量子化学理论及其应用
课程编码：180082070300P1009H
英文名称：Theory and Application of Quantum Chemistry
课时：50
学分：2.50
课程属性：学科核心课
主讲教师：汪志祥
教学目的要求
分子的性质由分子的几何结构和电子结构决定，量子化学以量子力学的原理和方法为基础，把分子体系看成是由原子核和电子构成的多粒子量子力学体系，通过求解体系的薛定谔方程得到波函数（即电子结构）和能量，然后借助几何结构优化技术，得到分子能量极少值几何结构。但是，由于分子是多粒子体系，不能用解析的数学方法严格求解薛定谔方程，只能借助计算机数值求解。随着计算机技术的高速发展和数值求解薛定谔方程方法的不断完善，量子化学计算的精度得到大大提高，达到化学研究要求的精度，已成为研究化学的重要手段，得到理论化学家和实验化学家的高度重视。本课程将重点讲授量子化学的基本原理，介绍现代量子化学的理论及计算方法和量子化学计算在化学研究中的应用，为今后进一步开展量子化学方法的发展或应用量子化学计算方法研究化学问题打下基础。
预修课程
高等数学, 结构化学
大纲内容
第一章 绪论 2.0学时 汪志祥
第1节 量子力学背景及量子化学应用简介
第二章 薛定谔方程 3.0学时 汪志祥
第1节 薛定谔方程
第2节 箱中粒子
第3节 一维谐振子
第三章 算符 2.5学时 汪志祥
第1节 括号标记法
第2节 算符
第3节 算符的本征函数和本征值
第4节 算符和量子力学
第5节 平均值
第6节 厄米算符
第四章 角动量 3.0学时 汪志祥
第1节 几种物理量的同时测定
第2节 单粒子体系的角动量
第3节 角动量的阶梯算符法
第五章 氢原子 2.5学时 汪志祥
第1节 中心力问题
第2节 氢原子问题
第3节 两粒子刚性转子
第六章 量子力学的定理 3.0学时 汪志祥
第1节 按本征函数的展开
第2节 可对易算符的本征函数
第3节 测量和态的叠加
第4节 量子力学假设
第七章 近似方法 5.0学时 汪志祥
第1节 变分法
第2节 线性变分方法
第3节 微扰理论方法
第4节 氦原子基态能级的近似处理
第八章 电子自旋和泡利原理 2.5学时 汪志祥
第1节 电子自旋
第2节 阶梯算子用于电子自旋角动量
第3节 泡利原理
第4节 氦原子
第九章 多电子波函数和算符 6.0学时 汪志祥
第1节 Born-Oppenheimer近似和多电子体系哈密顿算子
第2节 轨道和Slater行列式
第3节 Slater规则
第4节 从自旋轨道向空间轨道过渡
第十章 Hartree—Fock方程和从头计算法 10.0学时 汪志祥
第1节 Hartree-Fock 方程
第2节 限制性闭壳层HF方法-Roothaan方程
第3节 非限制性开壳层HF方法-Pople-Nesbet方程
第4节 基函数集
第十一章 量子化学高级计算方法 6.0学时 汪志祥
第1节 相关能和量子化学高级计算方法
第2节 N-电子基函数集
第3节 组态相互作用方法
第4节 多种CI变种的简介
第5节 多体微扰理论方法
第6节 密度泛函理论
第十二章 化学问题的理论计算研究 2.5学时 汪志祥
第1节 从头计算量子化学软件-Gaussian程序
第2节 分子结构的计算研究
第3节 化学反应的计算研究
第十三章 2.0学时 汪志祥
第1节 期末考试
教材信息
1、
量子化学教程
黄明宝
2015年3月
科学出版社
参考书
1、
Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory@Quantum Chemistry-量子化学@量子化学
A. Szabo、N. S. Ostlund@I. N. 赖文 @刘成卜
1996年4月@2011年3月@2020年9月
Dover Publications@世界图书出版公司@科学出版社
课程教师信息
汪志祥于1996年获北京师范大学获理学博士学位,1998-2007年间在美国乔治亚大学、加州大学戴维斯分校从事博士后科研工作，2008年入选中国科学院“百人计划”学者。现为中国科学院大学化学科学学院教授、博士生导师。曾获科学院“优秀博士生导师”、“宝钢优秀教师”、“国务院政府津贴”等荣誉。研究方向为计算量子化学,应用计算量子化学研究催化机理和化学成键规律。已在包括Science, J. Am. Chem. Soc. Angew. Chem. Int. Ed.等期刋上发表论文一百四十多篇。