初等量子化学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 分子性质
• 波函数
• 薛定谔方程
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本书或许是自台湾光复以来，第一本介绍「量子化学」的中文书。它具有以下四大特点：

　　‧尽可能用简单例子与直观说明来阐述「量子」的基本概念与原理。
　　‧每一章后附有练习题，至少五十题以上，而且全部附上中文详细解答。
　　‧本书附有「量子力学」的发展历史演进过程及其最初思考逻辑。
　　‧本书适合做为「初学者」的入门书籍。

现代有机合成：从基础到前沿 图书简介 本书旨在为化学专业学生、研究人员以及对有机合成化学抱有浓厚兴趣的读者提供一个全面、深入且与时俱进的知识体系。它不仅仅是一本教科书，更是一本承载着有机合成领域最新发展和经典智慧的工具书。全书结构清晰，逻辑严谨，力求在平衡理论深度与实践应用之间找到最佳结合点。 第一部分：有机合成的基石与核心原理 (Foundations and Core Principles) 本部分聚焦于构建稳固的理论基础，这是进行任何复杂有机合成工作的前提。 第一章：反应机理与动力学 (Reaction Mechanisms and Kinetics) 本章深入探讨有机反应的微观过程。内容涵盖了电子流动的基本规则（如箭头规则的精确应用）、过渡态理论、反应速率方程的建立与解析。特别强调了立体电子效应（Stereoelectronic Effects）在控制反应路径中的决定性作用。我们详细分析了亲电取代、亲核取代（SN1, SN2, SNAr）的详细机理差异，以及自由基反应的引发、链增长和终止步骤。章节末尾引入了基于密度泛函理论（DFT）计算的反应能垒分析方法，帮助读者理解如何通过理论预测反应的选择性和速率。 第二章：官能团的转化与保护策略 (Functional Group Transformations and Protection Strategies) 这是有机合成的“词汇表”。本章系统梳理了碳-碳键、碳-杂原子键的构建与断裂方法。具体包括： 1. 氧化还原反应的精确控制： 不仅仅是列举氧化剂和还原剂，更侧重于选择性氧化（如选择性醇氧化、烯烃环氧化）和立体选择性还原（如催化氢化、硼氢化物的空间控制）。 2. 碳骨架的构建： 深入讲解了经典的碳-碳偶联反应（如烷基化、Michael加成、Aldol缩合）的立体化学控制，以及烯醇化物化学在不对称合成中的应用。 3. 保护基团的艺术： 讨论了各类官能团（羟基、氨基、羧基等）保护基团的引入、稳定性和脱除条件，强调“正交保护策略”（Orthogonal Protection）在多官能团分子合成中的重要性。 第二部分：现代合成方法的进阶应用 (Advanced Applications of Modern Synthetic Methodologies) 本部分转向当代有机合成领域最为活跃和富有创造性的方面，重点介绍高效、高选择性的催化反应。 第三章：过渡金属催化的偶联反应 (Transition Metal-Catalyzed Coupling Reactions) 这是现代合成化学的支柱。本章详细剖析了钯、镍、铜等过渡金属催化剂在C-C、C-N、C-O键形成中的机制和应用。 1. 钯催化体系： 深入解析了Suzuki-Miyaura, Heck, Stille, Sonogashira等反应的催化循环（氧化加成、插入、还原消除），并讨论了配体（如膦、N-杂环卡宾NHC）对手性诱导和反应活性的调控。 2. C-H键活化： 作为合成化学的前沿，本章介绍了导向基团辅助的C-H键官能化反应，展示了如何绕过传统的前官能化步骤，直接在惰性C-H键上引入新基团，极大地提高了合成效率。 第四章：不对称催化与立体化学控制 (Asymmetric Catalysis and Stereochemical Control) 本章是本书的亮点之一，专注于如何以高对映选择性（ee值）构建手性分子。 1. 有机小分子催化 (Organocatalysis)： 探讨了Proline、MacMillan催化剂、Thiourea催化剂等在不对称Aldol、Mannich和Diels-Alder反应中的应用，强调其环境友好性。 2. 手性金属催化： 重点介绍不对称氢化（如使用BINAP配体）、不对称烯烃环氧化（Sharpless epoxidation）和不对称二羟基化（AD反应）的机理和工业化潜力。分析了如何通过调节催化剂的几何结构来控制产物的绝对构型。 第五章：环加成反应与环合构建 (Pericyclic Reactions and Cyclization) 本章聚焦于通过轨道对称性原理构建复杂环状骨架的方法。 1. 热力学与光化学环加成： 深入解析了Diels-Alder反应的立体选择性（内/外轨道控制），并讨论了光化学反应（如光环化）在合成天然产物中的独特地位。 2. 金属介导的环合反应： 探讨了过渡金属（如Rh, Co）催化的[2+2+2]环加成等方法，用于快速构建多取代的芳香环和杂环体系。 第三部分：合成策略与实际案例分析 (Synthetic Strategy and Case Studies) 本部分将理论与实践相结合，培养读者的逆合成分析能力和解决实际问题的能力。 第六章：逆合成分析与合成路线设计 (Retrosynthetic Analysis and Route Design) 本章教授如何像经验丰富的化学家一样思考。内容包括： 1. 概念工具箱： 详述连接子（Disconnections）、合成等效体（Synthon）和功能基团的转换（FGI）在逆合成分析中的应用。 2. 复杂分子合成案例研究： 通过对具有挑战性的天然产物（如萜类、生物碱）的全合成路线进行解构分析，展示如何系统地选择保护基、催化剂和反应顺序，以期获得最高效率和最高选择性的合成路径。 第七章：合成化学的新兴领域与绿色化学 (Emerging Areas and Green Chemistry in Synthesis) 展望未来，本章关注可持续性和新工具的开发。 1. 流动化学 (Flow Chemistry)： 介绍微反应器技术如何提高高危反应（如叠氮化、重氮化）的安全性，并实现反应条件的精确控制与快速优化。 2. 生物催化与酶工程： 讨论了使用定向进化的酶（如脂肪酶、转氨酶）进行高选择性转化，尤其是在手性药物中间体的合成中的优势与挑战。 3. 原子经济性： 评估各类反应的原子利用率，鼓励读者设计符合“绿色化学十二原则”的合成方案。 全书配有大量的插图、机制图和实例数据，旨在激发读者的创造力，使他们不仅掌握现有的合成“工具”，更能理解如何“设计”新的合成“工具”。本书适合作为高年级本科生、研究生阶段的专业教材，同时也是一线研发人员案头的必备参考手册。

作者简介

苏明德

　　学历：
　　国立清华大学化学系毕业
　　英国剑桥大学理论化学系毕业

　　经历：
　　高雄医学大学医药暨应用化学系教授

　　现职：
　　国立嘉义大学应用化学系教授

第一章　量子观念的诞生
第一节　古典物理的困境
第二节　黑体辐射
〔附录1.1〕Planck提出量子假说
〔附录1.2〕成功应用溯因法和内插法的典范
第三节　光电效应
第四节　氢原子光谱
一、「量子化规则」
二、「稳定态假设」
三、「频率规则」
〔附录1.3〕原子结构的量子理论和Bohr的思想方法
第五节　光的「波粒二像性」
第六节　微观粒子的「波粒二像性」
第七节　de Broglie波（物质波）的本质
第八节　测不准原理
〔附录1.4〕Einstein与Planck的争辩
第九节　测微观物理现象的特征
一、能量「量子化」
二、测不准原理
〔附录1.5〕光量子论的建立和爱因斯坦的思想方法
〔附录1.6〕原子单位制
练习题

第二章　量子化学常用的简单数学工具及基本假设
第一节　二阶线性常微分方程式
一、分解因式法
二、级数展开法
第二节　算子
一、等同性
二、加法性
三、乘法性
四、互换性
五、乘幂性
六、线性算子（linear operator）
七、特定函数（eigenfunction）和特定值（eigenvalue）
八、Laplace算子
第三节 机率函数和平均值
九、Hermit算子
十、线性Hermit算子
第四节　量子力学基本假设之一—波函数
一、电子绕射实验的再认识（见第一章第七节）
二、波函数的物理意义
三、「归一化」的波函数
第五节　量子力学基本假设之二―—「物理量」算子
第六节　量子力学基本假设之三—薛丁格方程式
一、薛丁格方程式的再说明
二、波函数的标准化条件
〔附录2.1〕薛丁格是如何推导出「薛丁格方程式」
〔附录2.2〕「联想法」和「类比法」的重要性
第七节　量子力学基本假设之四─态的叠加原理
一、「物理量」具有确定值的条件
二、不同「物理量」同时具有确定值的条件
三、「物理量」的平均值
四、量子力学原理的数学概念及其物理意义的再说明
第八节　量子力学基本假设之五—Pauli不相容原理（Pauli Exclusion Principle）
第九节　「量子力学」假设的再说明
第十节　不同波函数反映不同的物理意义
第十一节　virial 定理
练习题

第三章　「量子化学」在简单模型上的应用
第一节　前言
第二节　「一维位能箱」中粒子的「薛丁格方程式」
一、「一维位能箱」中的粒子
二、「一维位能箱」中粒子的「薛丁格方程式」及其解
三、「薛丁格方程式」解的讨论
第三节　「三维位能箱」中粒子的「薛丁格方程式」
第四节　穿隧效应
一、「穿隧效应」现象
二、又一个「穿隧效应」的着名应用例子
第五节　「一维简谐振动」
第六节　「三维简谐运动」
第七节　「量子力学」处理微观体系的一般步骤与量子效应
〔附录3.1〕电子如何穿越「节点」？
练习题

第四章　氢原子的结构及其相关性质   
第一节　前言
第二节　氢原子与似氢离子的薛丁格方程式解
一、Φ方程的求解
二、Θ方程的求解
三、R(r)方程的求解
四、总波动函数Ψn, l, m的形式
第三节　四个量子数（n、l、m、ms）的物理意义
一、「主量子数」n（主要决定总能量值大小）
二、角量子数l（主要决定「电子云」的形状）
三、磁量子数m（主要决定「电子云」的空间方位取向）
四、自旋量子数ms（主要决定「自旋」的状态）
第四节　氢原子轨域之图形表示
一、径向(r)分布图
二、角度分布图
三、电子云空间分布图
四、原子轨域等值线图及原子轨域等密度线图
五、原子轨域之网格立体图
六、原子轨域节面图
　　七、原子轨域轮廓图
第五节　不同波函数及反映不同的物理意义
〔附录4.1〕
〔附录4.2〕
练习题

第五章　多电子原子结构
第一节　多电子原子的薛丁格方程式之近似求解
一、多电子原子的「薛丁格方程式」
二、「单电子近似法」（又称「轨域近似法」）
三、中心力场近似法
四、「自我满足场」方法
第二节　原子核外多电子的排列与分布
一、Pauli不相容原理（Pauli Exclusion Principle）
二、能量最低原理
三、Hund’s Rule
第三节　电子「自旋」
一、电子「自旋」问题的提出
二、「自旋波函数」和「自旋-轨域波函数」
三、等同粒子和「Pauli不相容原理」（参考第二章第八节及第五章第二节）
四、「自旋相关效应」
第四节　原子光谱
一、原子光谱的概念
二、氢原子光谱
三、多电子原子的「光谱项」（Term Symbol）
四、原子能阶图
五、由电子「组态」确定「光谱项」
六、「基本态」之「光谱项」
练习题

第一章习题解答
第二章习题解答
第三章习题解答
第四章习题解答
第五章习题解答

第一节　古典物理的困境

在经过数个世纪，众多出色研究工作者持续不断地努力之下，物理学理论发展至十九世纪末已趋于成熟、完善的阶段。在当时，一般的物理现象，都可从相对应的理论中，得到解释和说明，像是在热现象方面，有着完整的热力学理论及L. Boltzmann、J. W. Gibbs等人建立的统计物理学；在力学方面，物体的机械运动在其速度比光速小很多时，将会准确的遵循着牛顿力学规律；在电磁学方面，也总结出J. C. Maxwell的电动力学方程组。这些理论系统构成一个完整的体系，而总称为「古典物理学」（Classical Mechanics）理论。

也正因如此，十九世纪末的物理学家们，可说普遍存在着一种乐观想法，认为自然界物理现象本质的了解与认识已经完成，剩下来的工作，至多只不过把这些基本规律，应用在各种具体问题上，并利用更精密的仪器，在小数点后面多测得几位精确值罢了！美国诺贝尔物理奖得主Alkert Michelson就曾说过：「未来的物理学真理将不得不在小数点后第六位去寻找。」好像所有物理原理都已被发现，以后的工作顶多只不过是提高实验精神而已。

在科学的发展过程中，人们自然而然的会将已确立的科学理论，运用在尚未被仔细研究过的新领域。同样的，「古典物理学」理论既已被人们熟悉，也就顺理成章地，被用来解释与原子和分子有关的实验事实。但在这时候，有三种实验结果，却无法用「古典物理学」理论圆满的解释。这些实验就是：一、黑体辐射；二、光电效应；三、原子光谱。

这一系列实验事实，反映出「古典物理学」的局限性，迫使人们重新考虑这一重要问题：即以往巨观世界中物质运动的规律，是否也同样能够运用在微观世界里？在大量科学实验的基础上，人类不断地研究、探索，进而逐渐认识到，原来原子及分子等微观世界，也有着它自己的规律，它们的运动和结构不能用「古典物理学」来处理，进而引出「量子理论」（Quantum Theory）。就让我们先从「黑体辐射」（Blackbody Radiation）开始说起。

第二节　黑体辐射

十九世纪时的德国大力发展钢铁工业，炼钢需要高温和测温技术，进而推动了对热辐射的研究。大量的实验数据揭示了「古典物理学」的局限性，并为新理论的建立提供了事实依据、指明方向、启发思路。德国原本想从「马铃薯王国」变成「钢铁王国」，却也意外地开创了「量子王国」。

评分☆☆☆☆☆

让我感到比较欣慰的是，这本书并没有把量子化学描绘成一个高不可攀的学科。相反，它试图用一种更贴近日常化学的语言来解释那些核心概念。例如，在讨论分子轨道时，它会类比原子轨道，并且强调了成键轨道和反成键轨道的概念，以及它们如何影响分子的稳定性。这种类比和比较，极大地降低了理解门槛。 我记得书中有一个章节，专门讲解了如何利用分子轨道理论来理解共轭体系的性质。它通过一些简单的例子，比如丁二烯，来展示分子轨道是如何形成的，以及π电子是如何在整个分子中离域的。这种可视化和概念化的讲解，让我能够更好地理解共轭体系的特殊稳定性以及其光学性质。这比单纯记忆一些经验规则要深刻得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书在对量子化学的“前世今生”的梳理上，做了一些有趣的介绍。我个人很喜欢这种带有历史感和哲学思考的学习方式。在开篇部分，作者花了相当的篇幅来讲述量子力学是如何诞生的，以及早期物理学家们是如何一步步突破经典物理的局限，最终构建起全新的量子理论体系的。这种叙述方式，不仅仅是枯燥的知识灌输，更像是在讲述一个科学发展的故事，让我能够体会到科学家们探索真理的艰辛和智慧。 我特别对普朗克的量子假说和爱因斯坦光电效应的解释印象深刻。这些历史事件，为理解量子力学的核心思想奠定了基础，也让我明白了为什么需要引入“量子”这个概念。这种从历史视角切入，能够帮助我更好地理解量子化学的逻辑起点，以及它与经典化学的根本区别。我从中获得了一种“溯本追源”的满足感，觉得我所学习的知识，是有其深厚根基的。

评分☆☆☆☆☆

令我感到惊喜的是，这本书并没有把重点放在量子化学的“计算”层面，而是更多地关注于“概念”的理解。我本来以为一本介绍量子化学的书，会充斥着各种复杂的公式和数值计算。但这本书的侧重点在于，如何用量子力学的思想去理解化学现象，比如化学键的本质、分子的几何构型、以及反应的难易程度等等。 我尤其喜欢书中对化学键的量子力学解释。它不仅仅是停留在线性组合的概念，还深入到电子云的重叠和能量降低的过程。这让我对“共价键”这个概念有了更深刻的认识，理解了为什么两个原子会“结合”在一起。这种从微观视角去解释宏观化学现象的方式，让我觉得非常新颖和有启发性。

评分☆☆☆☆☆

这本书在数学方法的应用上，我觉得是恰到好处的。它虽然涉及一些数学公式，但并没有让数学成为阻碍理解的障碍。作者在引入数学工具的同时，都会尽量给出其物理背景和化学意义。例如，在讲解矩阵对角化时，它并不是直接给出矩阵运算的步骤，而是解释了为什么需要进行对角化，以及对角化后得到的本征值和本征向量分别代表了什么。 这种“寓教于数”的方式，让我觉得既学习了必要的数学工具，又没有被数学本身所困扰。我能够理解，在量子化学的研究中，数学是必不可少的语言，但关键在于如何将其与化学概念结合起来。这本书在这方面做得相当不错，让我对利用数学工具解决化学问题产生了更大的信心。

评分☆☆☆☆☆

对于这本书的整体结构，我总体上是认可的。它从原子结构的基础开始，逐步深入到分子轨道理论。我尤其欣赏的是，作者在讲解每个新概念时，都会尽量联系实际的化学现象。比如，在讲到杂化理论时，它不仅仅是介绍了sp、sp2、sp3等概念，还会用这些概念去解释甲烷、乙烯、乙炔等简单分子的键角和键长，以及它们的稳定性。这种“理论联系实际”的做法，大大增强了我学习的兴趣和理解的深度。我总觉得，化学知识如果脱离了具体的物质和反应，就变得枯燥乏味，而这本书在这方面做得相当不错。 此外，书中还包含了一些关于光谱学和化学键性质的介绍，这些内容让我对如何通过实验手段来验证和研究微观结构有了初步的认识。虽然细节之处可能还有待更深入的探讨，但作为一个入门级的读物，它成功地为我构建了一个量子化学知识的骨架。我希望未来有机会能通过这本书，进一步理解更复杂的化学体系，比如过渡金属配合物或者大分子的电子结构。

评分☆☆☆☆☆

这本《初等量子化学》给我的第一印象是，它试图用一种相对平易近人的方式来介绍量子化学这个看似高深莫测的领域。我一直对微观世界的奇妙现象感到好奇，尤其是原子和分子是如何运作的，化学键又是如何形成的。过去我也尝试过阅读一些更专业的教材，但常常被复杂的数学推导和抽象的概念搞得头晕目眩，最终无疾而终。因此，当我看到“初等”这个词时，心中升起一丝希望，觉得这本书或许能成为我跨入量子化学世界的一块敲门砖。 我特别喜欢书中对一些基本量子力学概念的阐述，比如波粒二象性、不确定性原理等。作者并没有直接抛出薛定谔方程，而是先从这些更具哲学意味的观点入手，一点点地引导读者去理解微观粒子的行为与我们宏观世界经验的巨大差异。这让我感觉像是被温和地引入了一个全新的思维模式，而不是被强制灌输一堆难以消化的公式。举个例子，书中对电子云的形象化描述，虽然知道那只是一个概率的分布，但能够想象电子在原子核周围“飘荡”的感觉，确实比单纯的“轨道”概念更生动。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验上来说，这本书的语言风格比较朴实，没有过多的华丽辞藻，也尽量避免使用过于晦涩难懂的专业术语。这对于我这个初学者来说，无疑是一个巨大的优点。我能够比较顺畅地跟随作者的思路，理解每一个概念的含义。书中穿插的一些插图和图表，也起到了很好的辅助说明作用，比如原子轨道的形状示意图，以及分子轨道的能量图等等。这些视觉化的元素，能够帮助我更直观地理解抽象的概念。 当然，我也注意到，在某些章节，作者的讲解方式略显跳跃，或者对于某些关键的过渡环节没有给出足够的铺垫。这导致我在阅读过程中，偶尔会产生一些疑问，需要反复阅读才能理解。不过，考虑到整本书的篇幅和内容量，这样的情况也情有可原。总的来说，这本书在语言的可读性方面，做得还是相当不错的，让我有信心继续阅读下去。

评分☆☆☆☆☆

这本书在一些细节的处理上，我感觉可以做得更细致一些。比如，在讲解算符和本征值方程时，虽然给出了数学形式，但对于算符的物理意义以及本征值所代表的物理量，并没有给出更深入的解释。我感觉作者可能预设了读者已经具备一定的物理学基础，所以在这方面没有做过多的铺垫。 我希望这本书在后续的修订中，能够对这些基础性的概念做更详尽的阐述。比如，可以增加一些对力学量算符、能量算符的物理意义的解释，以及本征值问题在量子力学中的普遍性。这对于真正想要理解量子化学的读者来说，是至关重要的。不过，作为一本“初等”读物，或许这也超出了其预设的范围。

评分☆☆☆☆☆

这本书在计算化学方面的引入，虽然篇幅不多，但我觉得触及到了一个非常重要的方向。我一直对计算机如何模拟化学过程感到好奇，而这本书恰好提供了一个初步的视角。它简单介绍了如何利用量子化学方法来计算分子的能量、几何构型以及反应活性等参数。虽然具体的计算方法和软件并没有详细介绍，但它至少让我知道，量子化学不仅仅是理论概念，还可以应用于实际的计算模拟。 我尤其对书中提到的“近似方法”感到兴趣，比如Hartree-Fock方法。我知道在实际的计算中，精确求解薛定谔方程几乎是不可能的，因此各种近似方法就显得尤为重要。这本书简要地介绍了一些基本思路，让我对这个复杂但又极其有用的领域有了初步的了解。我希望未来能够有机会学习如何使用相关的软件，将这些理论知识转化为实际的计算工作。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书在某些方面确实让我感到“初等”的局限性。虽然它在概念的引入上做了很多努力，但在一些更深入的理论推导和数学细节上，可能就点到为止了。比如，当讲到哈密顿算符或者一些微扰理论的雏形时，书本只是简单地介绍了一下其概念和作用，但具体的推导过程和数学公式的由来，并没有详细展开。这对于我这种希望能够“知其然，更知其所以然”的读者来说，多少有些意犹未尽。 我明白，作为一本“初等”的教材，它不可能面面俱到，也不适合过于庞杂的数学运算。但有时，当我读到某个结论时，总会好奇它是如何一步步推导出来的，或者是否存在更严谨的数学表述。这可能是我个人的求知欲比较强，但也说明了这本书在某些地方，确实为读者留下了进一步探索的空间，只是这个空间可能需要读者自己去寻找更高级别的资料来填补。