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《量子化学的现状_李前树》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第1期中国科学基金量子化学的现状李‘王荣顺“前树I摘要】本文在对量子化学建立60年来的历史发展进行简要评述的同时,按照基础量子化学研究和应用量子化学研究两个方面,重点地介绍了量子化学研究的主要内容和发展现状。并就化学研究的重要目的,,一分子设计与量子化学的关系以及量子化学与其它学科特别是化学的其它分支学科之间的关系,讨论了量子化学在当代科学和高技术发展中的作用和意义。在此基础上,展望了量子化学在最近的将来的发展趋势,提出了我国量子化学研究发展方向的粗浅看法。量子化学是应用量子力学的基本原理和方法,讨论分子问题的化学分支学科。它既有量子理论提供的理论基础和方法,也
2、有合成化学和结构化学提供的实验基础,其中,各种谱学的,,on实验数据可以直接与量子化学计算结果相比较这使它从1927年Heitler一Lond用量子,,:力学方法处理H分子间题而开创了量子化学学科的60多年中获得了迅速发展并且给化学的各个分支学科以深刻的影响。首先,量子化学中提出的一系列概念和思想,改变了化学家。,、、、、,的语汇和思考方法现在诸如轨道电子云舀键二键杂化和共振以及电子跃迁等几乎出,。,现在每一本化学书中成为现代化学的基本语汇其次量子化学方法可以对分子的电子运动性质计算得足够精确,以致于能用于校准或弥补某些实验数据的不足。第三,量子化学奠定了现代谱
3、学的理论基础,无论是光谱、磁共振谱、能谱,不结合量子化学计算结果,很难对其谱线进行系统的分析。同时,精确的计算还能预示尚未发现的谱线。第四,量子化学方法可以逐类系统地研究分子的化学性质,建立结构和性质之间的联系规律,从而预言一些新的化学事实。这使合成化学、结构化学和量子化学更紧密地相互联系、相互促进,加速了分子设计研究的进程。而作为量子化学本身的发展,。基本上可以分为基础研究和应用研究两大方面进行讨论一、基础研究基础研究的核心是多体理论方法。原则上,量子力学的理论和方法也能处理分子问题。但是分子是多中心体系,计算将更为复杂,因而需要对量子力学的理论和方法加以改造
4、和发展,建立与之,。适应的各种近似方法即所谓量子化学中的多体理论多体理论中的三种化学键理论(价键理论、分子轨道理论和配位场理论)是重要的内容。:,。Heitle卜London方法处理H分子实际上就奠定了价键理论的基础由于它的理论图象与,,。经典的局域化学键概念相接近使之一开始就得到迅速地发展在三种理论中占了统治地位,。,其中Pauling的共振论对价键理论的发展作出了重要的贡献这个理论实质上是一种以各种可能经典结构式对应的波函数的线性组合,作为变分函数的图形处理方法,它对现代有机化吉林大学理化所教授、**东教授北师范大学副校长中国科学基金1990年学的发展产生了
5、巨大的影响。但是由于价键理论在计算上的困难,50年代后,其统治地位逐渐被分子轨道理论所取代。到了70年代,由于它与图形理论进一步结合,使其发展有回升的趋势,特别是计算机的发展,已经使利用价键理论对分子进行严格计算成为可能。,分子轨道理论是Hund和Mulhken等人在1928年提出的是认为电子在整个分子离域运动。e,,的化学键理论1931年Hukel提出了简单分子轨道理论(HMO理论)用于讨论共扼分子得到.1。,芳香环烃稳定性的4什2规则和芳环取代反应的定位规则50年代Fukin提出了前线分子轨道理论,简化了理论处理。特别是60年代出现的光电子能谱技术,证实了分
6、子轨道理论的结果,赋于分子轨道以确定的物理意义。加之,分子轨道法计算简单,使它的发展很快,逐渐压倒了价键理论而成为占据统治地位的化学键理论。同时,计算机的迅速发展,使50年代建立起来的,。Hartr(℃一Fock一Roothall方程得到广泛应用成为当代量子化学计算方法的主流。配位场理论是由Bethe和VanVleck在1929年提出的晶体场理论发展而成主要用于讨论配位化合物或晶体的光谱,解释其电磁性质。晶体场理论主要处理晶体中一个离子的核外电子,在受到具有点群对称性的晶体场的静电作用时产生的光谱,并且建立了它与自由离子核外电子受到球对称力场作用时谱项的关系。后
7、来将这种方法用于讨论配位化合物分子,同时引人分子轨道概念,进一步考虑中央离子和配位体轨道之间的重迭,发展成现代的配位场理论。t60年来,三种化学键理论都在不断发展,它们有各自的应用范围和特点,并且相互补充。密度矩阵理论,虽然在量子力学刚建立后不久就被提出,但是,直到50年代中期之后,才得到较大的发展。它既是量子力学,又是量子化学的一种多体理论。该理论是用多电子体系波函数和它的相应共扼空间的波函数,构造出密度矩阵。并且利用通常的力学量算符只是单粒子和双粒子的全对称算符这一性质,得到对力学量的平均值计算,实际上只需要由密度矩阵收缩而来的一阶和二阶约化密度矩阵。于是,
8、人们试图避开波函数,而直
