量子化学基础

第1章量子力学基础1.1量子论的诞生1.1.1黑体辐射——Planck的量子假说1.1.2光电效应——Einstein的光子学说1.1.3氢原子光谱——Bohr的原子结构理论1.2实物粒子的波粒二象性和不确定关系1.2.1de Broglie波1.2.2de Broglie波的统计解释1.2.3不确定关系1.3波函数与Schr.dinger方程1.3.1波函数1.3.2Schr.dinger方程1.4算符及其性质1.4.1算符的概念1.4.2算符代数及对易1.4.3线性算符1.4.4Hermite算符1.5本征函数的性质1.5.1本征方程和本征函数1.5.2Hermite算符本征函数的本征值1.5.3简并本征函数的线性组合和态叠加原理1.5.4Hermite算符非简并本征函数的正交性1.5.5同一Hermite算符简并本征函数的正交化1.5.6Hermite算符本征函数的完备性1.5.7任意函数向正交归一函数集合的展开1.5.8平均值1.6对易算符的本征函数1.6.1算符对易定理1.6.2矩阵元定理1.7算符和力学量1.7.1算符化规则1.7.2不同力学量同时有确定值的条件1.7.3动量和坐标算符的对易规则1.8宇称算符和宇称性1.9量子力学公设1.10角动量1.10.1角动量的经典力学表示1.10.2角动量算符表示式1.10.3角动量算符的对易关系思考题习题第2章简单体系的量子力学精确解2.1一维空间中的自由质点2.2一维势箱中运动的质点2.3变量分离与三维势箱中运动的质点2.4一维谐振子2.5中心力2.6刚性转子2.7氢原子和类氢离子2.7.1单电子体系的定态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单电子原子的波函数2.7.6量子数的物理意义2.7.7氢原子基态的电子云图示2.7.8氢原子的波函数图形2.8氢分子离子的精确解思考题习题第3章电子自旋和Pauli原理3.1电子自旋3.2Pauli原理3.2.1全同粒子3.2.2对称函数和反对称函数3.2.3从非对称函数构成对称和反对称函数3.2.4Pauli原理3.3Slater行列式思考题习题第4章近似方法4.1变分法4.1.1最低能量原理4.1.2变分法4.1.3变分法的扩展4.1.4线性变分法4.2定态微扰理论4.2.1非简并能级的微扰理论4.2.2简并能级的微扰理论4.3H 2基态的变分法与微扰法处理比较4.3.1变分法4.3.2微扰法思考题习题第5章分子点群与群论初步5.1群的概念5.1.1群的定义5.1.2相似变换、共轭元素和类5.1.3群的乘法表5.2对称操作与对称元素5.3对称点群5.4矩阵表示和特征标5.5可约表示与不可约表示5.5.1可约表示5.5.2不可约表示5.5.3可约表示的约化5.6特征标表5.7直积表示的特征标5.8群论与量子力学5.8.1波函数作为不可约表示的基5.8.2投影算符与分子轨道5.8.3矩阵元的计算5.8.4杂化轨道思考题习题第6章原子光谱项和双原子分子光谱项6.1原子光谱项6.1.1原子的电子组态6.1.2原子的量子数和角动量的耦合6.1.3原子光谱项6.1.4原子光谱项对应能级的相对大小6.1.5原子能级和原子光谱的关系6.1.6原子光谱项的推求6.2双原子分子光谱项6.2.1同核双原子分子的电子组态6.2.2分子的电子谱项6.2.3谱项波函数6.2.4实例6.2.5光谱支项思考题习题第7章自洽场分子轨道理论7.1电子态计算中的基本近似7.1.1非相对论的分子Hamilton量7.1.2Born.Oppenheimer近似7.1.3轨道近似7.2闭壳层分子的能量表达式7.3分子轨道的自洽场理论7.3.1Coulomb算符和交换算符7.3.2Hartree.Fock方程7.3.3Roothann方程7.4开壳层分子7.5从头算方法7.6分子轨道中的系数和集居数分析7.7离域分子轨道和定域分子轨道7.7.1甲烷的离域分子轨道7.7.2甲烷的定域分子轨道7.7.3定域MO与离域MO的关系7.8电子相关与组态相互作用思考题习题第8章价键理论8.1氢分子的VB法处理8.2VB法与MO法的比较8.2.1MO法所得氢分子基态波函数8.2.2VB法所得氢分子基态波函数8.2.3分子的VB波函数与MO波函数的写法8.3多原子分子的VB法处理8.3.1价键结构和共振8.3.2四个单电子原子组成的分子ABCD8.3.3参量化8.4水分子的VB处理8.5共振能思考题习题第9章密度泛函理论9.1Thomas.Fermi模型9.2Hohenberg.Kohn定理9.3Kohn.Sham方法9.4HF方法与DFT方法的能量比较9.5含时密度泛函理论思考题习题第10章分子模拟10.1力场10.1.1力场作用项的一般式10.1.2比较常见的力场10.2分子力学10.2.1分子力学的算法10.2.2优化中要注意的几点问题10.2.3分子力学的应用10.3分子动力学10.3.1积分方法10.3.2初始化10.3.3粒子受力的计算10.3.4分子动力学的应用思考题习题第11章量子化学应用实例11.1Gaussian运行指南：输入和输出11.1.1Gaussian03输入文件11.1.2分子几何的输入11.1.3关键词(Key Words)11.1.4输出文件11.2单点能的计算11.2.1甲醛单点能的计算11.2.2预测甲烷分子的NMR屏蔽常数11.3几何优化11.4频率计算11.5激发态11.5.1CIS方法及乙烯激发态的计算11.5.2甲醛激发态的优化和频率计算11.5.3TD方法11.6模拟化学反应11.6.1过渡态的优化11.6.2IRC计算11.7模拟溶液中的体系11.7.1溶液中二氯乙烷不同构象间的能量差11.7.2乙腈溶液中的甲醛振动频率11.8QM/MM方法——ONIOM计算和应用习题附录附录Ⅰ一些基本的物理常数附录Ⅱ特征标表附录Ⅲ二阶线性常微分方程附录ⅣΔ2算符的球极坐标变换参考文献

　　本书共分十一章，内容包括量子力学基础、简单体系的量子力学精确解、电子自旋和Pauli原理、近似方法、分子点群与群论初步、原子光谱项和双原子分子光谱项、自洽场分子轨道理论、价键理论、密度泛函理论、分子模拟、量子化学应用实例。　　本书是作者从事量子化学教学和科研工作的总结，可作为综合性大学、高等师范院校化学专业硕士研究生必修课或本科生选修课教学用书，也可作为其他专业研究生的选修课用书或供从事相关专业的科技人员参考。