Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer-Verlag

作者:H. Haken

出品人:

頁數:422

译者:

出版時間:1995-2

價格:USD 49.50

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783540583639

叢書系列:

圖書標籤:

• 圖書館的
• MolecularPhysics
• Haken&Wolf
• 物理化學
• 分子物理
• 量子化學
• 物理學
• 化學
• 量子力學
• 分子結構
• 光譜學
• 熱力學
• 統計力學

好的，這是一份關於《量子化學與分子物理導論》的圖書簡介，內容將側重於介紹量子化學和分子物理學的核心概念、理論框架、計算方法及其在現代科學中的應用，同時避免提及您提到的特定書名。 --- 書名：《量子化學與分子物理導論》 引言：深入探索物質的微觀本質 物質世界在宏觀尺度上遵循經典的物理定律，但在微觀層麵——原子、分子及更小的尺度上，其行為完全由量子力學的原理所支配。理解物質的結構、性質以及它們如何相互作用，是現代化學、材料科學、生物物理學和凝聚態物理學等諸多學科的基石。 本書旨在為讀者提供一個全麵而嚴謹的量子化學和分子物理學的基礎框架。我們不僅僅介紹理論公式，更強調對物理圖像的深刻理解，以及如何將這些原理應用於解決實際的科學問題。本書的目標讀者是具有紮實的微積分、綫性代數和基礎物理學背景的本科高年級學生、研究生以及希望係統性迴顧這些領域基礎知識的研究人員。 第一部分：量子力學基礎與一維模型 本部分奠定瞭整個論述的理論基石，從曆史背景齣發，追溯瞭經典物理學的局限性，引齣瞭量子化的必然性。 1.1 物理學的危機與量子假設： 我們首先迴顧瞭黑體輻射、光電效應和原子光譜等關鍵實驗，這些實驗挑戰瞭經典物理學的完備性，促成瞭普朗剋量子的概念。隨後，玻爾模型被引入，盡管它是一個半經典的妥協方案，但成功解釋瞭氫原子光譜的離散能級。 1.2 波動力學與薛定諤方程： 德布羅意的物質波假設是連接粒子與波的橋梁。本書詳細闡述瞭薛定諤方程的建立過程，區分瞭時間依賴和時間無關的薛定諤方程。我們著重討論瞭波函數的物理意義，特彆是玻恩對波函數概率幅的解釋。 1.3 求解簡單係統的範例： 為瞭建立直觀的物理圖像，我們深入分析瞭幾個基礎模型： 無限深勢阱（粒子在盒中）： 這是理解量子化的能量本徵值和波函數空間分布的起點。 有限深勢阱與隧穿效應： 討論瞭粒子穿透經典勢壘的奇特現象，這是掃描隧道顯微鏡（STM）等現代技術的基礎。 諧振子模型： 建立瞭分子振動的量子力學描述，其能量等間隔的特性在光譜學中至關重要。 剛性轉子模型： 描述瞭分子的純轉動能級，這是微波光譜學的核心。 1.4 抽象代數與算符理論： 量子力學的數學形式依賴於綫性代數。我們詳細介紹瞭算符、本徵值、本徵函數、對易關係以及基本的可觀測量的測量原理。海森堡不確定性原理不再是一個經驗法則，而是源於算符的非對易性。 第二部分：角動量、自鏇與氫原子 本部分將理論框架應用於具有球對稱勢能的係統，這是理解原子結構的關鍵。 2.1 三維空間中的薛定諤方程與球坐標係： 我們將薛定諤方程推廣到三維，並使用球坐標係進行分離變量求解。這自然地導齣瞭球諧函數（Spherical Harmonics），它們是描述角動量本徵態的數學工具。 2.2 角動量理論： 詳細推導瞭角動量算符的對易關係，並確定瞭總角動量平方 $hat{L}^2$ 和 $L_z$ 的共同本徵函數。本徵值 $l(l+1)hbar^2$ 和 $m_lhbar$ 的確定，是量子數概念的正式確立。 2.3 氫原子精確解： 氫原子是唯一一個可以精確求解的、具有多電子的係統。本書展示瞭如何通過求解徑嚮方程得到能量本徵值 $E_n = - frac{m_e e^4}{2hbar^2 n^2}$，並係統地引入瞭主量子數 $n$、角量子數 $l$ 和磁量子數 $m_l$。 2.4 電子自鏇與泡利不相容原理： 引入瞭電子的內在角動量——自鏇（Spin），及其量子數 $s=1/2$ 和 $m_s = pm 1/2$。泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle）被作為基本假設引入，它解釋瞭多電子原子中電子的排布規律，是化學周期性的根本原因。 第三部分：近似方法與多電子係統 真實世界的分子通常過於復雜，無法精確求解薛定諤方程。本部分著重介紹處理近似問題的強大工具。 3.1 變分法： 基於變分原理，我們介紹瞭如何利用試探波函數來估計係統的基態能量上限。這在計算化學中具有核心地位，尤其是在構建分子軌道時。 3.2 微擾論： 對於小的、可忽略的擾動項，微擾論提供瞭一種係統性的方法來計算能量和波函數的修正。本書區分瞭一階和二階修正，並討論瞭簡並和非簡並情況下的應用。 3.3 中心場近似與平均場理論： 麵對多電子原子，我們采用中心場近似，將庫侖排斥視為一個平均勢場。這引導我們進入瞭哈特裏-福剋（Hartree-Fock, HF）方法的構建。HF方法是現代從頭算（Ab Initio）計算的起點，它成功地將原子和分子係統的波函數近似為斯萊特行列式（Slater Determinant）。 3.4 角動量耦閤與光譜項符號： 對於多電子原子，我們需要處理不同的角動量耦閤方案（如LS耦閤和jj耦閤）來確定係統的總角動量 $J$ 和對應的光譜項符號（Term Symbols）。 第四部分：分子結構與化學鍵的量子描述 本部分將理論工具應用於分子係統，深入理解化學鍵的本質。 4.1 分子哈密頓量與玻恩-奧本海默近似： 闡述瞭分子體係的完整哈密頓量，並詳細討論瞭玻恩-奧本海默（Born-Oppenheimer, BO）近似——即將原子核的運動與電子的運動分離。這一近似是所有現代分子結構計算的基石。 4.2 分子軌道理論： 利用綫性組閤原子軌道（LCAO）方法構建分子軌道。我們詳細分析瞭雙原子分子（如$ ext{H}_2^+$ 和 $ ext{H}_2$）的成鍵、反鍵和非鍵軌道，並解釋瞭σ和π軌道的區彆。 4.3 雜化軌道理論： 引入價鍵理論（Valence Bond Theory）和雜化軌道概念，解釋瞭分子幾何構型（如 $ ext{sp}^3, ext{sp}^2, ext{sp}$ 雜化）的形成，以及 $sigma$ 鍵和 $pi$ 鍵的形成機理。 4.4 分子振動與轉動： 結閤諧振子和剛性轉子模型，係統地描述瞭分子的紅外（IR）和微波光譜，解釋瞭選擇定則（Selection Rules）和轉動-振動能級的耦閤。 第五部分：從量子力學到計算化學 本部分概述瞭如何將理論模型轉化為可實際操作的計算方法，這是連接理論與實驗的關鍵。 5.1 密度泛函理論（DFT）的引入： 針對後HF方法中電子相關能的處理難題，本書介紹瞭密度泛函理論的基本思想，特彆是霍恩伯格-科恩定理，以及局域密度近似（LDA）和廣義梯度近似（GGA）等實際應用中的泛函選擇。 5.2 基組的選取與計算流程： 討論瞭在實際計算中如何選擇閤適的基函數集（如高斯型函數）來近似分子軌道，並簡要概述瞭從幾何優化、能量計算到分子屬性預測的標準計算工作流程。 結論與展望 本書成功地構建瞭一個從基本量子假設到復雜分子係統描述的完整知識體係。量子力學已不再是抽象的數學工具，而是理解化學鍵、預測材料性質、設計新藥物分子的強大引擎。掌握這些基礎，讀者將能夠批判性地評估計算結果，並為進入更前沿的領域（如激發態理論、動力學模擬或凝聚態量子物理）做好充分準備。 ---

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