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出版者:中国科学技术大学出版社

作者:张德生

出品人:

页数:317

译者:

出版时间:2012-8

价格:35.00元

装帧:平装

isbn号码:9787312030130

丛书系列:高校核心课程学习指导丛书

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《量子化学导论：从基本原理到现代应用》 内容简介： 本书旨在为化学、物理学及相关理工科专业的学生和研究人员提供一套全面而深入的量子化学基础知识体系。全书涵盖了量子化学的核心理论框架、计算方法及其在现代化学研究中的具体应用，力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间搭建坚实的桥梁。 第一部分：量子力学基础与数学工具 本部分是理解后续所有量子化学内容的基础。我们首先回顾了经典物理学的局限性，引入了黑体辐射、光电效应和波粒二象性等关键实验，导出了普朗克常数和德布罗意波的概念。随后，重点阐述了薛定谔方程——量子力学描述物质行为的基石。 数学准备： 详细介绍了狄拉克符号（Bra-ket notation）、线性代数中的本征值问题、算符理论以及希尔伯特空间的概念。这些是进行严谨量子力学推导的必备工具。 一维与三维势场问题： 通过对粒子在无限深势阱、有限深势阱、谐振子以及角动量算符的详细分析，清晰展示了量子化现象的来源。重点讲解了角动量的本征值和本征函数，为原子结构理论的建立奠定基础。 氢原子结构： 这是量子力学在原子体系中的第一个重要应用。我们完整推导了中心势场下的薛定谔方程，分离变量，得到了径向方程和角向方程，并清晰地解释了量子数（$n, l, m_l$）的物理意义，描绘了氢原子轨道的形状和概率分布。 第二部分：近似方法与多电子体系 在实际化学体系中，精确求解多电子薛定谔方程几乎是不可能的，因此，本部分专注于介绍行之有效的近似方法。 时间无关微扰理论： 系统阐述了一阶和二阶微扰理论，并讨论了其在处理弱相互作用（如斯塔克效应、塞曼效应的初步探讨）时的应用。 变分法： 强调了变分原理（Trial Wave Function的能量期望值总是大于或等于真实基态能量）的重要性，并结合简单的例子（如氦原子电子云的尝试函数）演示了其计算流程。 泡利不相容原理与自洽场（SCF）方法： 这是分子量子化学的真正起点。详细解释了泡利原理对电子排布的决定性影响，引出交换能的概念。深入剖析了哈特里-福克（Hartree-Fock, HF）理论的迭代过程，包括了 Fock 算符的构建、LCAO 近似（线性组合的原子轨道）以及基组的选择（最小基组、分裂价层基组、极化函数等）。 第三部分：分子轨道理论与化学键 本部分将理论工具应用于实际的化学分子体系，解释了化学键的本质。 分子轨道理论（MO）： 区别于价键理论，重点讲解了分子轨道的构造、能量排序以及对称性分析。 基于LCAO-MO的分子计算： 针对双原子分子（如$ ext{H}_2^+, ext{H}_2$），我们详细演示了如何利用 HF 方法和特定的基组（如STO-3G）计算分子轨道能量和波函数。引入了库尔森矩阵（Coulson Matrix）和布恩霍夫矩阵（Roothaan Equations）的矩阵形式。 电子结构与化学性质： 讨论了分子轨道在解释键级、偶极矩、激发态以及酸碱性等化学性质中的作用。 第四部分：超越 Hartree-Fock 的方法与电子相关 HF 方法因未考虑电子间的瞬时关联（电子相关效应）而存在系统误差。本部分介绍如何修正这一误差。 电子相关能的引入： 明确指出电子相关能是激发态和精确化学反应能的关键组成部分。 组态相互作用（CI）： 详细介绍如何通过激发电子到虚拟轨道来构建激发态波函数，并讨论限制性 CI (RCI) 和完全 CI (FCI) 的理论框架与计算成本问题。 微扰理论的引入（MPn）： 介绍二阶（MP2）和更高阶的微扰方法，它们是处理相关能的有效手段，尤其在描述弱相互作用时表现出色。 第五部分：密度泛函理论（DFT） DFT 已成为现代计算化学中最主流的方法之一。本部分专注于介绍其核心思想。 霍恩伯格-科恩定理： 阐述了DFT的理论基础——基态能量完全由基态电子密度唯一确定。 Kohn-Sham（KS）方程： 介绍如何通过引入 Kohn-Sham 轨道和交换-关联泛函来使计算变得可行。 泛函的选择与应用： 详细对比了 LDA, GGA (如 PBE, BLYP) 和混合泛函 (如 B3LYP) 的特点、优缺点以及在结构优化和性质预测中的适用性。 第六部分：动力学、光谱与计算化学的实际操作 本部分将理论知识与计算化学软件的实际应用相结合。 分子振动与红外光谱： 讨论了分子振动的正常模式分析，以及如何通过计算二次导数（Hessian 矩阵）来确定零点能和振动频率，并与实验红外光谱进行对比。 电子激发与紫外-可见光谱： 简要介绍激发态的理论描述，并探讨了 TD-DFT 在预测紫外-可见吸收光谱中的应用。 反应路径搜索： 阐述了如何利用梯度信息寻找驻点（能量极小点、过渡态），以及如何运用量子化学计算来剖析化学反应机理。 本书结构严谨，内容翔实，不仅提供了坚实的理论基础，也引导读者理解现代计算化学软件背后的物理化学原理，是理论化学和计算化学领域不可或缺的参考读物。

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这本书对我这种偏爱动手实践和理论结合的工科生来说，简直是如获至宝。许多传统的物理化学习题集，侧重点往往偏向于纯粹的理论推导，计算量大但实际意义感不强。但《物理化学思考题1100例》显然在选题上下了极大的功夫，它巧妙地融入了许多现实世界中的案例和工程背景。比如，在涉及化学动力学时，它不仅考察了反应级数和速率常数的计算，还引入了关于催化剂活性位点、扩散控制反应的速率限制等更贴近实际工业过程的思考题。这使得学习不再是枯燥的纸上谈兵，而是能够想象到这些化学过程在真实反应器中是如何运作的。每当我解开一道与实际应用相关的题目，那种成就感是无与伦比的，它让我清晰地看到物理化学定律是如何指导工程实践的。这本书成功地架设起了一座坚实的桥梁，连接了基础理论与应用科学，对于志在从事研发或工艺设计的人来说，这本书的价值无可估量。

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这本《物理化学思考题1100例》，着实让我这个物理化学学习者耳目一新。我之前总觉得这类书籍要么就是题海战术，要么就是内容陈旧，但这本书完全打破了我的刻板印象。它更像是一位经验丰富、又极富激情的导师，引导着你去主动探索那些晦涩难懂的概念。书中的题目设计巧妙，绝非简单的公式套用，很多都需要深入理解背后的物理化学原理才能找到突破口。比如，在热力学部分，面对一个看似普通的相平衡问题，作者会设计出需要结合范特霍夫方程和克劳修斯-克拉佩龙方程的变体，逼迫你将知识点串联起来，形成一个完整的知识网络。我特别欣赏它那种由浅入深、层层递进的编排方式。一开始的基础题可以帮助你巩固基本功，而到了后半部分，那些挑战性的综合题简直就是对思维的极限拉扯。做完一套题，我常常需要停下来，不是因为累，而是因为需要时间消化其中蕴含的深刻洞见。这本书的价值不在于“做完”，而在于“思考”的过程，它真正做到了“授人以渔”，让我对物理化学这门学科的理解上升到了一个新的高度。

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这本书的“深度”和“广度”给我留下了极为深刻的印象。很多参考书要么专注于某一细分领域，要么蜻蜓点水般涵盖所有内容，难以做到兼顾。但《物理化学思考题1100例》成功地平衡了这一点。它在处理量子化学基础时，既有对薛定谔方程的深入探讨，也有关于分子轨道理论在颜色预测中的应用题；在宏观热力学部分，它不仅囊括了传统的热力学四大定律及其应用，还引入了非平衡态热力学的初步概念。这种全景式的覆盖，确保了学习者在解决具体问题的同时，能够构建起一个完整而坚实的物理化学知识全貌。我感觉自己就像是在一个巨大的知识迷宫中穿行，而这本书提供的不仅仅是地图，更是每条路径背后的逻辑导向。它极大地拓宽了我对物理化学学科边界的认识，让我意识到这门学科的生命力在于其跨越微观与宏观、理论与实践的强大整合能力。对于希望全面且深入掌握这门学科的进阶学习者而言，这本书的价值是无可替代的。

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阅读体验上，这本书的设计也体现出对读者友好的考量。虽然内容深度很高，但整体排版清晰、逻辑严密，没有那种让人眼花缭乱的复杂图表堆砌。更让我欣赏的是，它的难度梯度设置非常合理，像攀登一座设计精良的山峰，每隔一段距离就有休息平台供你整理思绪。刚开始接触时，你会觉得那些概念既抽象又难以捉摸，但随着你持续解决其中的思考题，你会发现自己的思维框架正在被无形中重塑和加强。它强迫你脱离“记住公式”的低级阶段，进入到“构建模型”的高级阶段。比如，处理电化学部分时，它会让你不仅仅满足于能算出能斯特方程，而是要求你去分析不同电极材料在不同介质中的界面现象，这极大地提升了我的批判性思维能力。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地去解构、分析和重构知识体系，这对于任何想在科学领域有所建树的人来说，都是最宝贵的财富。

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说实话，初次翻开这本《物理化学思考题1100例》时，我内心是带着一丝怀疑的，毕竟市面上标榜“经典”或“权威”的参考书太多了。然而，这本书的独特之处在于它对“理解”二字的执着追求。它不像某些教材那样，只是罗列一堆公式和例题让你机械记忆，而是像一位精明的考古学家，层层剥开现象的表象，直击核心的物理图像。印象最深的是关于统计热力学的章节，那些复杂的配分函数推导，常常让人望而却步。但这本书没有直接给出“标准答案”式的解析，而是通过一系列精心设计的引导性问题，让你自己去搭建起微观粒子行为与宏观热力学性质之间的桥梁。每道题目的解析都极其详尽，不仅告诉你“怎么算”，更重要的是解释了“为什么这么算”——背后的物理假设是什么，哪些近似在什么条件下适用。这种深入骨髓的讲解，极大地提高了我的解题信心和对理论的掌握程度，让那些曾经模糊不清的概念变得清晰可见，真正体会到了物理化学的严谨与美感。

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以后不专攻物化的不用看。。但有些问题你的确得理解清楚才能做题。。

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有许多有趣的习题，此外书中讨论了许多在物理化学教育中存在争议的问题。一些问题有了比较好的解释，但另一些问题的解释并不充分，似乎并没有达成广泛认同。

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以后不专攻物化的不用看。。但有些问题你的确得理解清楚才能做题。。

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有许多有趣的习题，此外书中讨论了许多在物理化学教育中存在争议的问题。一些问题有了比较好的解释，但另一些问题的解释并不充分，似乎并没有达成广泛认同。

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有许多有趣的习题，此外书中讨论了许多在物理化学教育中存在争议的问题。一些问题有了比较好的解释，但另一些问题的解释并不充分，似乎并没有达成广泛认同。