A Chemist's Guide to Valence Bond Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Shaik, Sason S./ Hiberty, Philippe C.

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2007-12

价格:875.00元

装帧:

isbn号码:9780470037355

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 化学
• 价键理论
• 化学键
• 分子轨道理论
• 量子化学
• 物理化学
• 结构化学
• 化学教育
• 理论化学
• 化学基础

理论化学前沿：从量子力学到分子光谱 一本深入探讨现代化学核心理论的权威著作 内容提要： 本书是一部旨在为化学、物理学及材料科学领域的学生和研究人员提供坚实理论基础的深度专著。它以严谨的数学框架和清晰的物理图像为支撑，全面系统地阐述了量子力学在分子体系中的应用，重点聚焦于电子结构理论的构建与实际操作。全书结构精心组织，从基础的薛定谔方程的求解出发，逐步过渡到处理多电子体系的复杂方法，为理解化学键的本质提供了无懈可击的理论工具。 第一部分：量子力学的基石与一维模型 本书伊始，便为读者奠定了必要的数学与物理基础。首先，详细回顾了经典力学向量子力学的过渡，并引入了波函数、算符、本征值和本征函数等核心概念。我们强调了态叠加原理和不确定性原理在描述微观粒子行为中的关键作用。 随后，我们深入探讨了简谐振子和自由粒子模型，这些基础模型不仅是求解更复杂体系的数学技巧训练，也直观地展示了能量量子化的物理意义。特别地，对无限深势阱（粒子在盒中）的分析，为理解电子在分子轨道中的离域性提供了最初的直观模型。 第二部分：角动量、氢原子与自旋 本卷的重点在于精确处理具有中心势场的体系。我们对角动量算符及其对易关系进行了详尽的分析，特别是球谐函数在三维空间中描述轨道形状的数学形式。 氢原子的精确解是本书的理论高潮之一。我们展示了如何通过分离变量法求解径向方程和角向方程，从而导出主量子数 ($n$)、角量子数 ($l$) 和磁量子数 ($m_l$) 的物理意义及其对应的波函数。这部分内容详尽讨论了s, p, d, f等轨道的空间分布特性，以及这些分布如何决定原子光谱的精细结构。 至关重要的电子自旋概念被引入，并结合泡利不相容原理，为理解多电子原子的电子排布（如洪特规则和胡夫特规则）提供了量子力学依据。此外，我们还讨论了斯特恩-盖拉赫实验的理论解释，以确立自旋的内在量子特性。 第三部分：多电子体系的近似方法 在进入分子体系之前，必须解决多电子原子和分子的核心挑战——电子间的库仑排斥作用。本书系统介绍了处理这些复杂相互作用的各种近似方法： 1. 变分法 (Variational Principle): 详细阐述了如何利用一个试探波函数来估算体系的基态能量的上限。书中包含多个经典示例，如氦原子的基态能量估算，展示了该方法的实用性与局限性。 2. 平均场近似 (Mean-Field Approximation) 与平均场理论 (Mean-Field Theory): 这是处理多电子体系的桥梁。我们深入剖析了福克-汤门（Hartree-Fock, HF）方程的推导过程，包括引入了库仑算符和交换算符的物理意义。HF方法揭示了每个电子如何在所有其他电子的“平均”场中运动，是现代计算化学的基石。 3. 密度泛函理论 (Density Functional Theory, DFT) 的早期概念： 虽然DFT的现代形式更为复杂，但本书在理论发展的历史脉络中，介绍了霍恩伯格-科恩定理的基本思想，即系统的基态能量完全由其电子密度决定，为后来的计算方法奠定了概念基础。 第四部分：化学键的量子力学描述 本部分将理论工具应用于化学现象的核心——分子成键。 1. 分子轨道理论 (Molecular Orbital Theory, MO): 我们首先使用线性组合原子轨道（LCAO）方法来构建分子轨道。对于双原子分子（如H₂⁺, H₂），我们详细展示了如何通过轨道叠加形成σ和π键，以及成键、反键和非键轨道的能量排序。 2. 电子组态与激发态： 讨论了如何利用 Slater 确定子来构建多电子分子的波函数，并利用它们来计算激发态的能量和光谱性质。这包括对电子跃迁的详细分析，如电偶极矩的选择定则。 3. 过渡金属的电子结构： 针对过渡金属配合物，本书采用晶体场理论（Crystal Field Theory, CFT）作为初步的几何和电子结构模型，解释了d轨道的分裂现象及其对颜色的影响。随后，引入了配位场理论（Ligand Field Theory, LFT），将CFT与分子轨道理论结合，更准确地描述了配体与中心金属之间的键合性质。 第五部分：分子动力学与光谱的连接 理论化学的最终目标是解释实验观察到的现象。本章侧重于将电子结构与分子运动和光谱联系起来。 1. 振动与转动： 我们应用谐振子和刚性转子模型来描述分子的振动和转动能级，并计算了红外（IR）和微波光谱的特征频率和选择定则。这部分强调了零点能的物理重要性。 2. 电子跃迁与荧光/磷光： 详细阐述了激发态的寿命、辐射和非辐射弛豫过程。通过Jablonski图，清晰地描绘了单线态和三线态之间的交叉过程（系间窜越），这是理解光化学反应的关键。 本书特色： 严谨性与可读性的平衡： 书中所有关键推导都提供了详细的数学步骤，但配以清晰的物理图像和直观的化学解释。 强调应用： 理论模型紧密结合经典实验结果，帮助读者理解理论如何指导实验设计。 丰富的数学附录： 提供了处理矢量空间、矩阵代数和特殊函数的详细回顾，确保读者具备必要的数学工具。 本书是化学系高年级本科生、研究生以及从事计算化学、材料物理和光谱学研究的科研人员的理想参考书。掌握本书内容，将使读者能够自信地阅读和评估最新的前沿化学文献。

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