Question

为什么我做出来的核密度图的纵坐标取值大于1

Answer 1

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，致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而来，真实地、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。

我们如果仅看分子轨道图、电子密度图，象上面的HF分子的σ键电子密度图，它是据HF分子第3个MO即σ键作的电子密度图，它们那么浑圆、憨厚、质朴，很难看出什么。它是一片云，难察其意。而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。

如从上面的HF分子的σ键电子密度差图Δρ，并参照MO系数来看,这个σ键可以分析为三个内含：

第一、原子以基组形式参与成键，这基组或者可以看作是广义的杂化。
对于成键来说，基组一方面是为了弥合不同AO的波形的差距，融合成平滑、完整、统一的MO，另一方面是为了应对键间电子向键轴的聚集、收缩和原子之间的电子转移。
基组不仅是计算需要的一组数学表达式，当它们分配了系数、安排了电子，它就形成了一个新的广义杂化的空间AO，是具有能级值或说是电负性的，是有确定物理意义的，它是成键电子的载体、基础。

第二、电子在不同电负性原子之间转移。
从HF分子Δρ图可以清楚地看到，H缺失了大量的电子，导致电负性升高；F增加了大量的电子，导致电负性降低，直至二者电负性相等、均衡。
有趣的是，通常说sp杂化，用增大的一瓣去成键以增大重叠能力。但在HF中，MO的基组中s、p却是反位相的杂化，即HF以缩小的一瓣去成键，而用增大的一瓣去装转移过来的过多电子，这转移电子妥善安排在离键区远的外面集结。

第三、电子向键中间中移。
从HF分子Δρ图看，在H和F之间也有明显的电子聚集。这是人所共知的成键的关键表征。

此外，这种电子往键中间聚集、形成对二核的屏蔽加强，会减小原子核之间的排斥力，有利于降低体系的总体能量。

然而，所有上面这一些图形功能，单从gs03 cube并不能直接、方便地得到。

对于G03来说，它的cubegen是能作density和Orbitals等的空间格点的。
但是它的density（ρ）只是全分子的，分子的所有MO的电子密度加和，还自然包含分子中的1S、2S轨道，用图形展示出来是一个圆滚滚的样子，很难说明什么，也不利作密度差。

我们常常需要考察的是分子成键的单个特定的MO（或者孤对电子MO等）。
而G03的cubegen不能作某个MO的ρ，将某个MO的cube输入到cubman也不能作平方运算作成ρ，因为cubman缺少平方运算。

而且cubegen的空间数值格点输出文件，是没有坐标的。它的坐标隐含在输出文件的开始部分：空间网格每个边的格点数、空间格点的起始点、格点间隔。除了与其配套的软件外，其它软件很难用这个数据加工或作图。

Sobereva 博士专门开发的gsgrid程序就是为解决上述问题制作的，它把格点文件的数据提取出来，附上每个数据点的坐标。可以选取指定的XY/YZ/XZ平面，得到这个平面上的数据点以便做等值线图（MO图、ρ图），或对数据进行各种运算加工（作平方、作差值等），然后再作等值线图（Δρ图）。
gsgrid程序附有详细的使用说明，一看就会。

而进入高超的sigmaplot中作等值线，更是功能强大、得心应手！