射在样品表面，由于分子的振动和转动会对入射光产生散射，可以通过对其中的非弹性散射光进行处理，制成拉曼光谱，即可对样品的性质进行分析。X光电子能谱分析：是一种表面分析方法，可以分析样品表面的元素含量与形态，而不是样品整体的成分，其信息深度约为3-5nm。主要是通过对样品发射一定能量的X光照射到样品表面，样品受到激发产生光电子，并对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成，可以做定性分析和半定量分析以及价态分析。3

6、.什么是价电子对互斥理论？该理论有哪些应用？价层电子对互斥理论的基础指的是分子或离子的几何构型主要决定于与中心原子相关的电子对之间的排斥作用。该电子对既可以是成键的，也可以是没有成键的（叫做孤对电子）。其主要应用在于通过计算中心原子和配位数来预测离子、分子的几何构型。如不带孤对电子的sp2杂化为正三角形，如：BCl3，而带孤对电子的sp2杂化为V字型，如：H2O。1.什么是杂化轨道？金刚石及石墨中的碳原子采用的是哪种杂化方式？在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。金刚石：sp3；石墨：s

7、p22.什么是石墨烯？石墨烯和氧化石墨烯在结构和性质上都有哪些差别？试从分子共轭和碳原子杂化轨道等角度进行分析？石墨烯是指碳原子都是以sp2杂化的形式与其它碳原子相连接碳原子通过紧密排列形成的具有六元环网状结构的二维平面点阵，是目前所发现的最薄的二维材料。具有很好的导电性，但是亲水性较差，在水中容易团聚。氧化石墨烯仍保持石墨烯的层状结构，但是在石墨烯表面引入了许多氧基功能团，这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。其导电性较差，但是亲水性较好