Quantum Chemistry Notes

📘 量子化學筆記（2026-2027版）

《量子化學筆記（2026-2027版）》是一本以研究為導向的綜合性教科書，專為化學、物理、材料科學和計算建模領域的學生、教師和專業人士設計。本書深入講解了量子理論、分子軌道理論、計算方法、光譜學以及在化學研究中的現代應用。

本書將基本的量子原理與實際應用結合。讀者將掌握波粒二象性、薛丁格方程式、算符形式、基組、密度泛函理論、後哈特里-福克方法、分子軌道以及用於預測反應機理的計算技術。

⚛️ 第一單元：量子理論的歷史背景與基礎

• 經典物理與現代物理：黑體輻射、光電效應、康普頓散射

• 盧瑟福模型、玻爾模型與索末菲模型

• 波粒二象性與德布羅意波

• 海森堡不確定性原理

• 薛丁格方程式：含時形式與不含時形式

• 物理詮釋：波函數與機率密度

🔢 第二單元：數學工具與算符形式

• 算符、本徵函數與本徵值

• 厄米算符、正交性、完備性

• 狄拉克符號（狄拉克符號）

• 期望值、對易子、維裡定理、埃倫費斯定理

📐 第三單元：精確可解的單電子系統

• 一維、二維、三維箱中粒子系統

• 簡併性與宇稱

• 自由粒子解節點結構

• 諧振子：振動能、零點能

• 剛體轉子模型及其旋轉運動應用

🔹 第四單元：角動量與自旋

• 軌道自旋與本徵自旋

• 角動量量化

• 梯形算符與球諧函數

• 角動量耦合

• 粒子統計、交換對稱性、費米子的斯萊特行列式

🌀 第五單元：基組與組態交互作用

• 原子基組與分子基組：STO、GTO 等

• 最小基組、分裂價基組和極化基組

• 原子軌道線性組合

• 組態交互作用：單激發、雙激發、全組態交互作用

• 電子關聯與組態交互作用方法的精度

⚡ 第六單元：密度泛函理論與含時泛函

• 霍恩伯格-柯恩定理

• 科恩-沙姆方程

• 交換關聯泛函：LDA GGA 雜化

• 激發態的含時密度泛函理論 (TD-DFT)

• 基態和激發態計算的應用

🧩 第七單元：分子軌道理論與價鍵理論

• LCAO 中的分子軌道

• 成鍵軌道、反鍵軌道和非鍵軌道

• 雙原子分子的分子軌道圖

• HOMO-LUMO 概念

• 價鍵理論與分子軌道理論的比較

• 價鍵理論中的共振結構

🔬 第八單元：計算工具與現代軟體應用

• 量子化學軟體：Gaussian、ORCA、GAMESS

• 基組庫和泛函選擇

• 幾何最佳化與頻率計算

• 視覺化工具：Avogadro、GaussView、Jmol

• 計算化學的最佳實踐

📊 第九單元：光譜學、光化學及其應用

• 輻射與物質的相互作用

• 紫外-可見光光譜、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振光譜和電子自旋共振光譜光譜學基礎

• 選擇規則與躍遷偶極矩

• 電子躍遷與激發態

• 光物理過程與光化學過程

• 量子產率與反應路徑

📏 第十單元：量子化學新興主題

• 化學中的量子計算

• 用於分子預測的機器學習與人工智慧

• 激發態動力學與非絕熱躍遷

• 量子點與奈米化學

• 綠色化學與催化設計

• 即時密度泛函理論 (DFT)

✨本應用靈感源自以下作者：

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

📲 下載《量子化學筆記》（2026-2027 年版），掌握量子原理、計算建模、分子軌道和現代光譜技術。是化學和材料科學領域學生、教師和研究人員的理想選擇。