Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer-Verlag

作者:H. Haken

出品人:

页数:422

译者:

出版时间:1995-2

价格:USD 49.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540583639

丛书系列:

图书标签:

• 图书馆的
• MolecularPhysics
• Haken&Wolf
• 物理化学
• 分子物理
• 量子化学
• 物理学
• 化学
• 量子力学
• 分子结构
• 光谱学
• 热力学
• 统计力学

好的，这是一份关于《量子化学与分子物理导论》的图书简介，内容将侧重于介绍量子化学和分子物理学的核心概念、理论框架、计算方法及其在现代科学中的应用，同时避免提及您提到的特定书名。 --- 书名：《量子化学与分子物理导论》 引言：深入探索物质的微观本质 物质世界在宏观尺度上遵循经典的物理定律，但在微观层面——原子、分子及更小的尺度上，其行为完全由量子力学的原理所支配。理解物质的结构、性质以及它们如何相互作用，是现代化学、材料科学、生物物理学和凝聚态物理学等诸多学科的基石。 本书旨在为读者提供一个全面而严谨的量子化学和分子物理学的基础框架。我们不仅仅介绍理论公式，更强调对物理图像的深刻理解，以及如何将这些原理应用于解决实际的科学问题。本书的目标读者是具有扎实的微积分、线性代数和基础物理学背景的本科高年级学生、研究生以及希望系统性回顾这些领域基础知识的研究人员。 第一部分：量子力学基础与一维模型 本部分奠定了整个论述的理论基石，从历史背景出发，追溯了经典物理学的局限性，引出了量子化的必然性。 1.1 物理学的危机与量子假设： 我们首先回顾了黑体辐射、光电效应和原子光谱等关键实验，这些实验挑战了经典物理学的完备性，促成了普朗克量子的概念。随后，玻尔模型被引入，尽管它是一个半经典的妥协方案，但成功解释了氢原子光谱的离散能级。 1.2 波动力学与薛定谔方程： 德布罗意的物质波假设是连接粒子与波的桥梁。本书详细阐述了薛定谔方程的建立过程，区分了时间依赖和时间无关的薛定谔方程。我们着重讨论了波函数的物理意义，特别是玻恩对波函数概率幅的解释。 1.3 求解简单系统的范例： 为了建立直观的物理图像，我们深入分析了几个基础模型： 无限深势阱（粒子在盒中）： 这是理解量子化的能量本征值和波函数空间分布的起点。 有限深势阱与隧穿效应： 讨论了粒子穿透经典势垒的奇特现象，这是扫描隧道显微镜（STM）等现代技术的基础。 谐振子模型： 建立了分子振动的量子力学描述，其能量等间隔的特性在光谱学中至关重要。 刚性转子模型： 描述了分子的纯转动能级，这是微波光谱学的核心。 1.4 抽象代数与算符理论： 量子力学的数学形式依赖于线性代数。我们详细介绍了算符、本征值、本征函数、对易关系以及基本的可观测量的测量原理。海森堡不确定性原理不再是一个经验法则，而是源于算符的非对易性。 第二部分：角动量、自旋与氢原子 本部分将理论框架应用于具有球对称势能的系统，这是理解原子结构的关键。 2.1 三维空间中的薛定谔方程与球坐标系： 我们将薛定谔方程推广到三维，并使用球坐标系进行分离变量求解。这自然地导出了球谐函数（Spherical Harmonics），它们是描述角动量本征态的数学工具。 2.2 角动量理论： 详细推导了角动量算符的对易关系，并确定了总角动量平方 $hat{L}^2$ 和 $L_z$ 的共同本征函数。本征值 $l(l+1)hbar^2$ 和 $m_lhbar$ 的确定，是量子数概念的正式确立。 2.3 氢原子精确解： 氢原子是唯一一个可以精确求解的、具有多电子的系统。本书展示了如何通过求解径向方程得到能量本征值 $E_n = - frac{m_e e^4}{2hbar^2 n^2}$，并系统地引入了主量子数 $n$、角量子数 $l$ 和磁量子数 $m_l$。 2.4 电子自旋与泡利不相容原理： 引入了电子的内在角动量——自旋（Spin），及其量子数 $s=1/2$ 和 $m_s = pm 1/2$。泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle）被作为基本假设引入，它解释了多电子原子中电子的排布规律，是化学周期性的根本原因。 第三部分：近似方法与多电子系统 真实世界的分子通常过于复杂，无法精确求解薛定谔方程。本部分着重介绍处理近似问题的强大工具。 3.1 变分法： 基于变分原理，我们介绍了如何利用试探波函数来估计系统的基态能量上限。这在计算化学中具有核心地位，尤其是在构建分子轨道时。 3.2 微扰论： 对于小的、可忽略的扰动项，微扰论提供了一种系统性的方法来计算能量和波函数的修正。本书区分了一阶和二阶修正，并讨论了简并和非简并情况下的应用。 3.3 中心场近似与平均场理论： 面对多电子原子，我们采用中心场近似，将库仑排斥视为一个平均势场。这引导我们进入了哈特里-福克（Hartree-Fock, HF）方法的构建。HF方法是现代从头算（Ab Initio）计算的起点，它成功地将原子和分子系统的波函数近似为斯莱特行列式（Slater Determinant）。 3.4 角动量耦合与光谱项符号： 对于多电子原子，我们需要处理不同的角动量耦合方案（如LS耦合和jj耦合）来确定系统的总角动量 $J$ 和对应的光谱项符号（Term Symbols）。 第四部分：分子结构与化学键的量子描述 本部分将理论工具应用于分子系统，深入理解化学键的本质。 4.1 分子哈密顿量与玻恩-奥本海默近似： 阐述了分子体系的完整哈密顿量，并详细讨论了玻恩-奥本海默（Born-Oppenheimer, BO）近似——即将原子核的运动与电子的运动分离。这一近似是所有现代分子结构计算的基石。 4.2 分子轨道理论： 利用线性组合原子轨道（LCAO）方法构建分子轨道。我们详细分析了双原子分子（如$ ext{H}_2^+$ 和 $ ext{H}_2$）的成键、反键和非键轨道，并解释了σ和π轨道的区别。 4.3 杂化轨道理论： 引入价键理论（Valence Bond Theory）和杂化轨道概念，解释了分子几何构型（如 $ ext{sp}^3, ext{sp}^2, ext{sp}$ 杂化）的形成，以及 $sigma$ 键和 $pi$ 键的形成机理。 4.4 分子振动与转动： 结合谐振子和刚性转子模型，系统地描述了分子的红外（IR）和微波光谱，解释了选择定则（Selection Rules）和转动-振动能级的耦合。 第五部分：从量子力学到计算化学 本部分概述了如何将理论模型转化为可实际操作的计算方法，这是连接理论与实验的关键。 5.1 密度泛函理论（DFT）的引入： 针对后HF方法中电子相关能的处理难题，本书介绍了密度泛函理论的基本思想，特别是霍恩伯格-科恩定理，以及局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）等实际应用中的泛函选择。 5.2 基组的选取与计算流程： 讨论了在实际计算中如何选择合适的基函数集（如高斯型函数）来近似分子轨道，并简要概述了从几何优化、能量计算到分子属性预测的标准计算工作流程。 结论与展望 本书成功地构建了一个从基本量子假设到复杂分子系统描述的完整知识体系。量子力学已不再是抽象的数学工具，而是理解化学键、预测材料性质、设计新药物分子的强大引擎。掌握这些基础，读者将能够批判性地评估计算结果，并为进入更前沿的领域（如激发态理论、动力学模拟或凝聚态量子物理）做好充分准备。 ---

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有关于Born-Oppenheimer近似的完整例子推导～

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