01 / 导读
导读
引用
McQuarrie, D. A. (2007). Quantum Chemistry (2nd ed.). University Science Books.
章节概要
全书约690页，包含十二章、穿插其间的八个简短“MathChapter”（A至H）、数值习题答案和索引。每章都配有范围广泛的习题与练习。
第1章：The Dawn of the Quantum Theory
本章从历史源头介绍量子理论，在任何波动方程出现之前，先说明为何需要新的力学。紧接着是MathChapter A（复数）。
第2章：The Classical Wave Equation
作为薛定谔方程的准备，先讨论经典波动方程。随后是MathChapter B（概率与统计）。
第3章：The Schrödinger Equation and a Particle in a Box
引入薛定谔方程，并将其应用于第一个可严格求解的模型——一维箱中粒子。随后是MathChapter C（矢量）。
第4章：The Postulates and General Principles of Quantum Mechanics
以公设的形式陈述量子力学的形式框架，并给出支配算符与测量的一般原理。随后是MathChapter D（级数与极限）。
第5–6章：The Harmonic Oscillator and Vibrational Spectroscopy；The Rigid Rotator and Rotational Spectroscopy
这两章把模型体系与其所解释的光谱配成一对：振动对应谐振子，转动对应刚性转子。出版社指出，分子光谱学贯穿这些章节讨论。两章之间是MathChapter E（球坐标），第6章之后是MathChapter F（行列式）。
第7章：The Hydrogen Atom
氢原子单独成章，据出版社介绍，其电子光谱也在该章讨论。随后是MathChapter G（矩阵）。
第8章：Approximation Methods
近似方法被作为通向无法严格求解的体系的途径。随后是MathChapter H（矩阵本征值问题）。
第9章：Many-Electron Atoms
专门讨论含多个电子的原子。据出版社介绍，本章逐步演示氦原子的自洽场计算，并借助一个提供Hartree-Fock原子轨道的网站来计算多电子原子的性质。
第10–11章：The Chemical Bond: One- and Two-Electron Molecules；Qualitative Theory of Chemical Bonding
第10章由原子进入分子，逐步演示氢分子的自洽场计算。第11章转向化学键的定性理论。
第12章：The Hartree–Fock–Roothaan Method
最后一章专讲Hartree-Fock方法及后Hartree-Fock方法在分子性质计算中的应用。据出版社介绍，本章引入高斯轨道及标记计算的记号（如HF/STO-6G和HF/6-31G**），结尾几节以半定量方式介绍组态相互作用、耦合簇理论和密度泛函理论。
核心概念
第1–4章：基础
- 量子理论的起源：经典力学不得不被取代的实验与历史原因。
- 薛定谔方程：其解描述量子体系的波动方程，首先应用于箱中粒子。
- 量子力学公设：联系状态、算符和测量值的形式规则。
第5–8章：模型体系与近似
- 谐振子与刚性转子：振动和转动的模型体系，与振动光谱和转动光谱相联系。
- 氢原子：可严格求解的原子及其电子光谱。
- 近似方法：处理没有严格解的体系的技术。
第9–12章：原子、化学键与计算
- 多电子原子：超越氢的原子结构，以及自洽场计算。
- 化学键：一电子、两电子分子的处理，以及随后的化学键定性理论。
- Hartree–Fock–Roothaan方法：现代分子计算的基础，涉及高斯轨道及在其之上的后Hartree-Fock方法。
评析
优点
- 数学内容单独处理。 MathChapter是穿插全书的简短章节，使学生可以专注于物理原理。它们涵盖复数、概率与统计、矢量、级数与极限、球坐标、行列式、矩阵和矩阵本征值问题，各自安排在首次需要之处。
- 前置要求较低。 出版社说明的先修要求是一年微积分，不要求学过微分方程，因此具有标准化学背景的读者即可入手。
- 融入了现代计算。 第二版增加了氦和氢的自洽场计算实例、一章Hartree-Fock及其后续方法，以及使用计算化学程序和NIST实验与从头算数据网站的习题。
- 光谱学与模型相结合。 振动与转动光谱与谐振子、刚性转子在同一章展开，氢的电子光谱则单独成章。
局限
- 范围限于量子化学的核心。 章节安排止于Hartree-Fock-Roothaan方法；组态相互作用、耦合簇理论和密度泛函理论只在结尾几节“至少半定量地”介绍，计算实践需要另寻资料。
- 目录中没有分子对称性或群论的章节。 课程若涉及这些内容，需要其他资料。
- 篇幅。 约690页、十二章加八个MathChapter，一个学期很难读完全书。
在课程中的定位
在本课程的书目中，McQuarrie是面向化学家的、自成体系的量子力学完整展开。Engel与Reid的Physical Chemistry: Quantum Chemistry and Spectroscopy是本科物理化学课程的一卷，从量子理论的起源经原子和分子讲到光谱学，因此是物理化学系列课程中可比的替代选择。Thakkar的Quantum Chemistry: A Concise Introduction是一本简短、以思想为中心的教材，适合将使用光谱和计算而非发展理论的读者，可作为读McQuarrie之前较轻松的入门。
Jensen的Introduction to Computational Chemistry从McQuarrie最后一章止步之处接续，是学习McQuarrie仅作介绍的计算方法的自然后续。Pavia的Introduction to Spectroscopy与Silverstein的Spectrometric Identification of Organic Compounds承担的是另一项任务——由谱图鉴定有机结构，与McQuarrie解释分子为何具有这些谱图的理论互为补充。
如何使用本书
本书适合学过一年微积分、想系统学习化学中所用量子力学的学生，无论是高年级本科还是研究生一年级课程。事先不需要学过微分方程。
实用的阅读方案：
- 核心： 按顺序读第1至4章，再读第5至7章，学习三个标准的可严格求解体系。
- 按需补数学： 在后续章节需要时再读相应的MathChapter，已熟悉的可跳过。
- 原子与分子： 第8至11章给出近似方法以及对原子和化学键的初步应用。
- 计算： 第12章是分子计算的入口，可与使用计算化学程序和NIST数据网站的习题配合。
每章习题范围广，宜随课程进度完成，并将数值结果与书末的答案核对。