偶看新闻仪表盘一闪一闪:现代化学分类3：理论化学及其分支量子化学
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/19 08:19:31
现代化学分类3：理论化学及其分支量子化学
理论化学是指运用非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。理论化学主要包括量子化学，即应用量子力学来解决化学问题。理论化学可以泛泛地分为电子结构、动力学和统计力学几个方面。在解决预测化合物的反应活性的问题时，这几个方面都可能不同程度地涉及到。理论化学其他“五花八门的” 研究领域包括对处于各物态的大块物质化学的数学表征，例如化学动力学的研究，研究更晚近的数学进展在基础研究的适用性，例如拓扑学原理在研究电子结构方面的可能应用。理论化学的这一方面有时被称为数学化学。
理论化学的很大一部分可以被归类为计算化学，虽然计算化学通常指的是理论化学的具体应用并设计一些近似处理，例如一些后哈特里-福克类型的方法，密度泛函理论，半经验方法 (如PM3) 或 各种力场方法。有些化学理论家应用统计力学提供了联系量子世界的微观现象和体系大块物质的宏观性质的桥梁。
理论上解决化学问题可以追溯到化学发展的早期，但直到奥地利物理学家埃尔温·薛定谔导出薛定谔方程之前，可用的理论工具相当粗糙，并有很大猜测性质。现在，基于量子力学的复杂得多的方法已很普遍。
历史上，理论化学应用的主要研究领域包括：
（1）原子物理学：研究围绕原子核运动的电子的科学；
（2）分子物理学：研究围绕组成分子的原子核运动的电子及
原子核运动的科学。这个术语通常指的是对由少数原子组成的气态分子的研究。但有些人认为分子物理学也包括在分子水平上研究化合物的宏观性质。
（3）物理化学与化学物理学：运用物理方法研究化学，诸如激光技术，隧道扫描显微镜等等。这两个研究领域之间的形式上的区别在于物理化学是化学的一个分支而化学物理学是物理学的一个分支。实践中它们并无明显区别。
因而，理论化学有时被看成是物理学和化学研究领域的一门分支学科。但是，最近随着密度泛函理论和其他方法如分子力学的兴起，理论化学的应用已被扩展至与其他化学和物理研究领域相关的化学体系，例如生物化学，凝聚态物理学, 纳米技术或分子生物学。
量子化学（quantum chemistry）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。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。量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。将量子理论应用于原子体系还是分子体系是区分量子物理与量子化学的标准之一。目前认为最早的量子化学计算是1927年布劳(Ø.Burrau)对H2+离子以及同年瓦尔特·海特勒（W. Heitler）和弗里茨·伦敦（F. London）对H2分子的计算，开创了量子化学这一交叉学科。经过近八十年发展之后，量子化学已经成为化学家们广泛应用的一种理论方法。
1925年和1926年，物理学家维尔纳·海森伯和埃尔温·薛定谔各自建立了矩阵力学和波动力学，标志着量子力学的诞生，同时也为化学家提供了认识物质化学结构的新理论工具。1927年物理学家瓦尔特·海特勒和弗里茨·伦敦将量子力学处理原子结构的方法应用于氢气分子，成功地定量阐释了两个中性原子形成化学键的过程，他们的成功标志着量子力学与化学的交叉学科——量子化学的诞生。