Chemistry 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Chemistry
标  题: 量子化学的发展及其前景
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Jan 15 10:28:27 2004), 站内信件

量子化学是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法，研究化学问

题的一门基础科学。

    1927年海特勒和伦敦用量子力学基本原理讨论氢分子结构问题，说明了两个氢原子能
够
结合成一个稳定的氢分子的原因，并且利用相当近似的计算方法，算出其结合能。由此，
使
人们认识到可以用量子力学原理讨论分子结构问题，从而逐渐形成了量子化学这一分支学
科
。

    量子化学的发展历史可分两个阶段：第一个阶段是1927年到20世纪50年代末，为创建
时
期。其主要标志是三种化学键理论的建立和发展，分子间相互作用的量子化学研究。在三
种
化学键理论中，价键理论是由鲍林在海特勒和伦敦的氢分子结构工作的基础上发展而成，
其
图象与经典原子价理论接近，为化学家所普遍接受。

    分子轨道理论是在1928年由马利肯等首先提出，1931年休克尔提出的简单分子轨道理
论
，对早期处理共轭分子体系起重要作用。分子轨道理论计算较简便，又得到光电子能谱实
验
的支持，使它在化学键理论中占主导地位。

    配位场理论由贝特等在1929年提出，最先用于讨论过渡金属离子在晶体场中的能级分
裂
，后来又与分子轨道理论结合，发展成为现代的配位场理论。
，后来又与分子轨道理论结合，发展成为现代的配位场理论。

    第二个阶段是20世纪60年代以后。主要标志是量子化学计算方法的研究，其中严格计
算
的从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法的出现，扩大了量子化
学
的应用范围，提高了计算精度。

    1928～1930年，许莱拉斯计算氦原子，1933年詹姆斯和库利奇计算氢分子，得到了接
近
实验值的结果。70年代又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几乎完全相同的结果
。
计算量子化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并加速了量子化学向其他
学
科的渗透。

    量子化学的研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能，及其结构与性能之间的关
系
；分子与分子之间的相互作用；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。

    量子化学可分基础研究和应用研究两大类，基础研究主要是寻求量子化学中的自身规
律
，建立量子化学的多体方法和计算方法等，多体方法包括化学键理论、密度矩阵理论和传
播
子理论，以及多级微扰理论、群论和图论在量子化学中的应用等。应用研究是利用量子化
学
方法处理化学问题，用量子化学的结果解释化学现象。

    量子化学的研究结果在其他化学分支学科的直接应用，导致了量子化学对这些学科的
渗
透，并建立了一些边缘学科，主要有量子有机化学、量子无机化学、量子生物和药物化学
、
表面吸附和催化中的量子理论、分子间相互作用的量子化学理论和分子反应动力学的量子
理
论等。
论等。

    三种化学键理论建立较早，至今仍在不断发展、丰富和提高，它与结构化学和合成化
学
的发展紧密相联、互相促进。合成化学的研究提供了新型化合物的类型，丰富了化学键理
论
的内容；同时，化学键理论也指导和预言一些可能的新化合物的合成；结构化学的测定则
是
理论和实验联系的桥梁。

    其它化学许多分支学科也已使用量子化学的概念、方法和结论。例如分子轨道的概念
已
得到普遍应用。绝对反应速率理论和分子轨道对称守恒原理，都是量子化学应用到化学反
应
动力学所取得的成就。

    今后，量子化学在其他化学分支学科的研究方面将发挥更大的作用，如催化与表面化
学
、原子簇化学、分子动态学、生物与药物大分子化学等方面。

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