化学与应用化学研究生教学用书：量子化学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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陈光巨，黄元河 编

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• 研究生教材
• 化学
• 应用化学
• 理论化学
• 计算化学
• 分子结构
• 化学键
• 光谱学
• 分子性质

出版社： 华东理工大学出版社

ISBN：9787562823254

版次：1

商品编码：10579170

包装：平装

开本：16开

出版时间：2008-08-01

用纸：胶版纸

页数：371

字数：539000

正文语种：中文

内容简介

量子化学是理论化学的一个分支学科，是近代化学的理论基础。它是20世纪初发展起来的量子力学与化学结合用以研究化学问题的一门基础科学。量子化学理论和方法的不断发展，以及在高速电子计算机的应用，使得它不但能够探索并预言物质的结构和功能，而且已经有可能按照需求设计具有特定性能的化学物质，从而为“分子设计”及“分子工程”奠定了基础。
作为一门基础性的并有丰富应用前景的学科，量子化学已成为一门化学和有关学科的研究生必须完成的基础课程。经过数代师生切磋磨砺，对讲课的内容与素材精益求精的追求，才有了这本书。
这是一本适合于研究生的基础量子化学课程的教材，也可作为大学本科高年级学生学习量子化学的参考书。本书除了包含基础量子化学的内容外，还特色性地设计了计算化学和固体量子化学章节，以将量子化学基础知识用于实践的演练。

作者简介

陈光巨教授，北京师范大学博士生导师；主要从事化学反应机理、分子间弱相互作用和结构分子生物学等方面的研究工作；主持和参加过国家级、省部级二十余项教学和科研项目：曾获国家级教学成果奖二等奖、北京市普通高校教学成果奖一等奖和二等奖、国家教委科技进步奖三等奖：曾编写《材料化学》《结构化学》《结构化学（晶体部分）CAI软件》等教材；发表学术论文八十余篇，其中SCI女录近五十篇。黄元河教授，北京师范大学博士生导师；主要从事大分子和低维聚合物结构与性能关系的理论研究，探讨有机和有机金属夹心高聚物、低维晶体，富勒烯体系的一维和二维聚合物及碳纳米管，富勒烯笼构成的低聚物等的结构与性能关系，应用理论化学和凝聚态物理方法研究这些体系的电子结构、稳定性的结构特征、相互作用本质、金属一绝缘体相变、导电机理和超导可能性：曾获北京市普通高校教学成果奖二等奖；发表科研论文近八十篇，其中SCI收录五十余篇。

目录

第1章 算符代数和量子力学基本原理
1.1 算符
1.1.1 基本概念
1.1.2 线性算符与Htermite算符
1.2 Schrodinger方程
1.2.1 状态函数和概率
1.2.2 Schrodinger方程
1.2.3 原子单位和Dirac符号
1.3 力学量算符
1.3.1 算符与量子力学
1.3.2 态的叠加原理
1.3.3 不同力学量同时有确定值的条件
1.4 量子力学基本假设
1.4.1 假设Ⅰ——波函数和概率
1.4.2 假设Ⅱ——力学量与线性Htermite算符
1.4.3 假设Ⅲ——力学量的本征函数和本征值
1.4.4 假设Ⅳ——状态随时间变化的Schrodinger方程
1.4.5 假设Ⅴ——全同性原理与Pauli原理
思考题

第2章 简单体系的Schrodinger方程及其解
2.1 一维谐振子
2.1.1 谐振子遵从Hooke定律
2.1.2 谐振子的Schrodinger方程及其解
2.1.3 谐振子的波函数的性质
2.1.4 谐振子解释双原子分子的红外光谱
2.2 角动量
2.2.1 单粒子体系的角动量
2.2.2 角动量的阶梯算符法
2.3 类氢离子
2.3.1 中心力场问题
2.3.2 双粒子问题约化为单粒子问题
2.3.3 类氢离子的Schrodinger方程的解
2.3.4 类氢轨道
2.4 特殊算符的本征函数和本征值
2.4.1 宇称算符
2.4.2 位置的本征函数
思考题

第3章 量子力学中的两种近似方法——变分法和微扰法
3.1 变分法
3.1.1 变分原理与变分法
3.1.2 线性变分函数与线性变分法
3.1.3 氦原子基态的变分处理
3.2 微扰理论
3.2.1 微扰的概念
3.2.2 非简并能级的微扰理论
3.2.3 简并能级的微扰理论
3.2.4 氦原子基态的微扰处理
思考题

第4章 多电子原子结构
4.1 电子自旋、Pauli原理和Hund规则
4.1.1 电子自旋
4.1.2 Pauli原理、Hund规则和核外电子的排布
4.1.3 Slater行列式
4.2 氦原子和锂原子的处理
4.2.1 氦原子和锂原子的微扰处理
4.2.2 基态氦原子和锂原子的变分处理
4.3 Hartree-Fock自洽场方法
4.3.1 多电子体系的Hamiltonian算符和方程
4.3.2 能量表示式
4.4 电子相关、组态与谱项、自旋与轨道作用
4.4.1 电子相关
4.4.2 组态与谱项
4.4.3 自旋与轨道作用
思考题

第5章 群论基础和化学应用
5.1 群论的基础知识
5.1.1 群的定义和群的乘法表
5.1.2 子群
5.1.3 类
5.2 分子对称性和对称点群
5.2.1 对称元素和对称操作
5.2.2 分子对称性
5.2.3 对称操作的乘积和互易
5.2.4 对称点群
5.2.5 各种分子点群
5.2.6 分子所属点群的系统判别方法
5.3 群表示理论
5.3.1 与对称操作对应的矩阵
5.3.2 同构和同态
5.3.3 群的矩阵表示
5.3.4 等价和可约表示
5.3.5 不可约表示和特征标表
5.4 群论在化学中的应用
5.4.1 群论与量子力学
5.4.2 群论与分子轨道理论
5.4.3 群论与分子振动
思考题

第6章 双原子分子结构
6.1 Born-Oppenheimer近似
6.2 双原子分子中的核运动
6.3 氢分子离子的量子力学精确解和近似解
6.3.1 H+2的精确解
6.3.2 H+2的近似解
6.4 H+2的激发态的分子轨道
6.5 双原子分子的分子轨道法
6.6 双原子分子的价键法
6.6.1 氢分子的价键法及其与分子轨道法的对比
6.6.2 双原子分子的分子轨道和价键波函数
6.7 基本定理
6.7.1 Virial定理
6.7.2 Hellmann-Feynman定理
6.7.3 静电定理
思考题

第7章 多原子分子结构
7.1 多原子分子电子结构
7.1.1 多原子分子的分子轨道法
7.1.2 多原子分子的电子组态和谱项
7.2 多原子分子的自洽场分子轨道法处理
7.2.1 LCAO-MO近似
7.2.2 闭壳层的Hartree-Fock-Roothaan方程
7.2.3 水分子的自洽场分子轨道理论处理
7.2.4 开壳层的Hartree-Fock-Roothaan方程
7.2.5 离域分子轨道和定域分子轨道
7.3 多原子分子的价键理论处理
7.3.1 水分子的价键理论处理
7.3.2 原子价态
7.3.3 价键理论的进展
思考题

第8章 计算化学简介
8.1 量子化学从头算（ab initio）方法
8.1.1 从头算计算的自洽场方程
8.1.2 从头算方法中的基组
8.1.3 能量梯度和平衡几何构型优化
8.2 半经验分子轨道方法
8.2.1 半经验分子轨道方法近似的理论推演
8.2.2 当代半经验分子轨道方法成功的基础
8.2.3 当代半经验分子轨道方法的最新进展
8.3 密度泛函理论
8.3.1 Hohenberg-Kohn定理
8.3.2 Kohn-Sham方法
8.3.3 几个DFT计算方法中处理交换一相关项的近似方案
8.3.4 DFT的计算和运行
8.3.5 TDDFT简介
8.4 电子相关的计算方法简介
8.4.1 电子相关和相关能计算
8.4.2 组态相互作用（CI）方法
8.4.3 多组态自洽场（MCSCF）方法
8.4.4 微扰理论（MP）
8.4.5 耦合簇（CC）方法
8.5 溶剂化效应
8.5.1 PCM方法
8.5.2 基于半经验卜tamiltorfian的SMx方法
8.6 相对论量子化学
8.6.1 Dirac方程
8.6.2 多粒子体系的微扰处理
8.6.3 直接求解Dirac方程
8.6.4 相对论密度泛函理论
8.7 大型量子化学计算程序的使用
8.7.1 关于量子化学计算程序
8.7.2 GaLlssian程序使用：分子结构优化与性质计算
8.7.3 Gaussian程序使用：过渡态计算
8.7.4 综合算例：2-亚氨基丁烷稳定构象及其异构化研究
思考题

第9章 基础固体量子理论简介
9.1 引言
9.2 周期场的电子状态
9.2.1 倒格子空间（κ空间）和Brillouin区
9.2.2 Bloch定理
9.2.3 周期性势场的电子运动
9.2.4 几个重要的概念
9.3 周期性场的晶体轨道法处理
9.3.1 原子轨道线性组合晶体轨道（LCAO-MO）
9.3.2 一些典型体系的简单晶体轨道法处理
9.3.3 自洽场晶体轨道法简介
9.4 一维导体的金属一绝缘体相变（Peierls相变）
思考题
参考文献
附录1 笛卡儿坐标与球坐标之间的变换关系
附录2 积分表
附录3 特征标表

前言/序言

　　20世纪20年代中期建立的量子力学，可视为物理学乃至自然科学的最重要的成就之一。紧接其后Heiltler和London用量子力学方法对氢分子的成功处理，则可视为量子化学的诞生。至今的八十余年，量子化学走过了从被传统化学家排斥、疑惑，到半信半疑、以至姑妄信之，直到今天的精确的量子化学计算结果被实验化学家奉为圭臬的曲折而又不乏光彩的难忘历程。今天的量子化学，结合使用高速发展的计算机的软硬件而衍生的计算化学，已成了化学中极为重要的学科之一。量子化学家在书斋、在计算机房、在头脑中、在计算机屏幕上，结合实验化学家的丰富的实验结果和精确测量，构思、设计着新的化学实验和新分子，探索着微观世界的无穷奥秘。“不会摇瓶子的就不能被称为化学家”的话再也不会被人提起了。不但化学本身，量子化学的原理和方法在相关的学科，如生命科学、材料科学、石油工业、药物设计等领域也发挥着愈来愈重要的作用。
　　作为一门基础性的并有丰富应用前景的学科，量子化学已成为一门化学和有关学科的研究生必须完成的基础课程。我自1978年起即为改革开放后的第一届研究生开设并讲授“基础量子化学”课程，其后一代代的“老”研究生走上教学研究岗位，薪尽火传，为新进的研究生讲授同一课程。我们数代师生切磋磨砺，对讲课的内容与素材精益求精，至今恰好走过了三十年。感谢华东理工大学出版社青眼有加，约我们将多年讲课的内容整理出版，并列入“十一五”国家重点图书的出版规划，由陈光巨、黄元河和其他几位我早年的学生一起编著，这才有了这本书。
　　这是一本适合于研究生的基础量子化学课程的教材，也可作为大学本科高年级学生学习量子化学的参考书。本书除了包含基础量子化学的内容外，还特色性地设计了计算化学和固体量子化学章节，以将量子化学基础知识用于实践的演练。我热切地期盼这本书能早日出版，相信能对老师和学生的教学与科研有所帮助并为之喜欢。为此，我为本书作序并真诚地向读者推荐。

化学与应用化学研究生教学用书：量子化学 简介 本书旨在为化学与应用化学专业的研究生提供一套系统、深入的量子化学学习资源。作为研究生阶段核心课程的配套教材，它不仅涵盖了量子化学的基本原理和理论框架，更侧重于将这些理论应用于解决实际化学问题的方法和技术。全书内容组织严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与应用广度之间取得最佳平衡，使读者能够扎实掌握量子化学的核心概念，并具备运用先进计算工具进行化学研究的能力。 第一部分：量子力学基础与数学工具 本部分为全书的理论基石，旨在回顾和深化读者已有的量子力学基础知识，并为后续的计算化学内容打下坚实的数学与物理基础。 第一章：量子力学的基本公设与薛定谔方程 本章从物理图像出发，系统阐述量子力学的基本公设，包括波函数、算符、本征值方程等核心概念。重点讨论定态薛定谔方程及其在微观体系描述中的核心地位。内容涵盖一维势阱、谐振子等经典模型，通过对这些简化模型的求解，帮助读者建立起对量子态和能量量子化的直观理解。此外，对角动量理论的初步介绍，为后续处理原子和分子结构问题奠定基础。 第二章：数学方法与线性代数回顾 量子化学计算严重依赖于高等数学和线性代数工具。本章精炼回顾了研究生必须掌握的相关数学知识，包括希尔伯特空间、线性算符的性质、矩阵对角化技术、微分方程的求解方法（如级数解法）以及狄拉克符号体系的深入应用。着重讲解了如何将物理概念（如算符和态）映射到数学结构（如矩阵和向量），这是理解从理论到计算转化的关键步骤。 第三章：角动量理论与原子结构 本章聚焦于系统中的角动量，这是描述电子轨道和自旋的关键物理量。详细推导了轨道角动量和自旋角动量算符的对易关系及本征值。随后，将这些理论应用于描述多电子原子体系，重点讨论了泡利不相容原理、洪特规则和原子光谱的基础知识。拉普拉斯方程在电势场的应用以及施加静电场和磁场对原子能级的微扰效应被作为实例进行分析。 第二部分：从原子到分子：电子结构理论 本部分是量子化学的核心内容，详细阐述了如何从基本原理出发，建立并求解描述分子体系电子结构的方程。 第四章：变分原理与近似方法 精确求解多电子体系的薛定谔方程在数学上是不可积的。因此，本章系统介绍了处理复杂系统的近似方法，尤其是变分法。详细讨论了如何利用变分原理为任意波函数设定能量上限，并引入了著名的变分法实例，如氦原子基态能量的估算。同时，引入了微扰论的基本框架，包括一级和二级能量修正的计算方法，为处理电子间的相互作用提供工具。 第五章：轨道理论：Hartree-Fock（哈特里-福克）方法 本章的核心是介绍如何构建描述多电子体系的单组态近似——分子轨道。详细推导了Hartree-Fock（HF）方程，并解释了它作为一种平均场理论的物理意义。重点阐述了Fock算符的构建过程，包括库仑项和交换项的物理含义。本章对自洽场（SCF）迭代过程进行了详尽的步骤分解和讨论，包括基组的选择（如最小集、STO-nG等）对计算结果的影响，为后续的计算实践做好准备。 第六章：密度泛函理论（DFT）导论 随着计算能力的提升，密度泛函理论（DFT）已成为计算化学的主流方法。本章首先回顾了 Hohenberg-Kohn 定理，并深入阐述了 Kohn-Sham 理论。核心内容是讨论各种泛函（如 LDA、GGA、混合泛函）的构建原理和应用范围。本章将HF方法与DFT方法进行对比，分析了DFT在处理电子关联和计算化学参数预测方面的优势与局限性。 第三部分：分子性质的计算与高级主题 本部分将理论方法应用于实际的分子性质预测，并引入了描述电子关联和动力学的先进技术。 第七章：分子振动与转动：电子结构计算的延伸 除了电子结构，分子也具有振动和转动能级。本章讨论如何利用二次微扰论（或数值求导）从HF或DFT能量曲面中提取分子振动频率和正常坐标。详细解释了力常数矩阵的构建及其与红外、拉曼光谱的关联。对于转动部分，简要介绍了刚性转子模型的能量计算和光谱特征。 第八章：电子关联的引入：组态相互作用（CI）与耦合簇（CC）方法 HF方法忽略了电子间的瞬时相互作用（即电子关联）。本章系统地介绍了提高计算精度的关键技术。首先讨论了组态相互作用（CI）方法，包括单、双激发CI（CISD）的构造和截断问题。随后，重点介绍了被誉为“金标准”的耦合簇（CC）理论，特别是CCSD和CCSD(T)的数学形式和物理意义，解释了它们为何能提供高精度的能量。 第九章：计算化学软件的应用与化学信息学 本章将理论知识与现代计算实践相结合。详细介绍了主流量子化学计算软件（如Gaussian, ORCA, NWChem等）的使用流程，包括输入文件的编写、任务的选择（能量最小化、梯度计算、频率分析、激发态计算等）。重点讲解了如何解读计算的输出文件，如何进行结果的后处理和可视化，并讨论了计算结果的收敛性检验、基组依赖性分析以及误差来源的评估。 第四部分：化学反应性与激发态 本部分探索如何利用量子化学方法描述化学反应过程和分子的光物理化学性质。 第十章：反应路径的探索与过渡态理论 化学反应的本质是势能面上的势垒穿越。本章详细介绍了势能面（Potential Energy Surface, PES）的概念，以及如何使用梯度信息定位驻点（反应物、产物、过渡态）。重点讲解了寻找鞍点（过渡态）的算法（如同步振动法、爬山法）。最后，将统计力学引入，简要介绍了过渡态理论（TST）的基本框架及其在反应速率常数计算中的应用。 第十一章：激发态计算与光谱预测 本章关注分子吸收或发射光子后产生的电子激发态。详细讨论了处理激发态的理论方法，如时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）和激发态组态相互作用（CIS/EOM-CC）。重点讲解了如何利用这些方法预测紫外-可见吸收光谱、荧光量子产率等光化学参数，并讨论了溶剂化效应（如PCM模型）对激发态性质的影响。 总结 本书结构完整，从最基本的数学工具出发，层层递进至现代高精度计算方法，并最终落脚于实际的化学问题求解。本书的难度和深度完全适应化学与应用化学专业研究生的学术要求，旨在培养其扎实的理论功底和独立运用量子化学工具解决前沿研究课题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本《量子化学》的厚度让我有点望而却步，但又充满了期待。我一直觉得，要真正理解化学，尤其是现代化学，离不开对微观世界基本规律的把握。量子化学无疑是其中的核心。我希望这本书能够系统地介绍量子力学的发展历程，以及它是如何从经典物理学中脱颖而出，成为描述原子、分子行为的必备工具。书中会不会详细讲解量子化学的基本概念，比如波函数、算符、能量本征值这些，并且用清晰的语言和图示来解释它们所代表的物理意义？我特别想知道，当我们将这些概念应用到多电子体系时，会遇到哪些挑战，又有哪些近似方法（如Hartree-Fock方法、密度泛函理论）被提出来解决这些问题？我期望这本书能够提供一些关于量子化学计算方法学的详细阐述，包括它们的数学基础、优缺点以及适用范围。如果书中还能包含一些实际计算的案例分析，展示如何通过量子化学计算来预测分子的几何构型、电子结构、反应路径，甚至推断光谱数据，那就太棒了。我希望这本书能够帮助我建立起一个完整的量子化学知识体系，让我能够自信地运用这些工具去探索更深层次的化学问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字让我产生了一种莫名的期待，感觉它应该蕴含着化学世界的某种“终极奥秘”。我一直对能够解释物质本质的科学理论充满好奇，而量子化学听起来就是那个能够触及最根本的领域。我希望这本书能够不仅仅是枯燥的数学公式和理论推导，更能展现量子化学如何深刻地改变我们对化学的认知。我特别好奇，书中会不会探讨量子化学如何解释化学键的形成和断裂，以及为什么不同的原子会形成如此多样的分子结构？我期待它能够展示量子化学在理解化学反应机理中的作用，比如是如何解释能量势垒、过渡态的，以及如何通过理论计算来预测反应速率和选择性。我希望这本书能带我领略量子化学的“力量”，看看它如何能够预测物质的各种宏观性质，比如光学、电学、磁学性质，以及这些预测是如何在科学研究和工业生产中得到应用的。如果书中能够穿插一些历史故事，介绍量子化学发展过程中的关键人物和重要发现，那会更加引人入胜。我希望通过阅读这本书，能够感受到量子化学的科学魅力，并且激发我对这个领域的更深层次的探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我选择这本《化学与应用化学研究生教学用书：量子化学》，完全是被“研究生教学用书”这个定位所吸引。这意味着它应该比一般的科普读物更深入、更系统，但又不会像纯粹的学术专著那样高高在上。我希望这本书能够提供一个扎实的量子化学入门框架，让我能够理解它的基本框架和核心思想。我特别关注书中是否会清晰地梳理量子化学的数学基础，比如线性代数、微分方程等，并且解释这些数学工具在量子化学中的具体应用。我希望它能循序渐进地介绍量子化学的常用方法，例如从最简单的氢原子模型，到多电子原子和分子的近似计算方法。我期待书中能够提供一些清晰的图示和生动的类比，来帮助我理解那些抽象的量子力学概念，比如叠加态、测量塌缩等等。作为一本教学用书，它应该具备良好的教学设计，比如结构清晰、逻辑严密，并且在每章结束后都有适当的习题来巩固所学知识。我希望这本书能够成为我在研究生阶段学习量子化学的可靠指南，帮助我打下坚实的基础，为后续更深入的研究做好准备。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我选择这本书纯粹是因为它名字里的“应用化学”这几个字。我对基础理论的推导过程往往感到有些枯燥，更感兴趣的是那些能直接解决实际问题，或者带来技术突破的化学知识。量子化学听起来像是很纯粹的理论，我有点担心它会不会过于抽象，脱离了实际应用的土壤。我希望这本书能够提供一些关于量子化学如何指导具体化学研究的例子。比如，在催化剂设计方面，量子化学能否帮助我们理解反应机理，从而设计出更高活性、更高选择性的催化剂？或者在能源领域，它是否能解释和预测新能源材料（如太阳能电池材料、锂电池材料）的性能？我对那些能够通过理论计算来解释实验现象，甚至预测未知现象的内容特别着迷。如果书中能够介绍一些常用的量子化学计算软件（如Gaussian, VASP等）的基本原理和使用方法，并且通过实例展示它们在解决实际问题时的强大能力，那绝对会让我眼前一亮。我希望这本书能够成为我连接理论与实践的桥梁，让我看到抽象的量子力学如何转化成解决现实世界化学难题的利器。毕竟，最终的目的是为了更好地应用化学，而不是仅仅沉浸在理论的海洋里。

评分☆☆☆☆☆

这本书名起的还挺有分量的，一看就是那种大部头的学术专著，估计内容会相当硬核。我一直对化学领域的一些前沿课题很感兴趣，特别是那些能够解释物质本质、驱动技术革新的理论基础。量子化学听起来就很高深，但又充满了无穷的魅力，它是不是能带我窥探原子和分子世界的奥秘？我特别好奇书中会不会深入讲解量子力学的基本原理，比如薛定谔方程的推导过程，以及如何将其应用于理解分子的结构、键合以及光谱特性？我希望这本书能不仅仅是理论的堆砌，更能展示这些理论在实际应用中的价值。比如，它是否会涉及量子化学计算在药物设计、材料科学中的具体案例？我对如何通过理论模拟来预测和优化新材料的性能，或者设计出更有效的药物分子非常感兴趣。当然，作为一本研究生教学用书，它应该具备一定的系统性和严谨性。我期待它能够提供清晰的逻辑脉络，帮助我逐步建立起对量子化学的深入理解，而不是仅仅停留在概念的表面。如果书中还能有一些经典的量子化学模型，比如Hückel理论、MO理论的详细介绍，那就更好了。我希望通过阅读这本书，能够真正掌握分析和解决化学问题的工具，为将来的科研打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

可以，还不错，内容基础。

评分☆☆☆☆☆

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