量子化學

　　理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。

　　簡史　1927年W.H.海特勒和F.W.倫敦用量子力學基本原理討論氫分子結構問題，說明瞭兩個氫原子能夠結合成一個穩定的氫分子的原因，並且利用相當近似的計算方法，算出其結合能約為實驗值的2/3。由此，使人們認識到可以用量子力學原理討論分子結構問題，從而逐漸形成瞭量子化學這一分支學科。

　　量子化學的發展歷史可分兩個階段：①1927年到50年代末為創建時期。其主要標志是三種化學鍵理論的建立和發展、分子間相互作用(包括分子間作用力和氫鍵)的量子化學研究。在三種化學鍵理論中，價鍵理論是由L.C.鮑林在海特勒和倫敦的氫分子結構工作的基礎上發展而成，其圖象與經典原子價理論接近，已為化學傢所接受。分子軌道理論是在1928年由R.S.馬利肯等首先提出，1931年E.休克爾提出的簡單分子軌道理論，對早期處理共軛分子體系起重要作用。分子軌道理論計算較簡便，又得到光電子能譜實驗的支持，使它在化學鍵理論中占主導地位。配位場理論由H.A.貝特等在1929年提出，最先用於討論過渡金屬離子在晶體場中的能級分裂，後來又與分子軌道理論結合，發展成為現代的配位場理論。②60～70年代為發展階段。主要標志是量子化學計算方法的研究，其中嚴格計算的從頭算方法、半經驗計算的全略微分重疊和間略微分重疊等方法的出現，擴大瞭量子化學的應用范圍，提高瞭計算精度。1928～1930年，E.A.許萊拉斯計算氦原子，1933年H.M.詹姆斯和A.S.庫利奇計算氫分子，得到瞭接近實驗值的結果。70年代又對它們進行更精確的計算，得到瞭與實驗值幾乎完全相同的結果。70年代，B.劉曾用從頭算方法計算瞭直線和非直線構型H₃體系的勢能面，達到瞭化學精度。計算量子化學的發展，使定量的計算擴大到原子數較多的分子，並加速瞭量子化學向其他學科的滲透。

　　研究范圍和內容　研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結果解釋化學現象。

　　與其他學科的關系　量子化學的研究結果在其他化學分支學科的直接應用，導致瞭量子化學對這些學科的滲透，並建立瞭一些邊緣學科，主要有量子有機化學、量子無機化學、量子生物和藥物化學、表面吸附和催化中的量子理論、分子間相互作用的量子化學理論和分子反應動力學的量子理論等。

　　三種化學鍵理論建立較早，至今仍在不斷發展、豐富和提高，它與結構化學和合成化學的發展緊密相聯、互相促進。合成化學的研究提供瞭新型化合物的類型，豐富瞭化學鍵理論的內容；同時，化學鍵理論也指導和預言一些可能的新化合物的合成；結構化學的測定則是理論和實驗聯系的橋梁。

　　其他化學分支學科也已使用量子化學的概念、方法和結論。例如分子軌道的概念已得到普遍應用。絕對反應速率理論（見分子反應動力學）和分子軌道對稱守恒原理，都是量子化學應用到化學反應動力學所取得的成就。

　　今後，量子化學在其他化學分支學科的研究方面將發揮更大的作用，如催化與表面化學、原子簇化學、分子動態學、生物與藥物大分子化學等方面。