金庸小说里有句话说的霸气：“武林至尊，宝刀屠龙，号令天下，莫敢不从“，霸道的说出了屠龙宝刀神挡杀神佛挡杀佛的威猛。而在化学ia中，无坚不摧却少有人知的屠龙宝刀，非Modeling&Simulation(计算化学)莫属。
在IB官网的化学IA部分，明确写明可以使用Modelling&Simulation，也就是计算化学，如此屠龙宝刀，却鲜有人尝试。
为什么这么说呢？
首先，IA要的是探索性创新性。可是单凭中学阶段的知识，在实验室里几乎是不可能做出来吸引人眼球的东西的，只有老师自己都不怎么见过的计算模拟可以让人眼前一亮，从而拿到高分。
其次，IA是要深挖原理的，中学阶段那些内容大家都会，能用来写IA的无非就是thermal chemistry和reaction rate以及titration很难写出差异性，只有在计算化学的角度，才能引入较为深刻的bonding概念和molecular geometry概念，从而与众不同。
最后，学校的实验室资源往往有限，很多实验难以开展，不受这个限制的只有Data base和Modelling&Simulation，但是前者却也有很大的问题：找不到数据啊，就算找得到，很多数据库收费的啊。而根据第一性原理计算的Modelling&Simulation，也就是计算化学，既不需要数据，也不需要实验室，方便快捷。
那么，既然这把宝刀如此锋利，为什么几乎没有人选呢？
答案是：会的人太少了。计算化学入门门槛非常高，既需要会代码，又需要懂原理，还需要看得懂跑出来的数据，这谁顶得住啊。
为了让这把快刀能够造福千家万户的苦难学生，犀牛的唐一凡老师今天就来手把手教大家怎么用计算化学做IA。
唐老师已经将题目定好了：
Research on the changing trend of molecular geometry of compounds formed with hydrogen,of elements from C to O and its explaination ,on the basis of modelling&simulation.(基于计算机模拟研究从C到O的氢化物的分子构型的变化趋势)Research on the changing trend of molecular geometry of compounds formed with hydrogen,of elements from C to O and its explaination ,on the basis of modelling&simulation.(基于计算机模拟研究从C到O的氢化物的分子构型的变化趋势)
Python作为一款近乎全能的编程语言，甚至可以进行计算化学编程。在python的众多库里面，有一个库叫pyscf，可以做很多化学方面的计算，在本次演示中我们使用的功能为计算H2O的molecular geometry。
什么？你说你不会编程？那当然了，要是连编程都会了你岂不是和唐老师一样厉害了（此处唐老师传来自恋的笑声）唐老师透露了一个小Tips：pyscf有现成代码的，在官网上即可查询到！
咱们使用的功能分别是input parsing 和 geometric optimization。具体原理是先输入一个不太合适（也就是能量太高了）的H2O分子的三原子坐标，再通过一步步优化，得到能量最低的状态对应的原子坐标，也就是最稳定的molecular geometry。
唐老师在这里已经编好了一套程序，同学们可以作为参考学习：
👉在这幅图里面，初始的O坐标为（0.0.0）H坐标分别为（0.1.0）和（0.0.1）。最后一行代码的意思是求能量最小状态对应的坐标。
👉然后使用python3来运行这个文档
👉得到了最后的结果：能量最低状态对应的原子坐标
👉最后，再利用数学方法，就可以求出bond angle 和 bond length咯。值得注意的是，这里的一个长度单位是100pm。
于是，我们就通过计算化学的方法得到了H2O的分子构型，再换几个分子，比如CH4，NH3，就得到了好几个分子的充足数据，然后研究一下它们的变化规律，比如从CH4到H2O的bond angle是上升了还是下降了，bond length是增长了还是变短了，最后再根据课本上的知识进行解释即可。
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