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第一章 量子力学基础 1

1.1 旧量子论 1

1.1.1 经典物理学遇到的问题 1

1.1.2 黑体辐射和能量量子化 2

1.1.3 光电效应与Einstein的光子学说 4

1.1.4 氢光谱和Bohr理论 5

1.2 实物粒子的波粒二象性 6

1.2.1 光的波粒二象性（对光子的认识过程） 6

1.2.2 实物粒子的波粒二象性 7

1.2.3 不确定原理 9

1.3 实物粒子的运动规律——波函数与Shr？dinger方程 10

1.3.1 量子力学公设Ⅰ：状态函数和概率 11

1.3.2 量子力学公设Ⅱ：Schr？dinger方程 12

1.4 势箱中运动的粒子 13

1.4.1 一维势箱中运动的粒子 13

1.4.2 二维势箱中的粒子 17

1.4.3 三维势箱中的粒子 18

1.4.4 势箱模型在化学中的应用 19

1.5 量子力学算符及所对应的力学量 23

1.5.1 算符的基本知识 24

1.5.2 量子力学公设Ⅲ：量子力学算符及对应的力学量 26

1.5.3 量子力学公设Ⅳ：力学量算符的本征值和本征函数 27

1.5.4 态叠加原理与力学量的平均值 29

1.6 一些简单体系的量子力学 31

1.6.1 线性谐振子 31

1.6.2 在半径为r的圆环上运动的粒子 33

1.6.3 两粒子刚性转子 34

习题 35

第二章 原子结构 39

2.1 单电子原子体系的Schr？dinger方程及其解 39

2.1.1 单电子原子体系的Schr？dinger方程 39

2.1.2 单电子原子体系的Schr？dinger方程的变数分离 40

2.1.3 Φ（φ）方程的解 41

2.1.4 Θ（θ）方程的解 42

2.1.5 R（r）方程的解 43

2.1.6 单电子原子体系Schr？dinger方程解的综合 44

2.2 量子数的物理意义 45

2.2.1 主量子数n与能量E 45

2.2.2 角量子数l及角动量M 47

2.2.3 磁量子数m和角动量在磁场方向上的分量M 48

2.2.4 ψnlm是？、？2和M共同的本征函数 49

2.3 波函数和电子云的图形 49

2.3.1 径向部分图形 50

2.3.2 角度部分图形 53

2.3.3 空间分布图 55

2.4 多电子原子结构 60

2.4.1 零级近似 61

2.4.2 中心力场近似 61

2.4.3 自洽场方法 63

2.5 电子自旋与Pauli原理 65

2.5.1 电子自旋 65

2.5.2 电子自旋的基本假设 66

2.5.3 量子力学公设V：Pauli原理 67

2.6 多电子原子状态 69

2.6.1 多电子原子的角动量耦合 69

2.6.2 多电子原子的角动量和量子数 70

2.6.3 多电子原子电子状态的描述 74

2.7 原子光谱项 76

2.7.1 原子光谱项和光谱支项 76

2.7.2 原子光谱项的推求 76

2.7.3 原子光谱项和对应的能级 81

2.7.4 原子光谱 83

习题 84

第三章 共价键理论基础 89

3.1 Born-Oppenheimer近似 90

3.2 氢分子离子结构 91

3.2.1 原子单位制和定核近似下H ＋ 2的Schr？dinger方程 91

3.2.2 H ＋ 2体系Schr？dinger方程的精确解 92

3.2.3 变分原理和线性变分法 93

3.2.4 变分法解H ＋ 2的结构 95

3.2.5 H ＋ 2体系Schr？dinger方程解的讨论 96

3.3 分子轨道理论 102

3.3.1 分子轨道理论的基本要点 102

3.3.2 有效形成分子轨道的条件——成键三原则 103

3.3.3 分子轨道的类型和符号及能级 105

3.4 双原子分子结构 107

3.4.1 同核双原子分子 107

3.4.2 异核双原子分子的结构 111

3.5 多原子分子结构 113

3.5.1 离域分子轨道 113

3.5.2 定域分子轨道 115

3.6 价键理论 116

3.6.1 价键法解H2的结构 116

3.6.2 价键法 118

3.6.3 杂化轨道理论 119

习题 124

第四章 共轭体系和Hückel分子轨道理论 127

4.1 共轭体系和共轭效应 127

4.1.1 共轭体系 127

4.1.2 共轭效应 129

4.2 Hückel分子轨道理论 130

4.2.1 HMO方法的基本内容 130

4.2.2 应用HMO方法处理丁二烯 131

4.2.3 共轭烯烃久期行列式的规律 135

4.2.4 直链多烯烃的HMO方法处理 136

4.2.5 利用对称性简化苯的HMO方法处理 137

4.2.6 单环共轭体系的HMO方法处理 139

4.3 电荷密度、键级、自由价和分子图 141

4.3.1 电荷密度 141

4.3.2 键级 143

4.3.3 自由价 144

4.3.4 分子图及应用 145

4.4 分子轨道对称性守恒原理 147

4.4.1 前线轨道理论 147

4.4.2 分子轨道对称性守恒原理 152

习题 154

第五章 计算化学基础 156

5.1 计算化学的一些基本概念 156

5.1.1 计算化学 156

5.1.2 分子的构建 158

5.1.3 势能面及优化 160

5.1.4 构象搜索 164

5.2 计算量子力学简介 165

5.2.1 分子体系Hartree-Fock自洽场（SCF）方法 165

5.2.2 基组 167

5.2.3 电子相关 170

5.2.4 密度泛函方法 171

5.2.5 半经验方法 171

5.3 量子力学计算 172

5.3.1 单点能计算 172

5.3.2 构型优化及过渡态搜寻 174

5.3.3 频率分析 174

5.3.4 计算举例 175

5.4 经验力场模型——分子力学 179

5.4.1 势函数形式 179

5.4.2 力场 182

5.4.3 分子力学应用 184

5.5 分子动力学模拟与Monte Carlo模拟 186

5.5.1 分子动力学模拟 186

5.5.2 基于分子动力学的构象搜索 188

5.5.3 溶液的模拟 188

5.5.4 Monte Carlo模拟 189

5.6 计算机辅助药物设计 190

5.6.1 定量构效关系方法 190

5.6.2 药效团模型 191

5.6.3 分子对接 192

5.6.4 全新药物设计 193

习题 193

第六章 分子对称性 195

6.1 对称操作和对称元素 195

6.1.1 对称操作 195

6.1.2 旋转轴与旋转操作 196

6.1.3 镜面与反映操作 197

6.1.4 对称中心与反演操作 198

6.1.5 映轴与旋转反映操作 198

6.2 群的基础知识 199

6.2.1 群的定义 199

6.2.2 群的乘法表 200

6.2.3 对称元素的组合规律 201

6.2.4 如何找出分子中全部独立的对称元素 202

6.2.5 子群、共轭类和群的同构 202

6.3 分子点群 203

6.3.1 点群 203

6.3.2 Cn群 204

6.3.3 Cnv群 205

6.3.4 Cnh群 207

6.3.5 Dn群 208

6.3.6 Dnh群 208

6.3.7 Dnd群 210

6.3.8 S4群和C3i群 212

6.3.9 Td、T和Th群 212

6.3.10 Oh和O群 215

6.3.11 Ih和I群 216

6.3.12 Cs群 216

6.3.13 Ci群 216

6.3.14 Cl群 217

6.3.15 分子点群的确定 217

6.4 分子对称性和分子的物理性质 220

6.4.1 分子对称性和偶极矩 220

6.4.2 分子对称性与旋光性 221

6.5 群表示理论及应用 221

6.5.1 对称操作的矩阵表 221

6.5.2 群的不可约表T和特征标表 223

6.5.3 群论在量子化学中的应用 225

习题 228

第七章 晶体结构 230

7.1 晶体学基础 230

7.1.1 晶体的特征 231

7.1.2 点阵 232

7.1.3 晶体具有点阵结构 236

7.1.4 晶胞 239

7.1.5 晶面和晶面指标 241

7.2 晶体的宏观对称性及32点群 243

7.2.1 晶体的宏观对称元素及对称操作 243

7.2.2 晶体的七个晶系及特征对称元素 245

7.2.3 晶体的宏观对称类型（32点群）的判断 246

7.2.4 晶体32点群的国际记号 246

7.3 晶体的微观对称性及230个空间群简介 251

7.3.1 微观对称元素及相应的对称操作 251

7.3.2 晶体的微观对称类型和230个空间群 252

习题 255

第八章 金属晶体与离子晶体 259

8.1 金属键的自由电子模型 259

8.2 密置层和最密堆积 260

8.3 六方最密堆积（A3）和立方最密堆积（A1） 261

8.4 体心立方堆积（A2）和金刚石型堆积（A4） 264

8.5 金属单质晶体结构及金属原子半径 266

8.6 合金的结构及性能 267

8.6.1 金属固溶体 267

8.6.2 金属化合物 268

8.7 离子键和点阵能 269

8.8 离子晶体的若干典型结构形式 271

8.9 离子半径 277

8.10 二元离子晶体的结晶化学规律 279

8.11 确定复杂离子晶体结构的Pauling规则 283

8.12 其他键型的晶体结构 285

8.12.1 共价晶体 285

8.12.2 混合型晶体 286

8.12.3 分子晶体 287

习题 289

第九章 分子、晶体结构测定方法基本原理 292

9.1 X射线晶体结构分析原理 292

9.1.1 晶体的X射线衍射效应 293

9.1.2 衍射方向和晶胞参数 295

9.1.3 衍射强度与晶胞中原子的分布 299

9.1.4 X射线粉末法 302

9.1.5 单晶衍射法——四圆衍射仪 306

9.2 分子光谱 307

9.2.1 双原子分子转动光谱 308

9.2.2 双原子分子振动光谱 309

9.2.3 双原子分子的振转光谱 310

9.2.4 多原子分子的振动光谱 311

9.2.5 双原子分子的电子光谱 313

9.2.6 多原子分子的电子光谱 314

9.2.7 光电子能谱 314

9.3 核磁共振谱 316

9.3.1 核的自旋和核磁矩 317

9.3.2 核磁共振谱 318

9.3.3 化学位移 319

9.3.4 核间自旋——自旋耦合 320

习题 321

参考书目 326

附录 328

附录Ⅰ 常用物理常数 328

附录Ⅱ 习题答案（选） 329

附录Ⅲ 模型实习 337