SPOC学校专有课程
2026春-量子化学
分享
spContent=本课程所需的数学知识较多，每章节前都有该章节将用到的数学知识的回顾，包括包括矢量、矩阵、正交函数、算符等。本课程本学期的主要内容以量子力学的基本知识为主，包括量子力学的基本假设，薛定谔方程和波函数的性质；求解一些常见的模型体系的能级和波函数，如一维势箱中的粒子，刚性转子和谐振子；轨道角动量和自旋角动量的基本性质和对易关系；精确求解氢原子的能级和波函数；各种常见的求解薛定谔方程的近似方法，如变分法和微扰法；求解多电子原子，双原子和多原子分子的波函数，同时介绍化学键理论，并对计算量子化学做一个初步的介绍；也包括一些群论的基本知识及其在化学中的应用；双原子分子的转动，振动和电子光谱，多原子分子的转动惯量和转动光谱，多原子分子的正则模近似和振动光谱以及红外活性的判断。
—— 课程团队
课程概述

量子化学是应用量子力学来研究化学问题的学科。量子化学计算方法在化学及其相关领域的研究中发挥了至关重要的作用。使用量子化学，可以计算预测分子的性质，如几何结构、偶极矩、核磁共振谱、振动频率及其吸收与发射光谱等；预测化学反应的过渡态和中间体，并考察反应机理；研究分子间作用力和溶液等凝聚相体系的结构和性质；计算宏观体系的热力学参数（如熵和热容等）。如今，量子化学已经在化学的所有分支学科中被广泛应用。因此，学习量子化学对于在原子和分子层次理解化学现象的本质、推进化学学科的发展均有重要意义。

《量子化学》课程主要面向一年级研究生或高年级本科生，目的是为研究生或高年级本科生在原子、电子水平上理解分子结构和性质、化学反应机制打下理论基础。该课程从量子力学的概念和基础知识出发，由浅入深，逐步过渡到量子化学的基本理论及算法，以及量子化学的计算应用。课程既注重体系和知识结构的完整性，又针对重点、难点给出了较为详细的理论推导，并介绍了当前该领域的一些前沿和热点研究。

本课程共分八章，内容涵盖：量子力学的诞生及发展历史；量子力学的基本假设和原理；简单体系的精确能量和波函数；氢原子的能量和波函数；近似量子力学方法；多电子原子的结构和光谱；分子的化学键理论；计算量子化学方法和应用研究。

本课程的讨论课中，中南大学张晨阳教授、南京大学王国强副教授、南京大学徐伟高教授团队等参与了授课。

授课目标

通过《量子化学》课程的学习，掌握量子化学的基本概念与理论，并能精确求解势箱、简谐振子、刚性转子、氢原子等模型或简单体系的薛定谔方程；掌握变分法和微扰法这两种近似方法并能用于研究较为复杂的问题；了解量子化学计算方法如Hartree-Fock方法、多体微扰、组态相互作用方法的原理及在原子、分子体系中的应用。在课程讲授过程中，不仅传授知识、而且展现学科的发展趋势与前沿领域，进而培养学生的科学思维与创新能力。

成绩要求

1. 参与课程讨论 (10%);

2. 完成课程所有单元测试题和作业 (20%)；

3. 完成期中考试 (35%)；

4. 完成期末考试 (35%)。

课程大纲
预备知识

掌握物理化学、结构化学、高等数学、线性代数的基础知识。

参考资料

1. Quantum Chemistry (Second Ed.) Donald A. McQuarrie University Science Books, 2008

2. Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory Attila Szabo; Neil S. Ostlund Dover Publications, Inc. 1996

3. Quantum Chemistry (Seventh Ed.) Ira N. Levine Prentice Hall, Inc. 2013

4. Ideas of Quantum Chemistry (Third Ed.) Piela, Lucjan Elsevier 2020

5. Molecular Quantum Mechanics (Third Ed.) P. W. Atkins; R. S. Friedman Oxford University Press Inc. 1997

6. 量子化学-基本原理和从头计算法 徐光宪 黎乐民 王德民 科学出版社，2001

7. 量子化学 唐敖庆 等 科学出版社，1982