量子化學(xué)基礎(chǔ)

前言

量子化學(xué)是一門理論基礎(chǔ)課。由于理論性很強(qiáng)，很抽象，很多學(xué)校都刪減了這門課或縮短了學(xué)時(shí)。但是對(duì)于打算深造的一些本科拔尖學(xué)生和碩士研究生，這門課對(duì)于他們將來的科研工作是必不可少的。一直以來，我們堅(jiān)持對(duì)研究生進(jìn)行量子化學(xué)基礎(chǔ)必修課教學(xué)和本科生的選修課教學(xué)。為了能夠提高教學(xué)效果，我們集合多本量子化學(xué)相關(guān)教材的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合編者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研經(jīng)驗(yàn)，對(duì)量子化學(xué)方向的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了整合，在更加突出基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，加入了目前計(jì)算化學(xué)中常用的密度泛涵理論和分子模擬，并增加了量子化學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)即第11章“量子化學(xué)應(yīng)用實(shí)例”，這些以量子化學(xué)為基礎(chǔ)的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)引入，突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，能有效增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)提高學(xué)習(xí)效果很有幫助。本書共分11章，內(nèi)容包括量子力學(xué)基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單體系的量子力學(xué)精確解、電子自旋和Pauli原理、近似方法、分子點(diǎn)群與群論初步、原子光譜項(xiàng)和雙原子分子光譜項(xiàng)、自洽場(chǎng)分子軌道理論、價(jià)鍵理論、密度泛函理論、分子模擬和量子化學(xué)應(yīng)用實(shí)例。其中每一章都配有課后思考題和習(xí)題。本書分工如下：第1、4、6、9、11章，以及前言和附錄由楊照地（哈爾濱理工大學(xué)）編寫；第2、7、8、10章由孫苗（哈爾濱理工大學(xué)）編寫；第3、5章由苑丹丹（東北石油大學(xué)）編寫；張桂玲教授對(duì)本書進(jìn)行了統(tǒng)稿和主審。在編寫過程中還得到了劉波教授和張輝教授多方面的支持和指導(dǎo)，在此一并表示感謝。限于編者的水平，書中難免有一些疏漏不當(dāng)之處，誠摯希望讀者指正，以便再版時(shí)得以更正。編者2011年8月

內(nèi)容概要

　　本書共分十一章，內(nèi)容包括量子力學(xué)基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單體系的量子力學(xué)精確解、電子自旋和Pauli原理、近似方法、分子點(diǎn)群與群論初步、原子光譜項(xiàng)和雙原子分子光譜項(xiàng)、自洽場(chǎng)分子軌道理論、價(jià)鍵理論、密度泛函理論、分子模擬、量子化學(xué)應(yīng)用實(shí)例。
　　本書是作者從事量子化學(xué)教學(xué)和科研工作的總結(jié)，可作為綜合性大學(xué)、高等師范院?；瘜W(xué)專業(yè)碩士研究生必修課或本科生選修課教學(xué)用書，也可作為其他專業(yè)研究生的選修課用書或供從事相關(guān)專業(yè)的科技人員參考。

書籍目錄

第1章量子力學(xué)基礎(chǔ)
1.1量子論的誕生
1.1.1黑體輻射——Planck的量子假說
1.1.2光電效應(yīng)——Einstein的光子學(xué)說
1.1.3氫原子光譜——Bohr的原子結(jié)構(gòu)理論
1.2實(shí)物粒子的波粒二象性和不確定關(guān)系
1.2.1de Broglie波
1.2.2de Broglie波的統(tǒng)計(jì)解釋
1.2.3不確定關(guān)系
1.3波函數(shù)與Schr.dinger方程
1.3.1波函數(shù)
1.3.2Schr.dinger方程
1.4算符及其性質(zhì)
1.4.1算符的概念
1.4.2算符代數(shù)及對(duì)易
1.4.3線性算符
1.4.4Hermite算符
1.5本征函數(shù)的性質(zhì)
1.5.1本征方程和本征函數(shù)
1.5.2Hermite算符本征函數(shù)的本征值
1.5.3簡(jiǎn)并本征函數(shù)的線性組合和態(tài)疊加原理
1.5.4Hermite算符非簡(jiǎn)并本征函數(shù)的正交性
1.5.5同一Hermite算符簡(jiǎn)并本征函數(shù)的正交化
1.5.6Hermite算符本征函數(shù)的完備性
1.5.7任意函數(shù)向正交歸一函數(shù)集合的展開
1.5.8平均值
1.6對(duì)易算符的本征函數(shù)
1.6.1算符對(duì)易定理
1.6.2矩陣元定理
1.7算符和力學(xué)量
1.7.1算符化規(guī)則
1.7.2不同力學(xué)量同時(shí)有確定值的條件
1.7.3動(dòng)量和坐標(biāo)算符的對(duì)易規(guī)則
1.8宇稱算符和宇稱性
1.9量子力學(xué)公設(shè)
1.10角動(dòng)量
1.10.1角動(dòng)量的經(jīng)典力學(xué)表示
1.10.2角動(dòng)量算符表示式
1.10.3角動(dòng)量算符的對(duì)易關(guān)系
思考題
習(xí)題
第2章簡(jiǎn)單體系的量子力學(xué)精確解
2.1一維空間中的自由質(zhì)點(diǎn)
2.2一維勢(shì)箱中運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)
2.3變量分離與三維勢(shì)箱中運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)
2.4一維諧振子
2.5中心力
2.6剛性轉(zhuǎn)子
2.7氫原子和類氫離子
2.7.1單電子體系的定態(tài)Schr.dinger方程
2.7.2Φ方程解
2.7.3Θ方程解
2.7.4R(r)方程解
2.7.5單電子原子的波函數(shù)
2.7.6量子數(shù)的物理意義
2.7.7氫原子基態(tài)的電子云圖示
2.7.8氫原子的波函數(shù)圖形
2.8氫分子離子的精確解
思考題
習(xí)題
第3章電子自旋和Pauli原理
3.1電子自旋
3.2Pauli原理
3.2.1全同粒子
3.2.2對(duì)稱函數(shù)和反對(duì)稱函數(shù)
3.2.3從非對(duì)稱函數(shù)構(gòu)成對(duì)稱和反對(duì)稱函數(shù)
3.2.4Pauli原理
3.3Slater行列式
思考題
習(xí)題
第4章近似方法
4.1變分法
4.1.1最低能量原理
4.1.2變分法
4.1.3變分法的擴(kuò)展
4.1.4線性變分法
4.2定態(tài)微擾理論
4.2.1非簡(jiǎn)并能級(jí)的微擾理論
4.2.2簡(jiǎn)并能級(jí)的微擾理論
4.3H+2基態(tài)的變分法與微擾法處理比較
4.3.1變分法
4.3.2微擾法
思考題
習(xí)題
第5章分子點(diǎn)群與群論初步
5.1群的概念
5.1.1群的定義
5.1.2相似變換、共軛元素和類
5.1.3群的乘法表
5.2對(duì)稱操作與對(duì)稱元素
5.3對(duì)稱點(diǎn)群
5.4矩陣表示和特征標(biāo)
5.5可約表示與不可約表示
5.5.1可約表示
5.5.2不可約表示
5.5.3可約表示的約化
5.6特征標(biāo)表
5.7直積表示的特征標(biāo)
5.8群論與量子力學(xué)
5.8.1波函數(shù)作為不可約表示的基
5.8.2投影算符與分子軌道
5.8.3矩陣元的計(jì)算
5.8.4雜化軌道
思考題
習(xí)題
第6章原子光譜項(xiàng)和雙原子分子光譜項(xiàng)
6.1原子光譜項(xiàng)
6.1.1原子的電子組態(tài)
6.1.2原子的量子數(shù)和角動(dòng)量的耦合
6.1.3原子光譜項(xiàng)
6.1.4原子光譜項(xiàng)對(duì)應(yīng)能級(jí)的相對(duì)大小
6.1.5原子能級(jí)和原子光譜的關(guān)系
6.1.6原子光譜項(xiàng)的推求
6.2雙原子分子光譜項(xiàng)
6.2.1同核雙原子分子的電子組態(tài)
6.2.2分子的電子譜項(xiàng)
6.2.3譜項(xiàng)波函數(shù)
6.2.4實(shí)例
6.2.5光譜支項(xiàng)
思考題
習(xí)題
第7章自洽場(chǎng)分子軌道理論
7.1電子態(tài)計(jì)算中的基本近似
7.1.1非相對(duì)論的分子Hamilton量
7.1.2Born.Oppenheimer近似
7.1.3軌道近似
7.2閉殼層分子的能量表達(dá)式
7.3分子軌道的自洽場(chǎng)理論
7.3.1Coulomb算符和交換算符
7.3.2Hartree.Fock方程
7.3.3Roothann方程
7.4開殼層分子
7.5從頭算方法
7.6分子軌道中的系數(shù)和集居數(shù)分析
7.7離域分子軌道和定域分子軌道
7.7.1甲烷的離域分子軌道
7.7.2甲烷的定域分子軌道
7.7.3定域MO與離域MO的關(guān)系
7.8電子相關(guān)與組態(tài)相互作用
思考題
習(xí)題
第8章價(jià)鍵理論
8.1氫分子的VB法處理
8.2VB法與MO法的比較
8.2.1MO法所得氫分子基態(tài)波函數(shù)
8.2.2VB法所得氫分子基態(tài)波函數(shù)
8.2.3分子的VB波函數(shù)與MO波函數(shù)的寫法
8.3多原子分子的VB法處理
8.3.1價(jià)鍵結(jié)構(gòu)和共振
8.3.2四個(gè)單電子原子組成的分子ABCD
8.3.3參量化
8.4水分子的VB處理
8.5共振能
思考題
習(xí)題
第9章密度泛函理論
9.1Thomas.Fermi模型
9.2Hohenberg.Kohn定理
9.3Kohn.Sham方法
9.4HF方法與DFT方法的能量比較
9.5含時(shí)密度泛函理論
思考題
習(xí)題
第10章分子模擬
10.1力場(chǎng)
10.1.1力場(chǎng)作用項(xiàng)的一般式
10.1.2比較常見的力場(chǎng)
10.2分子力學(xué)
10.2.1分子力學(xué)的算法
10.2.2優(yōu)化中要注意的幾點(diǎn)問題
10.2.3分子力學(xué)的應(yīng)用
10.3分子動(dòng)力學(xué)
10.3.1積分方法
10.3.2初始化
10.3.3粒子受力的計(jì)算
10.3.4分子動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用
思考題
習(xí)題
第11章量子化學(xué)應(yīng)用實(shí)例
11.1Gaussian運(yùn)行指南：輸入和輸出
11.1.1Gaussian03輸入文件
11.1.2分子幾何的輸入
11.1.3關(guān)鍵詞(Key Words)
11.1.4輸出文件
11.2單點(diǎn)能的計(jì)算
11.2.1甲醛單點(diǎn)能的計(jì)算
11.2.2預(yù)測(cè)甲烷分子的NMR屏蔽常數(shù)
11.3幾何優(yōu)化
11.4頻率計(jì)算
11.5激發(fā)態(tài)
11.5.1CIS方法及乙烯激發(fā)態(tài)的計(jì)算
11.5.2甲醛激發(fā)態(tài)的優(yōu)化和頻率計(jì)算
11.5.3TD方法
11.6模擬化學(xué)反應(yīng)
11.6.1過渡態(tài)的優(yōu)化
11.6.2IRC計(jì)算
11.7模擬溶液中的體系
11.7.1溶液中二氯乙烷不同構(gòu)象間的能量差
11.7.2乙腈溶液中的甲醛振動(dòng)頻率
11.8QM/MM方法——ONIOM計(jì)算和應(yīng)用
習(xí)題
附錄
附錄Ⅰ一些基本的物理常數(shù)
附錄Ⅱ特征標(biāo)表
附錄Ⅲ二階線性常微分方程
附錄ⅣΔ2算符的球極坐標(biāo)變換
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：雖然分子力學(xué)的思想和方法在20世紀(jì)40年代就建立起來了，但是直到50年代以后，隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，用分子力學(xué)來確定和理解分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究才越來越多。直到這時(shí)，才可以說分子力學(xué)已成為結(jié)構(gòu)化學(xué)研究的重要方法之一。近幾年來，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分子力學(xué)方法已不僅能處理一般的中小分子，也不僅主要應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，而且能處理大分子體系。在其它的一些領(lǐng)域，如生物化學(xué)、藥物設(shè)計(jì)、配位化學(xué)中，都有了廣泛的應(yīng)用。分子力學(xué)最重要的用處是根據(jù)適合的力場(chǎng)計(jì)算分子各種可能構(gòu)象的勢(shì)能。勢(shì)能越低，構(gòu)象越穩(wěn)定，在系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾率越大；反之，勢(shì)能越高，構(gòu)象越不穩(wěn)定，在系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾率越小。其中，最重要的是找出分子勢(shì)能最低的構(gòu)象，即最穩(wěn)定的構(gòu)象。尋找勢(shì)能最低點(diǎn)的過程為能量最小化。利用能量最小化方法所得到的構(gòu)象稱為幾何優(yōu)選構(gòu)象。對(duì)復(fù)雜的分子而言，由能量最小化方法所得到的幾何優(yōu)選構(gòu)象并非一定是能量最低的構(gòu)象，必須仔細(xì)的檢查方可確認(rèn)。

編輯推薦

《量子化學(xué)基礎(chǔ)》為高等學(xué)校教材之一。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    量子化學(xué)基礎(chǔ) PDF格式下載

---