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出版者:University Science Books

作者:Donald A. McQuarrie

出品人:

頁數:517

译者:

出版時間:1983-04

價格:USD 80.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780935702132

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理化學
• 教材
• 化學
• Chemistry
• 量子化學
• 物理化學
• 化學
• 量子力學
• 分子結構
• 光譜學
• 計算化學
• 化學鍵
• 分子性質
• 從頭算

量子化學 (物理化學係列) 簡介 《量子化學 (物理化學係列)》是一部為化學、物理學以及材料科學等領域的學生和研究人員精心編寫的權威性教材與參考書。本書旨在係統地介紹量子力學原理在化學問題中的應用，尤其側重於解釋分子結構、化學鍵、光譜性質以及化學反應的微觀機製。它建立在堅實的數學和物理基礎之上，同時注重將抽象的理論概念與具體的化學現象緊密聯係起來，使讀者能夠深刻理解化學世界的本質。 本書的結構設計旨在引導讀者從基礎的量子力學概念逐步深入到復雜的分子體係計算。內容涵蓋瞭從薛定諤方程的建立到求解，再到各種近似方法和計算技術的應用。 --- 第一部分：量子力學的基本原理 本部分為後續深入研究奠定必要的理論基礎。 第一章：經典物理學的局限與量子化的萌芽 本章追溯瞭20世紀初物理學麵臨的危機，包括黑體輻射、光電效應和原子光譜的經典解釋失敗。重點介紹瞭普朗剋對能量量子化的假設、愛因斯坦對光子的闡述，以及玻爾模型對氫原子能級的初步成功描述。這些曆史背景有助於讀者理解量子力學誕生的必然性。 第二章：波動力學基礎 本章正式引入量子力學的核心概念。詳細闡述瞭德布羅意物質波的假設，並推導齣波函數 $Psi$ 的物理意義——概率幅。隨後，詳細討論瞭歸一化、正交性和完備性的要求。核心內容是對時間無關薛定諤方程和時間依賴薛定諤方程的推導和基本性質的闡述。通過一維勢阱、有限深勢阱和勢壘穿透等基本模型，幫助讀者掌握求解簡單定態薛定諤方程的方法和技巧。 第三章：算符、本徵值與測量 本章引入瞭量子力學中的數學工具。將物理可觀測量的概念與綫性厄米算符對應起來，詳細解釋瞭算符的對易關係及其物理含義（例如，位置和動量算符的對易子）。深入分析瞭本徵值方程的解——本徵函數和本徵值在物理測量中的角色。重點討論瞭平均值（期望值）的計算，以及不確定性原理的嚴格數學錶述。 第四章：角動量理論 本章專注於描述鏇轉運動，這是原子和分子結構理論的關鍵。詳細分析瞭軌道角動量算符 $hat{L}$ 的分量及其代數關係，推導齣 $L^2$ 和 $L_z$ 的共同本徵函數（球麵諧函數 $Y_{l,m}( heta, phi)$）。隨後，引入自鏇角動量並將其量子化，討論瞭總角動量 $hat{J} = hat{L} + hat{S}$ 的加成規則（Clebsch-Gordan 理論的初步介紹）。 --- 第二部分：原子結構與多電子體係 本部分將基礎原理應用於多電子原子，為分子化學提供基礎。 第五章：氫原子與類氫原子 本章利用球坐標係下的薛定諤方程，詳細求解瞭氫原子問題。係統地推導瞭主量子數 ($n$)、角量子數 ($l$) 和磁量子數 ($m$) 的物理意義和取值規則。詳細分析瞭能級簡並性，並討論瞭外電場（Stark 效應）和磁場（Zeeman 效應）對能級的影響。 第六章：變分法與微擾理論 鑒於大多數化學問題無法精確求解，本章介紹瞭處理復雜體係的兩種核心近似方法。 1. 變分法 (Variational Method)：闡述瞭變分原理的核心——基態能量的上限性。通過氫分子離子 $ ext{H}_2^+$ 的實例，展示如何選擇試探波函數並優化參數以獲得更精確的能量估計。 2. 時間無關微擾理論 (Time-Independent Perturbation Theory)：係統推導瞭一階和二階能量修正公式以及波函數修正公式。該方法用於處理弱微擾下的能級和性質變化，例如計算偶極矩、極化率等。 第七章：電子自鏇與泡利不相容原理 本章聚焦於多電子體係的獨特性質。詳細介紹瞭泡利不相容原理，並解釋瞭它如何決定瞭電子排布的規則（洪特規則和泡利禁阻）。引入瞭斯萊特行列式 (Slater Determinant) 作為描述全反對稱多電子波函數的標準工具，強調瞭交換能和電子相關性的重要性。 第八章：角動量耦閤與原子光譜 在多電子原子中，電子的軌道角動量和自鏇角動量之間存在耦閤。本章討論瞭 $LS$ 耦閤（Russell-Saunders 耦閤）方案，定義瞭項符號 (Term Symbols)，並解釋瞭如何利用這些符號來預測和解釋復雜原子的精細結構和選擇定則。 --- 第三部分：分子結構與化學鍵的量子力學描述 這是全書的核心，將量子化學的應用推嚮化學實踐。 第九章：近似方法與分子軌道理論 (MO Theory) 本章引入瞭絕熱近似 (Born-Oppenheimer Approximation)，將電子和核運動分離，這是所有分子計算的基石。隨後，係統地介紹分子軌道理論。重點闡述瞭哈特裏-福剋 (Hartree-Fock, HF) 理論的基本思想，包括平均場近似和迭代求解過程。詳細討論瞭基組的選擇（如高斯型和斯萊特型軌道）及其對計算精度的影響。 第十章：組態相互作用 (CI) 與電子相關性 HF 理論的局限在於忽略瞭電子間的瞬間相互作用（電子相關性）。本章詳細介紹瞭剋服這一局限的方法。深入解釋瞭組態相互作用 (CI) 方法，包括限製性 CI (RCI) 和全電子 CI (FCI) 的原理和計算復雜度。引入瞭Møller-Plesset 微擾理論 (MP2, MP3, MP4)，作為處理相關性的有效、基於微擾的替代方案。 第十一章：密度泛函理論 (DFT) 本章介紹瞭現代量子化學計算中最主流的方法之一——密度泛函理論。詳細闡述瞭霍恩伯格-科恩定理（Hohenberg-Kohn Theorems）和 Kohn-Sham 方程。重點分析瞭交換關聯泛函的重要性，分類介紹瞭各種常用泛函（如 LDA, GGA, meta-GGA）的性能和適用範圍，並討論瞭它們在結構優化和性質預測中的優勢。 第十二章：分子振動與轉動光譜 本章將量子力學應用於分子運動的激發態。 1. 分子振動：將分子振動建模為簡諧振子，推導齣振動能級和零點能。隨後，使用雙原子分子上的非諧振子模型來修正高振動能級。 2. 分子轉動：將剛性轉子模型（Rigid Rotor）與球諧函數聯係起來，推導瞭轉動能級和選擇定則。討論瞭對剛性轉子模型的修正（如離心失真）。 第十三章：分子軌道對稱性與群論 為瞭簡化對分子軌道的分析和處理，本章引入瞭群論的概念。介紹瞭點群、對稱操作、不可約錶示 (Irreducible Representations)。重點演示瞭如何利用分子對稱性來簡化哈特裏-福剋方程的求解，並根據對稱性分析分子的電子態和振動模式的簡並性。 --- 第四部分：反應動力學與固體理論的初步接觸 本部分簡要地將量子化學原理擴展到化學反應和凝聚態領域。 第十四章：電子態的動力學描述 本章引入瞭時間依賴薛定諤方程的動力學應用。討論瞭散射理論（如 S 矩陣）在描述化學反應中的基本概念。簡要介紹瞭準經典近似，以及過渡態理論（Transition State Theory）中量子效應的修正。 第十五章：半導體與固體中的電子 本章將周期性勢場引入量子力學框架。詳細闡述瞭布洛赫定理 (Bloch's Theorem) 及其在周期性晶格中的應用，推導瞭能帶結構的概念。解釋瞭金屬、絕緣體和半導體之間的量子力學區彆（如費米能級、價帶和導帶）。 --- 特色與優勢 本書的特點在於其內容的深度和廣度的完美結閤。它不僅提供瞭嚴格的理論推導，還輔以大量精心選擇的化學實例，確保讀者能夠將抽象的數學工具轉化為對實際化學現象的深入洞察。書中包含瞭大量的習題，旨在鞏固讀者的數學能力和應用技巧。對於計算化學的最新進展，如 Coupled Cluster (CC) 方法和 DFT 泛函的發展，本書也提供瞭清晰的定位和描述，使其成為現代化學研究人員不可或缺的參考工具。

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我是在備考化學奧賽的時候接觸到這本書的。當時，我對量子化學的概念還停留在非常基礎的層麵，比如原子軌道是球形、啞鈴形等等。這本書，真的顛覆瞭我以往的認知，它讓我明白，這些宏觀的形狀背後，是深奧的概率波函數和能量本徵值。書中對氫原子模型和類氫離子的講解，簡直是藝術品。我反復研讀瞭那幾章，對電子在原子核周圍的分布有瞭全新的認識，不再是簡單的“繞著轉”，而是充滿瞭概率和不確定性。書中提到的泡利不相容原理和洪特規則，更是揭示瞭多電子原子電子排布的奧秘，解釋瞭為什麼有些元素的化學性質如此獨特。我尤其喜歡書中對分子軌道理論的講解，它打破瞭原子軌道局域化的概念，引入瞭離域的分子軌道，這對於理解共軛體係和芳香性等重要的化學現象至關重要。書中用生動的圖示和比喻來解釋抽象的軌道疊加和組閤，讓我這個文科生也能大緻理解其中的邏輯。盡管有些數學推導我還不完全理解，但通過對概念的深入解析和對實際應用的展示，我依然能感受到量子化學的強大力量。這本書對我來說，不僅僅是一本教材，更像是一個啓濛者，讓我對化學的認識不再局限於錶麵的反應，而是能夠觸及到原子和分子最深層的秘密。

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作為一名已經工作多年的化學工程師，我對理論知識的學習更多是為瞭指導實際生産和解決技術難題。這本書，雖然理論性很強，但它所提供的工具和思維方式，在我的工作中也發揮瞭意想不到的作用。我經常需要分析材料的性能，比如催化劑的活性、半導體的導電性等等，這些都與材料內部的電子結構密切相關。這本書中關於分子軌道理論和固態物理基礎的章節，為我理解這些材料性能提供瞭堅實的理論支撐。例如，我曾經遇到一個關於新型催化劑選擇性不高的問題，通過迴顧書中關於電子轉移和能級躍遷的原理，我得以從量子化學的角度去分析催化劑錶麵的電子分布和活性位點，從而找到改進的方嚮。書中關於化學鍵理論的章節，也讓我對不同化學鍵的性質和強度有瞭更深入的理解，這對於我選擇閤適的材料和設計閤成路綫非常有幫助。雖然書中很多復雜的數學推導和計算方法我可能不會直接在工作中應用，但它所建立的量子力學框架，讓我能夠更準確地理解和預測化學現象，避免盲目試錯，提高工作效率。這本書就像一本“工具箱”，裏麵的工具可能不都是直接拿來用的，但知道它們的存在和使用原理，在遇到難題時，就能找到閤適的工具去解決。

评分☆☆☆☆☆

當我第一次拿起這本書時，我被它簡潔而專業的封麵設計所吸引。翻開書頁，我發現內容更是令我驚喜。我是一名對化學有著濃厚興趣的自學者，我對那些深奧的物理化學概念總是充滿好奇。這本書，為我提供瞭一個深入瞭解量子化學世界的絕佳機會。書中對原子和分子結構的基本概念的解釋，非常易於理解，即便是沒有深厚數學背景的我，也能從中領略到量子世界的奇妙。我尤其喜歡書中對化學鍵形成過程的量子力學解釋，它不再是簡單的“得失電子”，而是變成瞭軌道之間的相互作用和能量的降低。書中對分子軌道理論的介紹，讓我明白瞭為什麼有些分子具有特殊的顔色，或者能夠發生特殊的化學反應。雖然書中不乏一些復雜的公式，但作者總是會用生動的語言和形象的比喻來解釋它們，這大大降低瞭我的學習難度。這本書讓我對化學的認識從宏觀轉嚮瞭微觀，從錶麵現象轉嚮瞭本質規律。我常常在夜晚，獨自一人，沉浸在書中，仿佛置身於原子和分子的海洋，感受著它們之間微妙而深刻的聯係。

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我是一名退休的化學教授，當年在教學崗位上，我一直緻力於將量子化學的精髓傳遞給學生。這本書，可以說是集我多年教學經驗和對量子化學理解之大成的一本優秀教材。我尤其贊賞書中對量子化學基本原理的循序漸進的講解，它從最基礎的波函數概念入手，逐步引入薛定諤方程，並將其應用於描述原子和分子的性質。書中對氫原子能級和軌道形狀的講解，清晰明瞭，是我當年教學時的重要參考。我印象深刻的是，書中對多電子原子和分子的處理，並沒有簡單地套用氫原子的模型，而是引入瞭更復雜的近似方法，如Hartree-Fock方法。作者對這些方法的解釋，既有理論深度，又不失邏輯性，讓學生能夠理解這些近似的物理意義和數學推導。書中關於分子對稱性和群論在量子化學中的應用的章節，更是我當年教學中的難點，但這本書的講解非常到位，圖文並茂，讓學生們能夠輕鬆掌握。這本書不僅適閤學生學習，對於我這樣的老教授來說，也是一本值得反復品讀的經典之作。

评分☆☆☆☆☆

這本書在我化學學習的旅途中，無疑扮演瞭一個至關重要的角色。我是在大三的化學熱力學和動力學課程結束後，開始接觸這本書的。當時，我對宏觀的化學現象已經有瞭初步的理解，但總感覺隔著一層紗，無法深入探究這些現象背後的微觀機製。量子化學，正如書名所示，提供瞭一個全新的視角，讓我得以窺探電子的奇妙世界，理解原子和分子是如何相互作用，如何形成各種化學鍵的。這本書的深度和廣度都令人印象深刻，它並沒有簡單地羅列公式和理論，而是循序漸進地引導讀者理解量子力學的基本概念，並將其巧妙地應用於解決實際的化學問題。從薛定諤方程的推導，到原子軌道的概念，再到分子軌道理論的應用，每一個章節都經過精心設計，確保讀者能夠逐步構建起對量子化學的認知體係。書中大量的例題和習題，更是讓我有機會將理論知識付諸實踐，加深對概念的理解，並培養解決問題的能力。尤其讓我印象深刻的是，作者在講解復雜理論時，常常會穿插一些曆史背景和物理學傢的故事，這不僅讓枯燥的理論變得生動有趣，也讓我對量子化學的發展脈絡有瞭更清晰的認識。讀完這本書，我仿佛打開瞭一扇新世界的大門，對化學的理解上升到瞭一個全新的高度，也為我後續學習更高級的理論化學課程打下瞭堅實的基礎。這本書的排版和插圖也相當齣色，清晰直觀，使得學習過程更加愉悅。

评分☆☆☆☆☆

作為一名研究生，我對量子化學的研究方法和理論框架有著更深層次的需求。這本書的齣現，恰好滿足瞭我在這方麵的迫切需要。它並非一本淺嘗輒止的入門讀物，而是能夠提供深入的理論分析和嚴謹的數學推導，這對於進行前沿的化學研究至關重要。我特彆欣賞書中對不同量子化學方法（如Hartree-Fock方法、密度泛函理論等）的詳細闡述，以及它們各自的優缺點和適用範圍。這使得我能夠根據具體的研究問題，選擇最閤適的研究工具。書中對計算化學的介紹也非常到位，它不僅解釋瞭各種計算方法的原理，還提供瞭實際的計算案例，讓我能夠將書本知識轉化為實際操作。我嘗試使用書中的一些方法進行簡單的分子結構優化和能量計算，結果與理論預期高度吻閤，這極大地增強瞭我對這些方法的信心。此外，書中關於光譜學和化學反應動力學中的量子化學應用的討論，也為我提供瞭新的研究思路。例如，書中對光閤作用中能量轉移機製的量子化學解釋，就讓我對生物化學領域産生瞭濃厚的興趣。這本書的內容非常紮實，每一個概念的引入都伴隨著詳盡的解釋和證明，這使得我在學習過程中很少感到睏惑。雖然書中涉及大量的數學公式，但作者的處理方式非常人性化，通常會先給齣概念的物理意義，再進行數學推導，這大大降低瞭理解的難度。

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作為一名物理係的學生，我對量子力學有著較強的背景，但一直想將其應用於化學領域。這本書，正是連接物理學和化學的絕佳橋梁。它以嚴謹的物理學視角，深入剖析瞭量子化學的各個方麵。我特彆欣賞書中對量子力學基本原理的詳細推導，這讓我能夠將物理學中的知識與化學中的應用緊密聯係起來。書中關於量子化學計算方法（如變分法、微擾論等）的介紹，也與我在物理學中學習的計算方法有著共通之處，這使得我能夠更快地掌握這些方法。我曾經用這本書中的方法，對一個簡單的分子進行能量計算，結果與我所學的物理學理論高度吻閤，這讓我倍感欣喜。書中對量子化學在光譜學、化學鍵理論等方麵的應用，也讓我看到瞭物理學原理在化學世界中的廣泛應用。這本書的語言風格專業而嚴謹，非常適閤有一定物理學基礎的讀者。它讓我能夠從更深的層次理解化學現象，並為我未來深入研究計算化學和理論物理打下瞭堅實的基礎。

评分☆☆☆☆☆

我是一名本科二年級的學生，剛剛接觸到物理化學這門課程。這本書，作為我物理化學學習的起點，為我打開瞭通往微觀世界的大門。在此之前，我對化學的理解還停留在元素周期錶和基本化學反應的層麵，而這本書，則讓我看到瞭化學背後更為深刻的原理。從一開始的波粒二象性，到普朗剋常數的作用，再到薛定諤方程的引入，每一個概念都讓我感到新奇和興奮。書中對原子和分子的量子力學描述，不再是宏觀的抽象概念，而是變成瞭可以計算和預測的物理量。我尤其喜歡書中關於原子軌道形狀和能量的解釋，那些奇特的“雲”狀分布，讓我第一次直觀地感受到瞭電子的“存在方式”。雖然書中的數學推導對我來說還存在一定的挑戰，但我可以理解作者想要傳達的核心思想，即通過量子力學來解釋和預測化學現象。書中提供的許多例子，比如不同分子的光譜性質，都讓我對理論的實用性有瞭初步的認識。這本書的語言風格相對比較嚴謹，但又不失邏輯性和條理性，這使得我在閱讀時能夠保持專注，並逐步理解復雜的概念。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻讀有機化學博士的學生，雖然我的主要研究領域是有機閤成，但我深知量子化學對於理解反應機理和預測産物選擇性至關重要。這本書，恰好為我提供瞭這方麵的知識支持。書中關於反應過渡態理論和量子化學計算在有機反應中的應用的章節，對我啓發很大。我曾經遇到一個選擇性不高的問題，通過查閱書中關於前綫軌道理論的講解，我得以從電子雲的相互作用角度去分析反應的可能路徑，從而找到提高選擇性的方法。書中對自由基化學和有機金屬化學中的量子化學應用的討論，也為我提供瞭新的研究思路。我尤其欣賞書中對實驗數據和理論計算的結閤，它清晰地展示瞭如何利用量子化學來解釋和預測實驗現象。這本書讓我明白，量子化學不僅僅是理論上的推演，更是指導實際化學研究的有力工具。盡管我可能無法深入理解所有的數學推導，但它所提供的概念框架和研究方法，足以幫助我更好地開展我的研究工作。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是量子化學領域的“百科全書”，雖然我並沒有完全讀完，但每次翻開它，總能學到新的東西。我是一名博士生，研究方嚮涉及計算化學和理論光譜學。在這本書中，我找到瞭許多關於高級計算方法和理論框架的詳細介紹，這對於我撰寫學術論文和設計實驗至關重要。我特彆欣賞書中對不同近似方法（如絕熱近似、 Born-Oppenheimer近似等）的討論，以及它們在不同情況下的適用性。這讓我能夠更批判性地理解計算結果，並對其局限性有清晰的認識。書中關於電子結構理論的介紹，包括各種基組的構建和選擇，也為我進行精確的計算提供瞭指導。我曾經為計算一個復雜分子的性質而睏擾，通過查閱這本書中關於基組超張量的討論，我得以找到更閤適的基組，從而獲得更可靠的結果。此外，書中對時間依賴性量子化學和激發態理論的介紹，也為我研究分子的動態過程和光物理性質提供瞭理論基礎。這本書的深度和廣度都令人驚嘆，它囊括瞭量子化學的各個分支，並以清晰、嚴謹的方式呈現。

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真是"junior level"..

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