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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E45

2.2.2 角量子数l及角动量M47

2.2.3 磁量子数m和角动量在磁场方向上的分量M48

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