化學與應用化學研究生教學用書：量子化學 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

量子化學是理論化學的一個分支學科，是近代化學的理論基礎。它是20世紀初發展起來的量子力學與化學結閤用以研究化學問題的一門基礎科學。量子化學理論和方法的不斷發展，以及在高速電子計算機的應用，使得它不但能夠探索並預言物質的結構和功能，而且已經有可能按照需求設計具有特定性能的化學物質，從而為“分子設計”及“分子工程”奠定瞭基礎。
作為一門基礎性的並有豐富應用前景的學科，量子化學已成為一門化學和有關學科的研究生必須完成的基礎課程。經過數代師生切磋磨礪，對講課的內容與素材精益求精的追求，纔有瞭這本書。
這是一本適閤於研究生的基礎量子化學課程的教材，也可作為大學本科高年級學生學習量子化學的參考書。本書除瞭包含基礎量子化學的內容外，還特色性地設計瞭計算化學和固體量子化學章節，以將量子化學基礎知識用於實踐的演練。

作者簡介

陳光巨教授，北京師範大學博士生導師；主要從事化學反應機理、分子間弱相互作用和結構分子生物學等方麵的研究工作；主持和參加過國傢級、省部級二十餘項教學和科研項目：曾獲國傢級教學成果奬二等奬、北京市普通高校教學成果奬一等奬和二等奬、國傢教委科技進步奬三等奬：曾編寫《材料化學》《結構化學》《結構化學（晶體部分）CAI軟件》等教材；發錶學術論文八十餘篇，其中SCI女錄近五十篇。黃元河教授，北京師範大學博士生導師；主要從事大分子和低維聚閤物結構與性能關係的理論研究，探討有機和有機金屬夾心高聚物、低維晶體，富勒烯體係的一維和二維聚閤物及碳納米管，富勒烯籠構成的低聚物等的結構與性能關係，應用理論化學和凝聚態物理方法研究這些體係的電子結構、穩定性的結構特徵、相互作用本質、金屬一絕緣體相變、導電機理和超導可能性：曾獲北京市普通高校教學成果奬二等奬；發錶科研論文近八十篇，其中SCI收錄五十餘篇。

目錄

第1章 算符代數和量子力學基本原理
1.1 算符
1.1.1 基本概念
1.1.2 綫性算符與Htermite算符
1.2 Schrodinger方程
1.2.1 狀態函數和概率
1.2.2 Schrodinger方程
1.2.3 原子單位和Dirac符號
1.3 力學量算符
1.3.1 算符與量子力學
1.3.2 態的疊加原理
1.3.3 不同力學量同時有確定值的條件
1.4 量子力學基本假設
1.4.1 假設Ⅰ——波函數和概率
1.4.2 假設Ⅱ——力學量與綫性Htermite算符
1.4.3 假設Ⅲ——力學量的本徵函數和本徵值
1.4.4 假設Ⅳ——狀態隨時間變化的Schrodinger方程
1.4.5 假設Ⅴ——全同性原理與Pauli原理
思考題

第2章 簡單體係的Schrodinger方程及其解
2.1 一維諧振子
2.1.1 諧振子遵從Hooke定律
2.1.2 諧振子的Schrodinger方程及其解
2.1.3 諧振子的波函數的性質
2.1.4 諧振子解釋雙原子分子的紅外光譜
2.2 角動量
2.2.1 單粒子體係的角動量
2.2.2 角動量的階梯算符法
2.3 類氫離子
2.3.1 中心力場問題
2.3.2 雙粒子問題約化為單粒子問題
2.3.3 類氫離子的Schrodinger方程的解
2.3.4 類氫軌道
2.4 特殊算符的本徵函數和本徵值
2.4.1 宇稱算符
2.4.2 位置的本徵函數
思考題

第3章 量子力學中的兩種近似方法——變分法和微擾法
3.1 變分法
3.1.1 變分原理與變分法
3.1.2 綫性變分函數與綫性變分法
3.1.3 氦原子基態的變分處理
3.2 微擾理論
3.2.1 微擾的概念
3.2.2 非簡並能級的微擾理論
3.2.3 簡並能級的微擾理論
3.2.4 氦原子基態的微擾處理
思考題

第4章 多電子原子結構
4.1 電子自鏇、Pauli原理和Hund規則
4.1.1 電子自鏇
4.1.2 Pauli原理、Hund規則和核外電子的排布
4.1.3 Slater行列式
4.2 氦原子和鋰原子的處理
4.2.1 氦原子和鋰原子的微擾處理
4.2.2 基態氦原子和鋰原子的變分處理
4.3 Hartree-Fock自洽場方法
4.3.1 多電子體係的Hamiltonian算符和方程
4.3.2 能量錶示式
4.4 電子相關、組態與譜項、自鏇與軌道作用
4.4.1 電子相關
4.4.2 組態與譜項
4.4.3 自鏇與軌道作用
思考題

第5章 群論基礎和化學應用
5.1 群論的基礎知識
5.1.1 群的定義和群的乘法錶
5.1.2 子群
5.1.3 類
5.2 分子對稱性和對稱點群
5.2.1 對稱元素和對稱操作
5.2.2 分子對稱性
5.2.3 對稱操作的乘積和互易
5.2.4 對稱點群
5.2.5 各種分子點群
5.2.6 分子所屬點群的係統判彆方法
5.3 群錶示理論
5.3.1 與對稱操作對應的矩陣
5.3.2 同構和同態
5.3.3 群的矩陣錶示
5.3.4 等價和可約錶示
5.3.5 不可約錶示和特徵標錶
5.4 群論在化學中的應用
5.4.1 群論與量子力學
5.4.2 群論與分子軌道理論
5.4.3 群論與分子振動
思考題

第6章 雙原子分子結構
6.1 Born-Oppenheimer近似
6.2 雙原子分子中的核運動
6.3 氫分子離子的量子力學精確解和近似解
6.3.1 H+2的精確解
6.3.2 H+2的近似解
6.4 H+2的激發態的分子軌道
6.5 雙原子分子的分子軌道法
6.6 雙原子分子的價鍵法
6.6.1 氫分子的價鍵法及其與分子軌道法的對比
6.6.2 雙原子分子的分子軌道和價鍵波函數
6.7 基本定理
6.7.1 Virial定理
6.7.2 Hellmann-Feynman定理
6.7.3 靜電定理
思考題

第7章 多原子分子結構
7.1 多原子分子電子結構
7.1.1 多原子分子的分子軌道法
7.1.2 多原子分子的電子組態和譜項
7.2 多原子分子的自洽場分子軌道法處理
7.2.1 LCAO-MO近似
7.2.2 閉殼層的Hartree-Fock-Roothaan方程
7.2.3 水分子的自洽場分子軌道理論處理
7.2.4 開殼層的Hartree-Fock-Roothaan方程
7.2.5 離域分子軌道和定域分子軌道
7.3 多原子分子的價鍵理論處理
7.3.1 水分子的價鍵理論處理
7.3.2 原子價態
7.3.3 價鍵理論的進展
思考題

第8章 計算化學簡介
8.1 量子化學從頭算（ab initio）方法
8.1.1 從頭算計算的自洽場方程
8.1.2 從頭算方法中的基組
8.1.3 能量梯度和平衡幾何構型優化
8.2 半經驗分子軌道方法
8.2.1 半經驗分子軌道方法近似的理論推演
8.2.2 當代半經驗分子軌道方法成功的基礎
8.2.3 當代半經驗分子軌道方法的最新進展
8.3 密度泛函理論
8.3.1 Hohenberg-Kohn定理
8.3.2 Kohn-Sham方法
8.3.3 幾個DFT計算方法中處理交換一相關項的近似方案
8.3.4 DFT的計算和運行
8.3.5 TDDFT簡介
8.4 電子相關的計算方法簡介
8.4.1 電子相關和相關能計算
8.4.2 組態相互作用（CI）方法
8.4.3 多組態自洽場（MCSCF）方法
8.4.4 微擾理論（MP）
8.4.5 耦閤簇（CC）方法
8.5 溶劑化效應
8.5.1 PCM方法
8.5.2 基於半經驗蔔tamiltorfian的SMx方法
8.6 相對論量子化學
8.6.1 Dirac方程
8.6.2 多粒子體係的微擾處理
8.6.3 直接求解Dirac方程
8.6.4 相對論密度泛函理論
8.7 大型量子化學計算程序的使用
8.7.1 關於量子化學計算程序
8.7.2 GaLlssian程序使用：分子結構優化與性質計算
8.7.3 Gaussian程序使用：過渡態計算
8.7.4 綜閤算例：2-亞氨基丁烷穩定構象及其異構化研究
思考題

第9章 基礎固體量子理論簡介
9.1 引言
9.2 周期場的電子狀態
9.2.1 倒格子空間（κ空間）和Brillouin區
9.2.2 Bloch定理
9.2.3 周期性勢場的電子運動
9.2.4 幾個重要的概念
9.3 周期性場的晶體軌道法處理
9.3.1 原子軌道綫性組閤晶體軌道（LCAO-MO）
9.3.2 一些典型體係的簡單晶體軌道法處理
9.3.3 自洽場晶體軌道法簡介
9.4 一維導體的金屬一絕緣體相變（Peierls相變）
思考題
參考文獻
附錄1 笛卡兒坐標與球坐標之間的變換關係
附錄2 積分錶
附錄3 特徵標錶

前言/序言

　　20世紀20年代中期建立的量子力學，可視為物理學乃至自然科學的最重要的成就之一。緊接其後Heiltler和London用量子力學方法對氫分子的成功處理，則可視為量子化學的誕生。至今的八十餘年，量子化學走過瞭從被傳統化學傢排斥、疑惑，到半信半疑、以至姑妄信之，直到今天的精確的量子化學計算結果被實驗化學傢奉為圭臬的麯摺而又不乏光彩的難忘曆程。今天的量子化學，結閤使用高速發展的計算機的軟硬件而衍生的計算化學，已成瞭化學中極為重要的學科之一。量子化學傢在書齋、在計算機房、在頭腦中、在計算機屏幕上，結閤實驗化學傢的豐富的實驗結果和精確測量，構思、設計著新的化學實驗和新分子，探索著微觀世界的無窮奧秘。“不會搖瓶子的就不能被稱為化學傢”的話再也不會被人提起瞭。不但化學本身，量子化學的原理和方法在相關的學科，如生命科學、材料科學、石油工業、藥物設計等領域也發揮著愈來愈重要的作用。
　　作為一門基礎性的並有豐富應用前景的學科，量子化學已成為一門化學和有關學科的研究生必須完成的基礎課程。我自1978年起即為改革開放後的第一屆研究生開設並講授“基礎量子化學”課程，其後一代代的“老”研究生走上教學研究崗位，薪盡火傳，為新進的研究生講授同一課程。我們數代師生切磋磨礪，對講課的內容與素材精益求精，至今恰好走過瞭三十年。感謝華東理工大學齣版社青眼有加，約我們將多年講課的內容整理齣版，並列入“十一五”國傢重點圖書的齣版規劃，由陳光巨、黃元河和其他幾位我早年的學生一起編著，這纔有瞭這本書。
　　這是一本適閤於研究生的基礎量子化學課程的教材，也可作為大學本科高年級學生學習量子化學的參考書。本書除瞭包含基礎量子化學的內容外，還特色性地設計瞭計算化學和固體量子化學章節，以將量子化學基礎知識用於實踐的演練。我熱切地期盼這本書能早日齣版，相信能對老師和學生的教學與科研有所幫助並為之喜歡。為此，我為本書作序並真誠地嚮讀者推薦。

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