基礎(chǔ)量子化學(xué)與應(yīng)用

前言

　　自1997年，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院開始進(jìn)行面向21世紀(jì)的化學(xué)教育改革試點，首先參考了國內(nèi)外高校的先進(jìn)化學(xué)教育方案，設(shè)計了一套創(chuàng)新的教學(xué)計劃和課程體系，優(yōu)化的化學(xué)課程設(shè)置體例如下?！　〈髮W(xué)本科一年級第一門啟蒙課程“化學(xué)概論”，即國際高校通行的General Chemistry，過去此課程名稱錯譯為“普通化學(xué)”，在當(dāng)前改革大潮之際，應(yīng)及時加以糾正。經(jīng)征求教育部高教司的同意，正式定名為“化學(xué)概論”。這門課程的教學(xué)目的是：以概論的形式向?qū)W生講授化學(xué)學(xué)科的科學(xué)屬性，它在科學(xué)體系中的地位及其與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，它在人類社會中對人類生活與生產(chǎn)的作用與意義；本學(xué)科的發(fā)展歷程和它在當(dāng)代的發(fā)展形勢，特別是它的分支學(xué)科與邊緣交叉學(xué)科在進(jìn)入新世紀(jì)的發(fā)展趨勢，它對支持人類社會可持續(xù)發(fā)展中的重要作用；本學(xué)科的教學(xué)計劃和培養(yǎng)目標(biāo)，對學(xué)生的要求等等。本課程是一門學(xué)科概貌的引論課，是高中化學(xué)與大學(xué)化學(xué)溝通的橋梁課，既是通才教育課，又是素質(zhì)教育課，同時也是本門學(xué)科基礎(chǔ)知識講授課，教書育人，多種任務(wù)并舉。采用的主教材是申泮文主編的《近代化學(xué)導(dǎo)論》（高等教育出版社，2002）。

內(nèi)容概要

　　《基礎(chǔ)量子化學(xué)與應(yīng)用》共13章，分二三個部分，第1～5章為基本原理及定性部分；第6～10章為定量部分；第11～13章為專題。在化學(xué)鍵理論中討論了共價鍵、配價鍵、金屬鍵的多種模型，對獲Nobel獎的“前線軌道理論、量子化學(xué)計算方法中的從頭計算法和密度泛函法”作了重點介紹，同時也介紹了IR、uV、NMR、EsR等光譜的基礎(chǔ)。書中安排了應(yīng)用Gaussian程序的上機計算內(nèi)容，還討論了化學(xué)反應(yīng)速率、固體量子化學(xué)及分子工程學(xué)中量子化學(xué)的作用?！　　痘A(chǔ)量子化學(xué)與應(yīng)用》可作為高等學(xué)?；瘜W(xué)、化工專業(yè)本科高年級學(xué)生及非物理化學(xué)研究生的教材，也可作為相關(guān)々業(yè)學(xué)生及技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

　　劉靖疆，1934年生于天津。1955年畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)系。長期以來從事結(jié)構(gòu)化學(xué)和應(yīng)用量子化學(xué)方面的教學(xué)和科研工作。為全國科學(xué)大會集體獎技術(shù)骨干；還曾獲得部級科技二等獎，譯著各一部，論文五十余篇。現(xiàn)為南開大學(xué)教授。

書籍目錄

第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ)一、基本假設(shè)1.假設(shè)I——狀態(tài)函數(shù)和概率2.假設(shè)Ⅱ——力學(xué)量與線性Hermite算符3.假設(shè)Ⅲ——本征態(tài)和本征值4.假設(shè)Ⅳ——平均值5.假設(shè)V——態(tài)隨時間變化的Schrodinger方程6.示例二、算符1.算符的相等2.算符的加法和乘法3.算符的對易4.線性算符5.算符的本征值與本征函數(shù)6.Hermite算符三、力學(xué)量同時具有確定值的條件四、不確定性原理五、Pauli原理六、Hellmann-Feyman定理七、維里定理八、簡單體系的精確解1.一維空間的自由粒子2.一維方勢阱3.一維諧振子4.粒子在有心力場中的運動5.雙原子分子的轉(zhuǎn)動6.小結(jié)九、Dirac符號1.內(nèi)積2.共軛線性算子3.單位算子4.矩陣元5.態(tài)及矩陣元的時間變率第二章 變分法與Hiickel分子軌道法一、變分法1.原理2.氦原子基態(tài)二、線性變分法三、HMO的基本原理1.假定2.舉例3.雜原子的引入四、具有重復(fù)單元分子的HMO——差分方程法1.多烯烴2.環(huán)多烯烴3.環(huán)烯烴的芳香性五、體系的處理1.LCB0近似2.LCA0方法第三章 定態(tài)微擾法與微擾分子軌道法一、定態(tài)微擾理論1.無簡并情況下的一級微擾2.無簡并情況下的二級微擾3.簡并情況下的微擾4.類氦離子的基態(tài)5.氫原子的Stark效應(yīng)二、PMO法1.庫侖積分β的改變對分子軌道的影響2.共振積分β的改變對分子軌道的影響三、PMO關(guān)于芳香性的討論四、廣義微擾理論1.分子間的一級微擾2.分子間的二級微擾3.廣義微擾理論第四章 化學(xué)鍵理論一、化學(xué)鍵二、共價鍵理論1．共價鍵的兩種模型2．價鍵理論3．分子軌道和定域化σ鍵4．共價的新定義與nxcπ格式5．價鍵理論與分子軌道理論在全組態(tài)意義下的統(tǒng)三、配價鍵理論1．晶體場理論2．分子軌道理論3．應(yīng)用示例：對稱禁阻反應(yīng)的解禁四、金屬鍵理論1．自由電子理論2．價鍵理論五、分子力學(xué)1．分子力場2．分子間作用力場3．近期開發(fā)出的力場第五章 前線軌道理論一、前線軌道理論概述1．原始的前線軌道理論2．前線軌道的相互作用3．應(yīng)用示例二、游離基反應(yīng)的前線軌道理論1．親核和親電游離基2．氫和鹵原子的奪取3．向雙鍵的加成反應(yīng)三、光化學(xué)反應(yīng)的前線軌道理論1．光化學(xué)反應(yīng)的前線軌道相互作用2．光化芳香取代反應(yīng)3．烯烴的二聚4．胸腺嘧啶的光致二聚四、微擾理論結(jié)果1．估算反應(yīng)性的前線軌道方程2．離子反應(yīng)3．雙烯加成的定向選擇性五、FMo的應(yīng)用范圍六、相互作用前線軌道第六章 群論簡介一、群論基礎(chǔ)1．定義2．乘法表3．基在群元素作用下的變換二，群表示理論與特征標(biāo)1．群的矩陣表示2．不可約表示與可約表示3．特征標(biāo)三、對稱匹配函數(shù)1．波函數(shù)作為不可約表示的基2．投影算符3．對稱匹配函數(shù)的構(gòu)造四、久期行列式的簡化1．積分值的判斷2．久期行列式的簡化五、關(guān)于群的補充知識1．群元素的類2．子群3．廣義正交定理4．有關(guān)不可約表示的幾個規(guī)則5．直積表示六、晶體場中中心原子的能級分裂1．原子軌道構(gòu)成三維旋轉(zhuǎn)群不可約表示基2．晶體場中的能級分裂七、分子振動1．簡正坐標(biāo)2．分子振動可約表示特征標(biāo)；（R）的計算及分析3．對稱坐標(biāo)的生成4．利用簡并度判斷結(jié)構(gòu)對稱性八、位置群與商群l_位置群分析2．商群分析九、置換群1．置換與置換群2．輪換和對換3．共軛類與分割4．Young表5．基函數(shù)附錄化學(xué)上重要對稱群的特征標(biāo)表第七章 角動量一、角動量一般理論1．軌道角動量算符2．軌道角動量的對易關(guān)系二、原子的中心場近似三、自旋角動量1．實驗基礎(chǔ)2．自旋算符和自旋波函數(shù)3．自旋多重態(tài)4．自旋算符與波函數(shù)的矩陣表示四、角動量耦合五、自旋一軌道相互作用六、自由的復(fù)雜原子1．組態(tài)及譜項2．波函數(shù)3．電子相互作用七、配體場中的離子1．弱場情況2．強場情況八、核自旋耦合與NMR1．兩個自旋1/2等同核的體系2．兩個自旋1/2非等同核的體系九、核與電子自旋耦合及ESR1．超精細(xì)分裂2．有機π自由基的ESR第八章 量子化學(xué)計算方法一、原子軌道線性組合的分子軌道法1．Hartree-Fock-Roothaan方程2．從頭計算法3．模型勢方法4．經(jīng)驗與半經(jīng)驗方法二、密度泛函理論1．泛函與變分知識準(zhǔn)備2．Thomas-Fermi模型3．Hohenberg-Kohn引理4．：Hohenberg-Kohn定理5．Kohn-Sham方案6．廣義梯度近似7．離散變分的密度泛函理論8．應(yīng)用示例三、Xa方法1．方法概要2．應(yīng)用示例四、電子相關(guān)性1．組態(tài)相互作用法2．Mller-Plesset微擾法3．密度函數(shù)方法五、大分子體系的量子化學(xué)計算方法進(jìn)展1．定域分子軌道法2．線性標(biāo)度半經(jīng)驗量子化學(xué)方法上機實習(xí)1．標(biāo)準(zhǔn)幾何模型2．計算題第九章 含時微擾與光譜躍遷一、含時微擾二、Einstein吸收和發(fā)射系數(shù)三、躍遷矩四、氫原子的選擇定則五、簡諧振子的選擇定則六、多原子分子的電子光譜1．Fran：k-Condon原理2．多原子分子電子光譜概況3．電荷轉(zhuǎn)移躍遷七、躍遷概率的群論討論1．原則表述2．電子光譜3．振動光譜八、旋光性與圓二色性譜第十章 量子統(tǒng)計力學(xué)概述一、三種統(tǒng)計系綜二、三種統(tǒng)計法1．Bose-Einstein統(tǒng)計法2．Fermi-Dirac統(tǒng)計法3．Maxwell-Boltzmann統(tǒng)計法4．理想氣體的：Boltzmann統(tǒng)計三、應(yīng)用示例1．橡膠的高彈性2．金屬中自由電子對熱容的貢獻(xiàn)3．光的黑體輻射4．固體熱容5．超導(dǎo)電性與超流動性第十一章 化學(xué)反應(yīng)速率一、過渡狀態(tài)理論1．基本假定2．Eyring公式3．幾點討論和發(fā)展二、勢能面1．若干實例2．幾個基本概念3．溶劑效應(yīng)三、內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)四、微觀反應(yīng)機理的實驗結(jié)果1．紅外化學(xué)發(fā)光法2．激光誘導(dǎo)熒光法3．交叉分子束五、分子的碰撞截面1．反應(yīng)碰撞截面2．勢能線膺相交與魚叉機理3．反應(yīng)截面與速率常數(shù)六、反應(yīng)散射的量子理論1．散射矩陣2．Lippmann-Schwinger方程3．Born近似4．重疊法第十二章 固體量子化學(xué)一、空間群二、倒易晶格1．晶格周期性2．倒易晶格具有晶格同樣的點群3．Brillouin區(qū)三、Bloch函數(shù)1．Bmrn-vonKarmann循環(huán)邊界條件2．平移對稱性3．Bloch函數(shù)四、時間反演與Kramers簡并五、能帶結(jié)構(gòu)與態(tài)密度l_能帶結(jié)構(gòu)2．態(tài)密度六、固體量子化學(xué)計算方法1．晶體軌道法2．分子簇法1．簡正坐標(biāo)表示的經(jīng)典Htamilton2．Hamilton算符的二次量子化表示3．粒子數(shù)表象八、電子一聲子相互作用與電阻九、離子晶體的鐵磁性十、低維固體及其電性質(zhì)1．Peierls不穩(wěn)定性2．孤子十一、高溫超導(dǎo)體1．AxC602．氧化物超導(dǎo)體第十三章 量子化學(xué)與分子力學(xué)在分子設(shè)計及分子工程學(xué)中的應(yīng)用一、藥物設(shè)計1．間接藥物設(shè)計2．直接藥物設(shè)計3．成功例證二、非線性光學(xué)材料1．無機倍頻晶體2．有機非線性光學(xué)材料三、超硬材料的設(shè)計與合成四、高能密度材料的理論探索1．氮原子簇2．（CH）8-nNn型化合物3．環(huán)五甲撐五硝胺4．多異氰基立方烷五、緩蝕劑1．緩蝕機理探討2．新緩蝕劑的設(shè)計與合成六、麝香香氣的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1．麝香香氣化合物的結(jié)構(gòu)類型2．麝香香氣產(chǎn)生的分子作用模型3．硝基麝香的作用模型七、電致發(fā)光材料附錄1．基本常數(shù)及換算因子2．Gaussian98程序使用簡介

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