量子化学

出处：按学科分类—自然科学总论 天津人民出版社《自然辩证法辞典》第833页（981字）

运用量子力学的基本原理和方法来研究化学问题的学科。

具体地说，量子化学的研究范围是：探讨原子、分子乃至物体中电子、原子核等的运动规律性，研究分子的电子结构；预测分子的稳定性和化学活性，为合成化学提供信息；解释各种谱图，包括光谱、波谱及各种能谱等；探索分子与分子间的相互作用、相互碰撞及相互反应，考察基元化学反应的规律性，为最终了解化学反应的奥秘开辟道路，等等。量子化学的产生有其科学发展的背景。

当19世纪建立了原子和分子的理论以后，人们就逐步开始探索了这样的问题：分子中的原子是如何排列的?原子间相互结合的亲合力是什么?揭示分子的这些本质问题成了化学键理论的主题。起初，人们假定分子中原子间存在着化学键，并且有单键、双键等之分，认为是化学键把原子拉在一起的。

本世纪初，在发现原子是由原子核和电子组成之后，1916年路易斯(Lewis)提出，化学键是由电子对组成的，开始了认识化学键电子本性的新阶段。然而，真正揭开化学键的本质还是量子力学建立以后。

以牛顿三大定律为代表的经典力学只适用于宏观物体，本世纪20年代建立的量子力学才正确地表述了微观粒子的运动方式。量子力学指出，微观粒子的能量可以是不连续变化的，这就是量子性，且微观粒子没有确定的运动轨迹，而是用带有几率性质的波函数来描写的，即只能确定在某一时刻粒子出现在某处的几率。实践表明，量子力学的结论与大量的实验结果是完全一致的。

量子力学建立不久，1927年海特勒(Heitler)和伦敦马上就用它来处理H₂分子，打开了揭示化学键本质的新时代，这也就成为量子化学的开端。量子化学的建立给化学的发展以重大的推动。不仅为了解物质的微观结构及其变化打开大门，而且为分子合成和新材料的研制提供依据。

今天，没有人不经过设想就建造一座楼房，也不会有人不依据已有的经验和知识来合成一个分子或一种新材料。因此，量子化学已成为现代化学的基础理论之一。化学中的许多基本概念、基本规律和基本理论，都是量子化学研究的丰硕成果。例如分子轨道，杂化轨道，σ键，π键，价键理论，分子轨道理论，配位场理论，分子轨道对称守恒原理等等，不胜枚举。量子化学不仅渗透到化学的各个领域，而且与其它学科相结合，形成一些新的边缘学科，如量子生物学，固体量子化学等。量子化学在理论和应用方面仍在不断取得新的进展。