翟高红 - 西北大学化学与材料科学学院.DOC

有机化学专业硕士研究生课程 教 学 大 纲 课程名称：量子化学 课程编号：0703032F1学 分：总学时数：60 开课学期：第1学期 考核方式：笔试 课程说明：（课程性质、地位及要求的描述）。 《量子化学》是运用量子力学基本原理和方法，研究、分析和解决分子、原子层次的结构、能量及其变化规律的一门基础学科，是现代理论化学计算机模拟、分子设计和定量构效分析的重要基础。掌握量子化学基本原理和方法是现代化学研究的需要，是21世纪材料、生物、药物等各学科交叉发展的需要。 近20年来，量子化学发展非常迅速，突出表现在三个方面：一是量子化学的发展，已经渗透到化学的各门分支学科，如无机、有机、分析和物理化学等，使量子化学理论与化学各分支学科紧密结合。其二是现代化学实验技术的发展，如红外、紫外、核磁、拉曼、X-衍射、顺磁共振、光电子能谱等，为量子化学提供了丰富的实验背景。三是计算机科学技术、量子化学理论方法及应用软件的发展使有机、无机、材料、药物、生物等大分子体系严格的量子化学计算成为可能，量子化学已从少数量子化学家的手中解放出来，成为化学家们广泛应用的重要工具。 《量子化学》是我系物理化学、无机化学专业研究生的学位课，有机化学专业研究生的选修课，每学年第1学期讲授。通过量子力学基础、原子结构、分子轨道理论、变分法、微扰法、等内容的讲解，使学生对理论化学的基础知识有一个较为系统深入的了解和掌握，为高等量子化学、现代理论化学的计算机模拟打好基础。 教学内容、要求及学时分配： 绪论 内容：量子化学概况量子力学历史背景测不准原理Schròdinger方程复数几率函数和平均值行列式21世纪的理论化学计算机模拟 要求：了解量子化学的背景知识、发展现状及其未来方向，掌握其中常用的数学知识。 学时： 量子力学基本理论 内容：量子力学基本假设基本假设一些重要推论 要求：掌握量子力学基本假设及由此得到的一些重要推论，理解其主要的证明过程。掌握算符、本征函数、简并性、期望值、合格波函数等概念 学时： 箱中粒子 内容：微分方程一维箱中粒子一维自由粒子矩形箱中粒子隧道效应三维箱中粒子 要求：复习微分方程的解法；掌握一维及三维箱中粒子Schròdinger方程的求解；了解一维自由粒子、矩形箱中粒子的情况；理解隧道效应。 学时： 谐振子 内容：一维谐振子的经典力学一维谐振子的量子力学处理 要求：了解经典力学中的谐振子，掌握量子力学中谐振子的处理方法 学时： 角动量 内容：几种物理量的同时测定矢量单粒子体系的角动量角动量的阶梯算符法 要求：掌握物理量能同时测定的条件，矢量的运算，及单粒子体系的角动量；了解角动量的阶梯算符法。 学时：6 氢原子 内容：中心力问题双粒子问题约化为单粒子问题氢原子的量子力学处理氢原子束缚态的波函数类氢轨道Zeeman效应 要求：掌握氢原子的量子力学处理及其束缚态的波函数；理解双粒子问题约化为单粒子问题的思路；了解中心力、Zeeman效应。 学时： 变分法与微扰法 内容： 7.1 变分原理 7.2 变分法推广 7.3 线性变分函数 7.4 微扰理论简介 7.5 非简并态微扰理论 7.6 氦原子基态的微扰处理 7.7 氦原子基态的变分处理 7.8 简并能级的微扰理论 7.9 久期方程的简化 7.10 氦原子第一激发态的微扰处理 7.11 变分法与微扰法的比较 要求：掌握 学时： 电子自旋与Pauli原理 内容： 8.1 电子自旋 8.2 阶梯算符用于电子自旋 8.3 自旋与氢原子 8.4 Pauli原理 8.5 氦原子 8.6 锂原子 8.7 Slater行列式 8.8 锂基态的微扰处理 8.9 锂基态的变分处理 8.10 自旋磁矩 要求：掌握 学时： 多电子原子 内容： 9.1 Hartree-Fock自洽场方法 9.2 电子相关 9.3 角动量的相加 9.4 多电子原子的角动量 9.5 自旋-轨道相互作用 9.6 原子的Hamilton算符 要求：Hartree-Fock自洽场方法自旋-轨道相互作用Hamilton算符 学时： 群论基础 内容： .1 矩阵 .2 群的定义和性质 .3 分子对称性与对称群 .4 群表示理论 .5 群论和量子化学 要求： 学时： 双原子分子的电子结构 内容： .1 Born-Oppenheimer近似 .2 原子单位 .3 氢分子离子 .4 H2+电子基态的近似处理 .5 H2+激发态的分子轨道 .6 同核双原子分子的电子组态 11.7 分子的电子谱项 11.8 氢分子 11.9 H2的处理要求：掌握Born-Oppenheimer近似；了解。 学时： 教材或主要参考书目：