Quantum Chemistry Notes

📘 量子化学笔记（2026-2027版）

《量子化学笔记（2026-2027版）》是一本以研究为导向的综合性教科书，专为化学、物理、材料科学和计算建模领域的学生、教师和专业人士设计。本书深入讲解了量子理论、分子轨道理论、计算方法、光谱学以及在化学研究中的现代应用。

本书将基本的量子原理与实际应用相结合。读者将掌握波粒二象性、薛定谔方程、算符形式、基组、密度泛函理论、后哈特里-福克方法、分子轨道以及用于预测反应机理的计算技术。

⚛️ 第一单元：量子理论的历史背景与基础

• 经典物理与现代物理：黑体辐射、光电效应、康普顿散射

• 卢瑟福模型、玻尔模型和索末菲模型

• 波粒二象性与德布罗意波

• 海森堡不确定性原理

• 薛定谔方程：含时形式与不含时形式

• 物理诠释：波函数与概率密度

🔢 第二单元：数学工具与算符形式

• 算符、本征函数与本征值

• 厄米算符、正交性、完备性

• 狄拉克符号（狄拉克符号）

• 期望值、对易子、维里定理、埃伦费斯定理

📐 第三单元：精确可解的单电子系统

• 一维、二维、三维箱中粒子系统

• 简并性与宇称

• 自由粒子解节点结构

• 谐振子：振动能、零点能

• 刚体转子模型及其旋转运动应用

🔹 第四单元：角动量与自旋

• 轨道自旋与本征自旋

• 角动量量子化

• 梯形算符与球谐函数

• 角动量耦合

• 粒子统计、交换对称性、费米子的斯莱特行列式

🌀 第五单元：基组与组态相互作用

• 原子基组与分子基组：STO、GTO 等

• 最小基组、分裂价基组和极化基组

• 原子轨道线性组合

• 组态相互作用：单激发、双激发、全组态相互作用

• 电子关联与组态相互作用方法的精度

⚡ 第六单元：密度泛函理论与含时泛函

• 霍恩伯格-科恩定理

• 科恩-沙姆方程

• 交换关联泛函：LDA GGA 杂化

• 激发态的含时密度泛函理论 (TD-DFT)

• 基态和激发态计算的应用

🧩 第七单元：分子轨道理论和价键理论

• LCAO 中的分子轨道

• 成键轨道、反键轨道和非键轨道

• 双原子分子的分子轨道图

• HOMO-LUMO 概念

• 价键理论和分子轨道理论的比较

• 价键理论中的共振结构

🔬 第八单元：计算工具和现代软件应用

• 量子化学软件：Gaussian、ORCA、GAMESS

• 基组库和泛函选择

• 几何优化和频率计算

• 可视化工具：Avogadro、GaussView、Jmol

• 计算化学的最佳实践

📊 第九单元：光谱学、光化学及其应用

• 辐射与物质的相互作用

• 紫外-可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振光谱和电子自旋共振光谱光谱学基础

• 选择规则与跃迁偶极矩

• 电子跃迁与激发态

• 光物理过程与光化学过程

• 量子产率与反应路径

📏 第十单元：量子化学新兴主题

• 化学中的量子计算

• 用于分子预测的机器学习与人工智能

• 激发态动力学与非绝热跃迁

• 量子点与纳米化学

• 绿色化学与催化设计

• 实时密度泛函理论 (DFT)

✨本应用灵感源自以下作者：

Donald A. McQuarrie、Ira N. Levine、Peter Atkins、Klaus Ruedenberg、Linus Pauling、Mark Tuckerman 和 Charles Kittel

📲 下载《量子化学笔记》（2026-2027 版），掌握量子原理、计算建模、分子轨道和现代光谱技术。是化学和材料科学领域学生、教师和研究人员的理想之选。