本书为化学;101计划物理化学课程建设成果，由美国加州大学 Davis分校Donald A. McQuarrie和杜克大学John D. Simon两位教授编写，南京大学侯文华教授等翻译。全书包含31章，强调通向物理化学的分子途径。首先讨论了量子力学的原理，然后在随后的热力学和动力学内容中广泛使用这些思想。本书的一大特点是引入了10个所谓的"数学章节"，这些章节简要复习了随后章节中使用的数学知识，极大地增强了教学效果。第1章 量子理论的黎明 ??1_1 黑体辐射无法用经典物理学解释 ??1_2 普朗克使用量子假设导出了黑体辐射定律 ??1_3 爱因斯坦用量子假设解释了光电效应 ??1_4 由系列谱线构成的氢原子光谱 ??1_5 里德伯公式解释了氢原子光谱中的所有谱线 ??1_6 德布罗意假设物质具有波动性质 ??1_7 实验观测到的德布罗意波 ??1_8 氢原子的玻尔理论可以用来导出里德伯公式 ??1_9 海森伯不确定性原理指出不能同时以无限精度确定一个粒子的位置和动量 ??习题 数学章节A 复数 ??练习题 第2章 经典波动方程 ??2_1 一维波动方程描述了振动弦的运动 ??2_2 波动方程可以通过分离变量法来求解 ??2_3 某些微分方程具有振动解 ??2_4 波动方程的通解是简正模的叠加 ??2_5 振动膜由一个二维波动方程描述 ??习题 数学章节B 概率与统计 ??练习题 第3章 薛定谔方程与箱中粒子 ??3_1 薛定谔方程是求粒子波函数的方程 ??3_2 经典力学量由量子力学中的线性算符表示 ??3_3 薛定谔方程可表述为本征值问题 ??3_4 波函数具有概率解释性 ??3_5 箱中粒子的能量是量子化的 ??3_6 波函数必须归一化 ??3_7 势箱中粒子的平均动量为零 ??3_8 不确定性原理指出sigma;psigma;x gt; /2 ??3_9 三维势箱中的粒子问题是一维情况的简单扩展 ??习题 数学章节C 矢量 ??练习题 第4章 量子力学的一些假设和基本原理 ??4_1 系统的状态由其波函数完全确定 ??4_2 量子力学算符表示经典力学变量 ??4_3 可观测量必须是量子力学算符的本征值 ??4_4 波函数的时间依赖性受含时薛定谔方程控制 ??4_5 量子力学算符的本征函数是正交的 ??4_6 对易算符对应的物理量可以同时被测量到任意精度 ??习题 数学章节D 球坐标 ??练习题 第5章 谐振子和刚性转子：两种光谱模型 ??5_1 谐振子遵守胡克定律 ??5_2 双原子分子的谐振子模型方程包含分子的折合质量 ??5_3 谐振子近似源自核间势能在其最小值附近的展开 ??5_4 量子力学谐振子的能级为Eupsilon;=homega;（upsilon; 1/2）（upsilon;=0，1，2，） ??5_5 谐振子可解释双原子分子的红外光谱 ??5_6 谐振子波函数涉及厄米多项式 ??5_7 厄米多项式是偶函数或奇函数 ??5_8 刚性转子的能级是E=h2J（J 1）/2I ??5_9 刚性转子是旋转双原子分子的一个模型 ??习题 第6章 氢原子 ??6_1 氢原子的薛定谔方程可以精确地求解 ??6_2 刚性转子的波函数称为球谐函数 ??6_3 角动量三个分量的精确值不能同时测量 ??6_4 氢原子轨道取决于三个量子数 ??6_5 s 轨道是球对称的 ??6_6 对于每个主量子数（nge;2）的值, 都有三个p 轨道 ??6_7 氦原子的薛定谔方程无法精确求解 ??习题 数学章节E 行列式 ??练习题 第7章 近似方法 ??7_1 变分法为系统的基态能量提供了上限 ??7_2 线性依赖于变分参数的试探函数引出久期行列式 ??7_3 试探函数可以是包含变分参数的函数的线性组合 ??7_4 微扰理论是用之前解决的另一个问题来表示一个问题的解决方案 ??习题 第8章 多电子原子 ??8_1 原子和分子计算使用原子单位表示 ??8_2 微扰理论和变分法用于氦原子计算都能得到很好的结果 ??8_3 用自洽场方法求解Hartree_Fock方程 ??8_4 电子具有固有的自旋角动量 ??8_5 任意两个电子交换时波函数必须是反对称的 ??8_6 反对称波函数可以用Slater行列式表示 ??8_7 Hartree_Fock计算与实验数据吻合良好 ??8_8 谱项详细描述了电子组态 ??8_9 J的允许值为L S，L S_1，，|L_S| ??8_10 使用洪德规则确定电子基态的谱项 ??8_11 原子谱项用于描述原子光谱 ??习题 第9章 化学键：双原子分子 ??9_1 玻恩_奥本海默近似简化分子的薛定谔方程 ??9_2 H2 是分子轨道理论的典型例子 ??9_3 重叠积分是位于不同原子上的原子轨道重叠的一种定量度量 ??9_4 化学键的稳定性是一个量子力学效应 ??9_5 对H2 进行最简单的分子轨道处理产生了一个成键轨道和一个反键轨道 ??9_6 H2的简单分子轨道处理将两个电子都放在一个成键轨道中 ??9_7 分子轨道可以按照它们的能量进行排序 ??9_8 分子轨道理论预测稳定的双原子氦分子不存在 ??9_9 电子根据泡利不相容原理被置于分子轨道中 ??9_10 分子轨道理论准确预测了氧分子是顺磁性的 ??9_11 光电子能谱支持分子轨道的存在 ??9_12 分子轨道理论同样适用于异核双原子分子 ??9_13 SCF_LCAO_MO波函数是由原子轨道线性组合形成的分子轨道，组合系数通过自洽计算确定 ??9_14 分子的电子态通过分子谱项表示 ??9_15 分子谱项表示了分子波函数的对称性质 ??9_16 大多数分子都有电子激发态 ??习题 第10章 多原子分子中的成键 ??10_1 杂化轨道解释分子形状 ??10_2 水中成键电子和孤对电子使用不同的杂化轨道 ??10_3 为什么BeH2是线形的而H2O是弯曲的？ ??10_4 光电子能谱可用于研究分子轨道 ??10_5 共轭烃和芳香烃可通过pi;电子近似法处理 ??10_6 丁二烯因离域能而稳定 ??习题 第11章 计算量子化学 ??11_1 现代计算化学中常用的高斯基组 ??11_2 扩展基组准确解释了分子电荷分布的大小和形状 ??11_3 基组名称中的星号表示轨道极化项 ??11_4 H2 的基态能量基本可以被精确计算 ??11_5 GAUSSIAN 94计算提供了分子的准确信息 ??习题 数学章节F 矩阵 ??练习题 第12章 群论：对称性的利用 ??12_1 利用分子的对称性可以极大简化数值计算 ??12_2 分子的对称性可以用一组对称元素来描述 ??12_3 一个分子的对称操作构成一个群 ??12_4 对称操作可以用矩阵表示 ??12_5 C3v点群具有一个二维不可约表示 ??12_6 特征标表是点群性质最重要的总结 ??12_7 几个涉及不可约表示特征标的数学关系 ??12_8 利用对称性论证来预测久期行列式中哪些元素等于零 ??12_9 生成算符用于寻找可作为不可约表示的基的原子轨道的线性组合 ??习题 第13章 分子光谱 ??13_1 电磁波谱的不同区域用于研究不同的分子过程 ??13_2 振动跃迁伴随有转动跃迁 ??13_3 振转相互作用解释了振转光谱中P支与R支谱线的不等间距 ??13_4 纯转动光谱中的谱线间距不等 ??13_5 在振动光谱中观察到了倍频 ??13_6 电子光谱包含电子、振动和转动信息 ??13_7 富兰克_康顿原理预测电子振动跃迁的相对强度 ??13_8 多原子分子的转动光谱取决于分子的主转动惯量 ??13_9 用简正坐标表示多原子分子的振动 ??13_10 简正坐标属于分子点群的不可约表示 ??13_11 选律可由含时微扰理论导出 ??13_12 刚性转子近似中的选律为Delta;J=plusmn;1 ??13_13 谐振子的选律为Delta;upsilon;=plusmn;1 ??13_14 群论用于确定简正模振动的红外活性 ??习题 第14章 核磁共振谱学 ??14_1 原子核具有固有的自旋角动量 ??14_2 磁矩与磁场相互作用 ??14_3 质子NMR谱仪的工作频率目前一般在60MHz到1.2GHz ??14_4 作用于分子中核上的磁场会受到屏蔽 ??14_5 化学位移取决于核的化学环境 ??14_6 自旋_自旋耦合可以导致NMR 谱图中的多重峰 ??14_7 化学等价质子之间的自旋_自旋耦合是观察不到的 ??14_8 n 1规则仅适用于一阶谱 ??14_9 二阶谱可以使用变分法进行精确计算 ??习题 第15章 激光、激光光谱学和光化学 ??15_1 电子激发态分子可以通过许多过程发生弛豫 ??15_2 原子电子态之间的光谱跃迁动力学可以用速率方程来模拟 ??15_3 一个二能级系统不能实现粒子数反转 ??15_4 在三能级系统中可以实现粒子数反转 ??15_5 激光器里面有什么？ ??15_6 氦_氖激光器是一种电泵浦连续波气相激光器 ??15_7 高分辨率激光光谱可以分辨传统光谱仪无法分辨的吸收谱线 ??15_8 脉冲激光可用于测量光化学过程的动力学 ??习题 数学章节G 数值方法 ??练习题 第16章 气体的性质 ??16_1 当足够稀薄时所有气体的行为都是理想的 ??16_2 van der Waals方程和Redlich_Kwong方程是双参数状态方程的示例 ??16_3 三次状态方程可以描述气体和液体的状态 ??16_4 van der Waals方程和Redlich_Kwong方程遵循对比状态定律 ??16_5 第二位力系数可以用来确定分子间势能 ??16_6 London色散力通常是Lennard_Jones 势中r_6项的最大贡献者 ??16_7 van der Waals常数可以用分子参数来表示 ??习题 数学章节H 偏微分 ??练习题 第17章 Boltzmann因子和配分函数 ??17_1 Boltzmann因子是物理科学中最重要的物理量之一 ??17_2 系综中一个系统处在能量为Ej（N，V）的状态j上的概率正比于e_Ej（N，V）/kBT ??17_3 假定平均系综能量等于一个系统的实测能量 ??17_4 等容热容是平均能量对温度的偏微分 ??17_5 可以用配分函数来表示压力 ??17_6 独立、可区分分子系统的配分函数是分子配分函数的乘积 ??17_7 一个由独立、不可区分原子或分子组成的系统的配分函数通常可写为［q（V，T）］N/N！ ??17_8 分子配分函数可以分解为各个自由度的配分函数 ??习题 数学章节I 级数和极值 ??练习题 第18章 配分函数和理想气体 ??18_1 单原子理想气体中一个原子的平动配分函数为（2pi;mkBT/h2）3/2V ??18_2 室温时大多数原子处在电子基态 ??18_3 一个双原子分子的能量可近似为独立项的加和 ??18_4 大多数分子在室温时处于振动基态 ??18_5 常温时大多数分子处于转动激发态 ??18_6 转动配分函数含有对称数 ??18_7 多原子分子的振动配分函数为各个简正坐标谐振子配分函数的乘积 ??18_8 多原子分子转动配分函数的形式取决于分子的形状 ??18_9 摩尔热容的计算值与实验值十分吻合 ??习题 第19章 热力学第一定律 ??19_1 一种常见类型的功是压力体积功 ??19_2 功和热不是状态函数，但能量是状态函数 ??19_3 热力学第一定律表明能量是状态函数 ??19_4 绝热过程是没有以热的形式传递能量的过程 ??19_5 在绝热可逆膨胀中气体的温度下降 ??19_6 功和热有简单的分子诠释 ??19_7 在只涉及体积功的定压过程中焓变等于以热的形式传递的能量 ??19_8 热容是一种路径函数 ??19_9 相对焓可以由热容数据和相变热来确定 ??19_10 化学反应方程的焓变具有可加和性 ??19_11 反应热可以由生成热表数据来计算 ??19_12 Delta;rH的温度依赖性可由反应物和产物的热容给出 ??习题 数学章节J 二项式分布与斯特林近似 ??练习题 第20章 熵与热力学第二定律 ??20_1 单凭能量的变化不足以确定自发过程的方向 ??20_2 非平衡孤立系统朝着无序度增加的方向演变 ??20_3 与可逆热效应qrev不同，熵是一个状态函数 ??20_4 热力学第二定律指出孤立系统的熵由于发生自发过程而增加 ??20_5 统计热力学中最著名的公式是S=kBlnW ??20_6 我们总是必须设计可逆过程来计算熵变 ??20_7 热力学使我们对热转化为功有了深刻的了解 ??20_8 熵可以用配分函数来表示 ??20_9 分子层次的公式S=kBlnW与热力学公式dS=delta;qrev/T是类似的 ??习题 第21章 熵和热力学第三定律 ??21_1 熵随温度的升高而增加 ??21_2 热力学第三定律指出完美晶体的熵在0K时为零 ??21_3 相变时Delta;trsS=Delta;trsH/Ttrs ??21_4 热力学第三定律断言当Trarr;0K时，CPrarr;0 ??21_5 实际绝对熵可以通过量热确定 ??21_6 气体的实际绝对熵可由配分函数计算得到 ??21_7 标准摩尔熵值的值取决于分子质量和分子结构 ??21_8 一些物质的光谱熵不等于量热熵 ??21_9 标准摩尔熵可以用来计算化学反应的熵变 ??习题 第22章 亥姆霍兹能和吉布斯能 ??22_1 亥姆霍兹能变化的符号决定了等温等容系统中自发过程的方向 ??22_2 吉布斯能决定了等温等压系统自发过程的方向 ??22_3 麦克斯韦关系式提供了一些有用的热力学公式 ??22_4 理想气体的焓与压力无关 ??22_5 各种热力学函数都有其自然独立变量 ??22_6 气体在任一温度的标准状态是1bar下的假想理想气体 ??22_7 吉布斯_亥姆霍兹方程描述了吉布斯能的温度依赖性 ??22_8 逸度是气体非理想性的一种量度 ??习题 第23章 相平衡 ??23_1 一张相图总结了一种物质的固_液_气行为 ??23_2 一种物质的吉布斯能与它的相图紧密相关 ??23_3 纯物质在平衡共存的两相中化学势相等 ??23_4 克劳修斯_克拉佩龙方程给出一个物质的蒸气压与温度的关系式 ??23_5 化学势可以由配分函数计算 ??习题 第24章 溶液Ⅰ：液_液溶液 ??24_1 偏摩尔量是溶液的重要热力学性质 ??24_2 Gibbs_Duhem公式将溶液中一种组分的化学势变化与其他组分的化学势变化联系起来 ??24_3 平衡时每种组分的化学势在该组分出现的每个相中具有相同的值 ??24_4 理想溶液的组分在所有浓度下都服从Raoult定律 ??24_5 大多数溶液都是非理想的 ??24_6 Gibbs_Duhem 公式将挥发性二元溶液中两组分的蒸气压联系起来 ??24_7 非理想溶液的核心热力学量是活度 ??24_8 活度必须相对于标准状态进行计算 ??24_9 用活度系数计算二元溶液的混合吉布斯能 ??习题 第25章 溶液Ⅱ：液_固溶液 ??25_1 对于固体溶于液体形成的溶液，对溶剂用Raoult定律标准状态、对溶质用Henry定律标准状态 ??25_2 非挥发性溶质的活度可由溶剂的蒸气压求得 ??25_3 依数性是只取决于溶质粒子数密度的溶液性质 ??25_4 渗透压可用于测定聚合物的分子量 ??25_5 电解质溶液在较低浓度时是非理想的 ??25_6 Debye_Huuml;ckel理论给出了极稀溶液中lngamma;plusmn;的精确表达式 ??25_7 平均球近似是在更高浓度时的Debye_Huuml;ckel理论的推广 ??习题 第26章 化学平衡 ??26_1 当吉布斯能针对反应进度是一最小值时达到化学平衡 ??26_2 平衡常数仅是温度的函数 ??26_3 标准生成吉布斯能可用来计算平衡常数 ??26_4 反应混合物的吉布斯能对反应进度的作图在平衡时为一最小值 ??26_5 反应商与平衡常数之比决定了反应进行的方向 ??26_6 决定反应自发方向的是Delta;rG的符号而不是Delta;rGdeg;的符号 ??26_7 平衡常数随温度的变化可用范托夫（vanrsquo;t Hoff）公式描述 ??26_8 配分函数可用来计算平衡常数 ??26_9 分子配分函数和相关热力学数据表 ??26_10 用分逸度表示实际气体的平衡常数 ??26_11 用活度表示热力学平衡常数 ??26_12 在涉及离子物种的溶解度计算中，活度的使用会产生显著的差异 ??习题 第27章 气体动理论 ??27_1 气体分子的平均平动能与开尔文温度成正比 ??27_2 分子速率分量的分布可用高斯分布函数来描述 ??27_3 分子速率分布符合Maxwell_Boltzmann分布 ??27_4 气体分子与器壁的碰撞频率正比于其数密度和分子平均速率 ??27_5 Maxwell_Boltzmann分布已经被实验证实 ??27_6 平均自由程是一个分子在连续两次碰撞间行进距离的平均值 ??27_7 气相化学反应速率取决于相对动能超过某一临界值的碰撞速率 ??习题 第28章 化学动力学Ⅰ：速率方程 ??28_1 一个化学反应的时间依赖性可用速率方程来描述 ??28_2 速率方程必须由实验测定 ??28_3 一级反应的反应物浓度随时间呈现指数衰减 ??28_4 不同反应级数的速率方程预测了反应物浓度与时间的不同相关依赖行为 ??28_5 反应也可以是可逆的 ??28_6 可逆反应的速率常数可以用弛豫法来测定 ??28_7 速率常数通常强烈依赖于温度 ??28_8 过渡态理论可以用来估算反应速率常数 ??习题 第29章 化学动力学Ⅱ：反应机理 ??29_1 反应机理就是称为基元反应的一步化学的一个序列 ??29_2 精细平衡原理指出：当一复杂反应处于平衡时，反应机理中每一步的正向过程速率等于逆向过程速率 ??29_3 什么时候连续反应和一步反应可区分？ ??29_4 稳态近似通过假设d［I］/dt=0（式中I 是反应中间体）简化速率表达式 ??29_5 复杂反应的速率方程并不意味着一个独一无二的机理 ??29_6 Lindemann机理解释了单分子反应是如何发生的 ??29_7 一些反应机理包含链反应 ??29_8 催化剂影响化学反应的机理和活化能 ??29_9 Michaelis_Menten机理是一酶催化反应机理 ??习题 第30章 气相反应动态学 ??30_1 双分子气相反应速率可以用硬球碰撞理论和依赖于能量的反应截面来计算 ??30_2 反应截面依赖于碰撞参数 ??30_3 气相化学反应的速率常数可能取决于碰撞分子的取向 ??30_4 反应物的内能可以影响反应的截面 ??30_5 反应性碰撞可以在质心坐标系中得以描述 ??30_6 反应性碰撞可用交叉分子束仪器来研究 ??30_7 反应F（g） D2（g）DF（g） D（g）可以产生振动激发态的DF（g）分子 ??30_8 反应性碰撞产物的速度和角分布提供了化学反应的分子图像 ??30_9 并非所有的气相化学反应都是回弹反应 ??30_10 反应F（g） D2 DF（g） D（g）的势能面可以用量子力学计算 ??习题 第31章 固体与表面化学 ??31_1 晶胞是晶体的基本组成部分 ??31_2 晶面的取向由其Miller指数描述 ??31_3 晶格平面之间的距离可以通过X射线衍射测量来确定 ??31_4 总散射强度与晶体中电子密度的周期结构有关 ??31_5 傅里叶变换将结构因子和电子密度联系起来 ??31_6 气体分子可以在固体表面进行物理吸附或化学吸附 ??31_7 等温线是温度恒定时表面覆盖率随气体压力的变化曲线 ??31_8 Langmuir 吸附等温式可用于推导表面催化气相反应的速率方程 ??31_9 表面的结构不同于固体体相的结构 ??31_10 H2（g）和N2（g）合成NH3（g）的反应可以通过表面催化完成 ??习题