《理论与计算化学》是一门系统阐述化学体系量子力学原理与方法的核心课程。课程内容紧密围绕如何求解分子薛定谔方程这一核心问题,逐步展开。学习者将首先夯实量子力学基础,继而系统学习处理多体问题的核心近似方法,包括微扰理论、变分法以及波恩-奥本海默近似。在此基础上,课程将深入探讨休克尔分子轨道理论,并引导您运用键级、自由价、电荷密度等量子化学描述符分析分子性质。最终,您将掌握前线轨道理论,从HOMO与LUMO的视角理解并预测化学反应的选择性与规律。通过本课程,您将建立起连接微观电子结构与宏观化学性质的完整知识框架。
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Syllabus
- 第一章 绪论
- 1.1 经典物理所面临的困境
- 1.2 旧量子论的开端
- 1.3 旧量子论的建立
- 1.4 量子力学:革命与统一
- 1.5 常用的计算方法与软件
- 第二章 波函数与薛定谔方程
- 2.1 波函数
- 2.2 波函数的统计性解释
- 2.3 态叠加原理
- 2.4 薛定谔方程
- 2.5 算 符
- 第三章 定态薛定谔方程的解
- 3.1 方盒中的粒子
- 3.2 一维谐振子
- 3.3 中心力场
- 3.4 氢原子
- 第四章 电子自旋与角动量
- 4.1 轨道角动量
- 4.2 电子自旋
- 4.3 泡利原理
- 4.4 史莱特行列式
- 第五章 多体问题
- 5.1 多体问题
- 5.2 微扰理论
- 5.3 变分法
- 5.4 波恩奥本海默近似
- 第六章 分子轨道理论
- 6.1 久期方程
- 6.2 分子对称性及扩展的HMO理论
- 6.3 电荷密度、键级和成键度
- 6.4 共轭分子的稳定性和反应性
- 6.5 前线轨道理论
- 第七章 密度泛函理论
- 7.1 Example tools
- 7.2 Development of computational chemistry
- 7.3 Introduction to Computational Chemistry
- 7.4 Introduction to Density Functional Theorymethodsputational Chemistry
- 7.5 Quantum mechanical methodsputational Chemistry
- 第八章 计算化学软件
- 8.1 Materials Studio (MS)软件基本操作
- 8.2 vasp软件基本操作
- 8.3 vasp性质计算及结果处理
- 8.4 Gaussian软件的使用—C2H6结构优化
- 8.5 量子化学计算软件Gaussian 的功能体系与应用
- 8.6 CP2K软件基本操作
- 第九章 AI化学与数据伦理
- 9.1 基于机器学习的新型热电材料的加速设计与性能研究
- 9.2 机器学习
- 9.3 量子力学到人工智能的历史进程(以诺贝尔奖为脉络)
- 9.4 人工智能带来的伦理挑战
- 期末考试
Taught by
Wang Jing, Si Yanling, Yong Xue , Li Hao, and Gao Guoying