21世紀高等院校教材·量子化學基礎

《量子化學基礎》介紹量子化學原理及其套用。全書共11章，內容包括：量子力學基礎及簡單套用；普通原理和定理，主要介紹變分法、Hellmann-Fcynman定理、virial定理；定態微擾方法及其套用；角動量，主要介紹軌道角動量、自旋角動量、角動量的耦合與引入光譜項的原因；群論簡介；含時微擾方法與量子躍遷；自治場方法，主要介紹HF方程與HFR方程；電子相關；密度泛函理論；布居數分析和頻率分析，主要介紹不同類型的布居數分析、熱力學函式、過渡態的計算方法；量子化學的計算方法，主要介紹從頭計算法。書中用。號標記的章節可作為選講內容。《量子化學基礎》可作為高等院校化學、化學工程與工藝、材料化學、生物化學等專業高年級本科生和研究生教材，也可供有關科研人員參考。

基本介紹

• 書名：21世紀高等院校教材•量子化學基礎
• 類型：科學與自然
• 出版日期：2010年1月1日
• 語種：簡體中文
• ISBN：7030263243, 9787030263247
• 作者：夏少武 夏樹偉
• 出版社：科學出版社
• 頁數：355頁
• 開本：16
• 品牌：科學出版社

內容簡介

《量子化學基礎》是由科學出版社出版的。

圖書目錄

前言

外文-中文人名對照表

第一章 量子力學基礎及簡單套用

第一節 量子力學誕生的實驗基礎與基本概念的引出

一、能量量子化與光的波粒二象性

二、實物粒子的波動性假設與實驗證實

第二節 量子力學基本假設I——波函式及其意義

一、第一假設——波函式

二、波函式的統計解釋

三、不確定關係

第三節 量子力學基本假設Ⅱ——Schr6dinger方程

一、SchrOdinger 方程

二、定態SchrOdinger方程

三、定態波函式的性質

第四節 量子力學基本假設Ⅲ——力學量的算符表示

一、第三假設——力學量的算符表示

二、IIermite算符的本徵函式與本徵值

三、完備共同的本徵函式系

第五節 量子力學基本假設Ⅳ——力學量平均值

第六節 量子力學基本假設V——全同性原理

一、第五假設——全同性原理

二、Pauli不相容原理

第七節 簡單套用

一、一維諧振子

二、隧道效應與套用

習題

第二章 普通原理和定理

第一節 變分法

一、基態變分原理

二、激發態變分原理

三、線性變分法

四、HMO法

第二節 Hellmann-Feynman定理

一、微分H—F定理

二、H—F靜電定理

三、積分H—F定理

四、舉例

第三節 量子力學的virial定理

一、含時力學量

二、Euler定理

三、virial定理

四、virial定理對原子體系的套用

五、virial定理對分子體系的套用

六、virial定理與化學鍵

第四節 么正變換與Dirac符號

一、么正變換(酉變換)

二、Dirac符號

習題

第三章 定態微擾方法及其套用

第一節 定態非簡併微擾方法

一、基本方程組

二、非簡併的一級微擾

三、氦原子基態能量的計算

第二節 定態簡併微擾方法

第三節 微擾分子軌道法

一、基本原理

二、分子內微擾

三、分子間微擾

第四節 反應活性的微擾理論

一、反應活性微擾理論的基本原理

二、普遍化的微擾方程和化學反應

習題

第四章 角動量

第一節 軌道角動量

一、軌道角動量算符

二、軌道角動量的對易關係

三、軌道角動量算符的本徵方程

四、l2、l2與H相互對易

五、軌道角動量與磁矩

第二節 電子的自旋

一、電子自旋的早期實驗基礎和特點

二、電子自旋算符與本徵值

三、自旋軌道

四、自旋波函式與自旋本徵函式

五、兩個電子體系的自旋本徵函式

第三節 角動量耦合

一、總角動量算符及其規則

二、總角動量平方算符J2的本徵值與總角動量z分量算符J：的本徵值

三、總角動量量子數j的可能取值

第四節 多電子原子中的相互作用

一、多電子原子中作用的分類

二、電子相關能

三、剩餘Coulomb作用

四、電子自旋一軌道相互作用

第五節 原子的量子態與光譜項

一、電子組態與原子量子態

二、原子的各種總角動量量子數

三、L-S耦合與j-j耦合

四、原子光譜項

習題

第五章 群論簡介

第一節 群的定義與分子點群

一、群的定義

二、分子點群

第二節 群的基本概念

一、群的乘法表

二、子群

三、共軛元素與類

四、同構

第三節 群的表示

一、矩陣

二、對稱操作的矩陣表示

三、點群的表示

四、特徵標

五、不可約表示的性質與可約表示的約化

六、套用舉例

七、循環群的表示

第四節 群論與量子化學

一、波函式作為不可約表示的基

二、投影算符

三、表示直積與積分值的判斷

第五節 簡單套用

一、在HMO法中的套用

二、在配位場理論中的套用

習題

第六章 含時微擾方法與量子躍遷

第一節 含時微擾方法與躍遷機率

第二節 Einstein的輻射理論

第三節 電偶極躍遷周期微擾

一、發生明顯躍遷的頻率

二、體系吸收光子的情況，Amk與Bkm的計算

三、體系受激發射光子的情況

四、激發態的平均壽命與能級寬度

第四節 選擇定則與原子光譜選擇定則

一、選擇定則概述

二、原子光譜的選擇定則

第五節 分子光譜的選擇定則

一、雙原子分子轉動光譜的選擇定則

二、雙原子分子振動光譜的選擇定則

三、電子光譜的選擇定則

四、Franck_(~ondon原理與雙原子分子電子振動躍遷的選擇定則

第六節 套用群論討論分子的電子光譜躍遷

一、反一丁二烯

二、甲醛

習題

第七章 自洽場方法

第一節 原子的HF自洽場方法

一、原子體系的Hartree方程及其解

二、原子體系的HF方程

第二節 自洽場分子軌道法

一、原子單位

二、分子軌道法在物理模型上的三個近似

三、閉殼層分子的HF方程

……

第八章 電子相關

第一節 電子相關作用

第二節 組態、Nesbet定理和大小一致性

第三節 組態相互作用

第四節 多組態自洽場

第五節 Mtiller-Plesset微擾法

第六節 耦合簇理論

第七節 幾種計算相關能方法的比較

習題

第九章 密度泛函理論

第一節 Thomas—Fermi方法

第二節 Hohenberg-Kohn定理

第三節 Kohn-Sham方法

第四節 局域密度近似和廣義梯度近似

第五節 雜化方法

第六節 自相互作用

習題

第十章 布居數分析和頻率分析

第一節 Mulliken布居數分析

第二節 自然軌道、自然布居數分析

第三節 簡正坐標和頻率分析

第四節 熱力學函式

第五節 過渡態

習題

第十一章 量子化學的計算方法

第一節 半經驗法

第二節 從頭計算法

第三節 Xa方法

習題

主要參考文獻

附錄

附錄Ⅰ 基本物理常數

附錄Ⅱ能量單位換算

附錄Ⅲ常見對稱群的特徵標表

序言

目前，化學仍然是一門實驗科學。但是，人們一直在探究發生化學反應的原因是什麼，實驗中的一些現象如何解釋，判斷所得產物的根據是什麼，一些經驗規律的內在原因是什麼。這就是說，化學需要從經驗上升到理論，需要理論指導實驗。
要建立化學理論，必須找出化學反應的共性特徵。由於化學反應種類的多樣性，不同的化學反應有不同的特點。找出化學反應的共性特徵，提出化學理論，是化學工作者多年來追求的方向。
量子力學是研究微觀粒子運動規律的理論基礎，是在20世紀初到20年代建立起來的，並很快就套用到化學中來：1927年，Heitler和L.ondon用量子力學研究氫分子，為價鍵理論的建立打下了基礎；20世紀30年代，Milliken和Slater等提出分子軌道理論；50年代以來，計算機的出現和發展促進了計算方法的發展，加強了結構與性質關係的研究……量子化學就這樣形成了。量子化學是用量子力學研究化學問題的科學。
從量子化學角度看，化學反應是原子核重新排布的過程，化學作用主要是原子核與外層電子以及電子之間的作用，量子化學抓住化學作用這一內在的共性特徵，分析、解釋物質的化學穩定性與分子結構及性質的關係，提出化學反應的量子理論，進而指導化學實驗工作。
當前量子化學廣泛套用於化學各分支領域中，如無機化學、有機化學、分析化學、高分子化學、生物化學、材料化學等。隨著高速電子計算機的普及，人們已經能夠對一些複雜分子進行計算，進一步了解了結構與性質的關係。
概括來說，量子化學使人們能夠從微觀水平描述化學作用。對於一些當前實驗難以測定的反應過渡態、中間體，通過計算可得到電子結構、幾何結構，進而有助於確定反應機理，解釋實驗結果。由此可見量子化學的重要性。
當然，量子化學也有一定的局限性，它不是人類追求的最終真理。量子化學當前還存在一定的困難，如缺乏預言能力、對於較大分子體系的計算採用過多的近似等，隨著量子理論的發展，量子化學理論會逐步建立和完善。有志於發展化學理論的人，應把量子化學作為一個階梯，沿著這個方向繼續前進。
基本概念與原理是學習量子化學的難點。人們習慣於根據已有的知識和經驗去思考新問題、分析新現象，這種邏輯思維方法有一定的合理性，但也存在著束縛人們思維的不利方面。這種束縛經常是習慣性的，因而不易擺脫。量子化學初學者從Newton力學過渡到量子力學，必須善於擺脫Newton力學的束縛，深入到微觀物質世界領域，接受量子化學概念與原理，建立起量子理論觀點，用以分析化學問題、解釋實驗結果。
學習量子化學的另外一個難點是數學公式較多。但就本書而言，沒有較深的數學知識，只要學過高等數學以及線性代數的基礎知識，再了解幾個特殊函式就可以閱讀本書。讀者一看見較複雜的數學公式，就認為是多難的數學問題，其實只是常見的微積分。