高等学校教材：基础量子化学与应用
第一章 量子力学基础
一、基本假设
1.假设I——状态函数和概率
2.假设Ⅱ——力学量与线性Hermite算符
3.假设Ⅲ——本征态和本征值
4.假设Ⅳ——平均值
5.假设V——态随时间变化的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.算符的对易
4.线性算符
5.算符的本征值与本征函数
6.Hermite算符
三、力学量同时具有确定值的条件
四、不确定性原理
五、Pauli原理
六、Hellmann-Feyman定理
七、维里定理
八、简单体系的精确解
1.一维空间的自由粒子
2.一维方势阱
3.一维谐振子
4.粒子在有心力场中的运动
5.双原子分子的转动
6.小结
九、Dirac符号
1.内积
2.共轭线性算子
3.单位算子
4.矩阵元
5.态及矩阵元的时间变率
第二章 变分法与Hiickel分子轨道法
一、变分法
1.原理
2.氦原子基态
二、线性变分法
三、HMO的基本原理
1.假定
2.举例
3.杂原子的引入
四、具有重复单元分子的HMO——差分方程法
1.多烯烃
2.环多烯烃
3.环烯烃的芳香性
五、体系的处理
1.LCB0近似
2.LCA0方法
第三章 定态微扰法与微扰分子轨道法
一、定态微扰理论
1.无简并情况下的一级微扰
2.无简并情况下的二级微扰
3.简并情况下的微扰
4.类氦离子的基态
5.氢原子的Stark效应
二、PMO法
1.库仑积分β的改变对分子轨道的影响
2.共振积分β的改变对分子轨道的影响
三、PMO关于芳香性的讨论
四、广义微扰理论
1.分子间的一级微扰
2.分子间的二级微扰
3.广义微扰理论
第四章 化学键理论
一、化学键
二、共价键理论
1．共价键的两种模型
2．价键理论
3．分子轨道和定域化σ键
4．共价的新定义与nxcπ格式
5．价键理论与分子轨道理论在全组态
意义下的统
三、配价键理论
1．晶体场理论
2．分子轨道理论
3．应用示例：对称禁阻反应的解禁
四、金属键理论
1．自由电子理论
2．价键理论
五、分子力学
1．分子力场
2．分子间作用力场
3．近期开发出的力场
第五章 前线轨道理论
一、前线轨道理论概述
1．原始的前线轨道理论
2．前线轨道的相互作用
3．应用示例
二、游离基反应的前线轨道理论
1．亲核和亲电游离基
2．氢和卤原子的夺取
3．向双键的加成反应
三、光化学反应的前线轨道理论
1．光化学反应的前线轨道相互作用
2．光化芳香取代反应
3．烯烃的二聚
4．胸腺嘧啶的光致二聚
四、微扰理论结果
1．估算反应性的前线轨道方程
2．离子反应
3．双烯加成的定向选择性
五、FMo的应用范围
六、相互作用前线轨道
第六章 群论简介
一、群论基础
1．定义
2．乘法表
3．基在群元素作用下的变换
二，群表示理论与特征标
1．群的矩阵表示
2．不可约表示与可约表示
3．特征标
三、对称匹配函数
1．波函数作为不可约表示的基
2．投影算符
3．对称匹配函数的构造
四、久期行列式的简化
1．积分值的判断
2．久期行列式的简化
五、关于群的补充知识
1．群元素的类
2．子群
3．广义正交定理
4．有关不可约表示的几个规则
5．直积表示
六、晶体场中中心原子的能级分裂
1．原子轨道构成三维旋转群不可约表示基
2．晶体场中的能级分裂
七、分子振动
1．简正坐标
2．分子振动可约表示特征标；（R）的计算及分析
3．对称坐标的生成
4．利用简并度判断结构对称性
八、位置群与商群
l_位置群分析
2．商群分析
九、置换群
1．置换与置换群
2．轮换和对换
3．共轭类与分割
4．Young表
5．基函数
附录化学上重要对称群的特征标表
第七章 角动量
一、角动量一般理论
1．轨道角动量算符
2．轨道角动量的对易关系
二、原子的中心场近似
三、自旋角动量
1．实验基础
2．自旋算符和自旋波函数
3．自旋多重态
4．自旋算符与波函数的矩阵表示
四、角动量耦合
五、自旋一轨道相互作用
六、自由的复杂原子
1．组态及谱项
2．波函数
3．电子相互作用
七、配体场中的离子
1．弱场情况
2．强场情况
八、核自旋耦合与NMR
1．两个自旋1/2等同核的体系
2．两个自旋1/2非等同核的体系
九、核与电子自旋耦合及ESR
1．超精细分裂
2．有机π自由基的ESR
第八章 量子化学计算方法
一、原子轨道线性组合的分子轨道法
1．Hartree-Fock-Roothaan方程
2．从头计算法
3．模型势方法
4．经验与半经验方法
二、密度泛函理论
1．泛函与变分知识准备
2．Thomas-Fermi模型
3．Hohenberg-Kohn引理
4．：Hohenberg-Kohn定理
5．Kohn-Sham方案
6．广义梯度近似
7．离散变分的密度泛函理论
8．应用示例
三、Xa方法
1．方法概要
2．应用示例
四、电子相关性
1．组态相互作用法
2．Mller-Plesset微扰法
3．密度函数方法
五、大分子体系的量子化学计算方法进展
1．定域分子轨道法
2．线性标度半经验量子化学方法
上机实习
1．标准几何模型
2．计算题
第九章 含时微扰与光谱跃迁
一、含时微扰
二、Einstein吸收和发射系数
三、跃迁矩
四、氢原子的选择定则
五、简谐振子的选择定则
六、多原子分子的电子光谱
1．Fran：k-Condon原理
2．多原子分子电子光谱概况
3．电荷转移跃迁
七、跃迁概率的群论讨论
1．原则表述
2．电子光谱
3．振动光谱
八、旋光性与圆二色性谱
第十章 量子统计力学概述
一、三种统计系综
二、三种统计法
1．Bose-Einstein统计法
2．Fermi-Dirac统计法
3．Maxwell-Boltzmann统计法
4．理想气体的：Boltzmann统计
三、应用示例
1．橡胶的高弹性
2．金属中自由电子对热容的贡献
3．光的黑体辐射
4．固体热容
5．超导电性与超流动性
第十一章 化学反应速率
一、过渡状态理论
1．基本假定
2．Eyring公式
3．几点讨论和发展
二、势能面
1．若干实例
2．几个基本概念
3．溶剂效应
三、内禀反应坐标
四、微观反应机理的实验结果
1．红外化学发光法
2．激光诱导荧光法
3．交叉分子束
五、分子的碰撞截面
1．反应碰撞截面
2．势能线膺相交与鱼叉机理
3．反应截面与速率常数
六、反应散射的量子理论
1．散射矩阵
2．Lippmann-Schwinger方程
3．Born近似
4．重叠法
第十二章 固体量子化学
一、空间群
二、倒易晶格
1．晶格周期性
2．倒易晶格具有晶格同样的点群
3．Brillouin区
三、Bloch函数
1．Bmrn-vonKarmann循环边界条件
2．平移对称性
3．Bloch函数
四、时间反演与Kramers简并
五、能带结构与态密度
l_能带结构
2．态密度
六、固体量子化学计算方法
1．晶体轨道法
2．分子簇法
1．简正坐标表示的经典Htamilton
2．Hamilton算符的二次量子化表示
3．粒子数表象
八、电子一声子相互作用与电阻
九、离子晶体的铁磁性
十、低维固体及其电性质
1．Peierls不稳定性
2．孤子
十一、高温超导体
1．AxC60
2．氧化物超导体
第十三章 量子化学与分子力学在分子
设计及分子工程学中的应用
一、药物设计
1．间接药物设计
2．直接药物设计
3．成功例证
二、非线性光学材料
1．无机倍频晶体
2．有机非线性光学材料
三、超硬材料的设计与合成
四、高能密度材料的理论探索
1．氮原子簇
2．（CH）8-nNn型化合物
3．环五甲撑五硝胺
4．多异氰基立方烷
五、缓蚀剂
1．缓蚀机理探讨
2．新缓蚀剂的设计与合成
六、麝香香气的分子结构基础
1．麝香香气化合物的结构类型
2．麝香香气产生的分子作用模型
3．硝基麝香的作用模型
七、电致发光材料
附录
1．基本常数及换算因子
2．Gaussian98程序使用简介
一、基本假设
1.假设I——状态函数和概率
2.假设Ⅱ——力学量与线性Hermite算符
3.假设Ⅲ——本征态和本征值
4.假设Ⅳ——平均值
5.假设V——态随时间变化的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.算符的对易
4.线性算符
5.算符的本征值与本征函数
6.Hermite算符
三、力学量同时具有确定值的条件
四、不确定性原理
五、Pauli原理
六、Hellmann-Feyman定理
七、维里定理
八、简单体系的精确解
1.一维空间的自由粒子
2.一维方势阱
3.一维谐振子
4.粒子在有心力场中的运动
5.双原子分子的转动
6.小结
九、Dirac符号
1.内积
2.共轭线性算子
3.单位算子
4.矩阵元
5.态及矩阵元的时间变率
第二章 变分法与Hiickel分子轨道法
一、变分法
1.原理
2.氦原子基态
二、线性变分法
三、HMO的基本原理
1.假定
2.举例
3.杂原子的引入
四、具有重复单元分子的HMO——差分方程法
1.多烯烃
2.环多烯烃
3.环烯烃的芳香性
五、体系的处理
1.LCB0近似
2.LCA0方法
第三章 定态微扰法与微扰分子轨道法
一、定态微扰理论
1.无简并情况下的一级微扰
2.无简并情况下的二级微扰
3.简并情况下的微扰
4.类氦离子的基态
5.氢原子的Stark效应
二、PMO法
1.库仑积分β的改变对分子轨道的影响
2.共振积分β的改变对分子轨道的影响
三、PMO关于芳香性的讨论
四、广义微扰理论
1.分子间的一级微扰
2.分子间的二级微扰
3.广义微扰理论
第四章 化学键理论
一、化学键
二、共价键理论
1．共价键的两种模型
2．价键理论
3．分子轨道和定域化σ键
4．共价的新定义与nxcπ格式
5．价键理论与分子轨道理论在全组态
意义下的统
三、配价键理论
1．晶体场理论
2．分子轨道理论
3．应用示例：对称禁阻反应的解禁
四、金属键理论
1．自由电子理论
2．价键理论
五、分子力学
1．分子力场
2．分子间作用力场
3．近期开发出的力场
第五章 前线轨道理论
一、前线轨道理论概述
1．原始的前线轨道理论
2．前线轨道的相互作用
3．应用示例
二、游离基反应的前线轨道理论
1．亲核和亲电游离基
2．氢和卤原子的夺取
3．向双键的加成反应
三、光化学反应的前线轨道理论
1．光化学反应的前线轨道相互作用
2．光化芳香取代反应
3．烯烃的二聚
4．胸腺嘧啶的光致二聚
四、微扰理论结果
1．估算反应性的前线轨道方程
2．离子反应
3．双烯加成的定向选择性
五、FMo的应用范围
六、相互作用前线轨道
第六章 群论简介
一、群论基础
1．定义
2．乘法表
3．基在群元素作用下的变换
二，群表示理论与特征标
1．群的矩阵表示
2．不可约表示与可约表示
3．特征标
三、对称匹配函数
1．波函数作为不可约表示的基
2．投影算符
3．对称匹配函数的构造
四、久期行列式的简化
1．积分值的判断
2．久期行列式的简化
五、关于群的补充知识
1．群元素的类
2．子群
3．广义正交定理
4．有关不可约表示的几个规则
5．直积表示
六、晶体场中中心原子的能级分裂
1．原子轨道构成三维旋转群不可约表示基
2．晶体场中的能级分裂
七、分子振动
1．简正坐标
2．分子振动可约表示特征标；（R）的计算及分析
3．对称坐标的生成
4．利用简并度判断结构对称性
八、位置群与商群
l_位置群分析
2．商群分析
九、置换群
1．置换与置换群
2．轮换和对换
3．共轭类与分割
4．Young表
5．基函数
附录化学上重要对称群的特征标表
第七章 角动量
一、角动量一般理论
1．轨道角动量算符
2．轨道角动量的对易关系
二、原子的中心场近似
三、自旋角动量
1．实验基础
2．自旋算符和自旋波函数
3．自旋多重态
4．自旋算符与波函数的矩阵表示
四、角动量耦合
五、自旋一轨道相互作用
六、自由的复杂原子
1．组态及谱项
2．波函数
3．电子相互作用
七、配体场中的离子
1．弱场情况
2．强场情况
八、核自旋耦合与NMR
1．两个自旋1/2等同核的体系
2．两个自旋1/2非等同核的体系
九、核与电子自旋耦合及ESR
1．超精细分裂
2．有机π自由基的ESR
第八章 量子化学计算方法
一、原子轨道线性组合的分子轨道法
1．Hartree-Fock-Roothaan方程
2．从头计算法
3．模型势方法
4．经验与半经验方法
二、密度泛函理论
1．泛函与变分知识准备
2．Thomas-Fermi模型
3．Hohenberg-Kohn引理
4．：Hohenberg-Kohn定理
5．Kohn-Sham方案
6．广义梯度近似
7．离散变分的密度泛函理论
8．应用示例
三、Xa方法
1．方法概要
2．应用示例
四、电子相关性
1．组态相互作用法
2．Mller-Plesset微扰法
3．密度函数方法
五、大分子体系的量子化学计算方法进展
1．定域分子轨道法
2．线性标度半经验量子化学方法
上机实习
1．标准几何模型
2．计算题
第九章 含时微扰与光谱跃迁
一、含时微扰
二、Einstein吸收和发射系数
三、跃迁矩
四、氢原子的选择定则
五、简谐振子的选择定则
六、多原子分子的电子光谱
1．Fran：k-Condon原理
2．多原子分子电子光谱概况
3．电荷转移跃迁
七、跃迁概率的群论讨论
1．原则表述
2．电子光谱
3．振动光谱
八、旋光性与圆二色性谱
第十章 量子统计力学概述
一、三种统计系综
二、三种统计法
1．Bose-Einstein统计法
2．Fermi-Dirac统计法
3．Maxwell-Boltzmann统计法
4．理想气体的：Boltzmann统计
三、应用示例
1．橡胶的高弹性
2．金属中自由电子对热容的贡献
3．光的黑体辐射
4．固体热容
5．超导电性与超流动性
第十一章 化学反应速率
一、过渡状态理论
1．基本假定
2．Eyring公式
3．几点讨论和发展
二、势能面
1．若干实例
2．几个基本概念
3．溶剂效应
三、内禀反应坐标
四、微观反应机理的实验结果
1．红外化学发光法
2．激光诱导荧光法
3．交叉分子束
五、分子的碰撞截面
1．反应碰撞截面
2．势能线膺相交与鱼叉机理
3．反应截面与速率常数
六、反应散射的量子理论
1．散射矩阵
2．Lippmann-Schwinger方程
3．Born近似
4．重叠法
第十二章 固体量子化学
一、空间群
二、倒易晶格
1．晶格周期性
2．倒易晶格具有晶格同样的点群
3．Brillouin区
三、Bloch函数
1．Bmrn-vonKarmann循环边界条件
2．平移对称性
3．Bloch函数
四、时间反演与Kramers简并
五、能带结构与态密度
l_能带结构
2．态密度
六、固体量子化学计算方法
1．晶体轨道法
2．分子簇法
1．简正坐标表示的经典Htamilton
2．Hamilton算符的二次量子化表示
3．粒子数表象
八、电子一声子相互作用与电阻
九、离子晶体的铁磁性
十、低维固体及其电性质
1．Peierls不稳定性
2．孤子
十一、高温超导体
1．AxC60
2．氧化物超导体
第十三章 量子化学与分子力学在分子
设计及分子工程学中的应用
一、药物设计
1．间接药物设计
2．直接药物设计
3．成功例证
二、非线性光学材料
1．无机倍频晶体
2．有机非线性光学材料
三、超硬材料的设计与合成
四、高能密度材料的理论探索
1．氮原子簇
2．（CH）8-nNn型化合物
3．环五甲撑五硝胺
4．多异氰基立方烷
五、缓蚀剂
1．缓蚀机理探讨
2．新缓蚀剂的设计与合成
六、麝香香气的分子结构基础
1．麝香香气化合物的结构类型
2．麝香香气产生的分子作用模型
3．硝基麝香的作用模型
七、电致发光材料
附录
1．基本常数及换算因子
2．Gaussian98程序使用简介
刘靖疆，1934年生于天津。1955年毕业于北京大学化学系。长期以来从事结构化学和应用量子化学方面的教学和科研工作。为全国科学大会集体奖技术骨干；还曾获得部级科技二等奖，译著各一部，论文五十余篇。现为南开大学教授。
《基础量子化学与应用》共13章，分二三个部分，第1～5章为基本原理及定性部分；第6～10章为定量部分；第11～13章为专题。在化学键理论中讨论了共价键、配价键、金属键的多种模型，对获Nobel奖的“前线轨道理论、量子化学计算方法中的从头计算法和密度泛函法”作了重点介绍，同时也介绍了IR、uV、NMR、EsR等光谱的基础。书中安排了应用Gaussian程序的上机计算内容，还讨论了化学反应速率、固体量子化学及分子工程学中量子化学的作用。
《基础量子化学与应用》可作为高等学校化学、化工专业本科高年级学生及非物理化学研究生的教材，也可作为相关々业学生及技术人员的参考书。
《基础量子化学与应用》可作为高等学校化学、化工专业本科高年级学生及非物理化学研究生的教材，也可作为相关々业学生及技术人员的参考书。
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