最弱受約束電子理論(WBE Theory)是作者提出并建立起來的一種新的量子理論,目前,該理論已用于原子性質的計算和指導配位聚合物的分子設計,初步展現(xiàn)了該理論的應用前景。
《最弱受約束電子理論及應用》以最弱受約束電子理論及應用為內容,分四章敘述,第1章介紹和理論有關的量子力學基礎知識,后三章圍繞理論及應用展開。
本專著對物理、化學和材料科學的研究人員和大學教師有參考價值,書中新穎的學術思想也有可能引起博、碩、本科生和相關人員的興趣。
事物的外在是紛繁復雜的,但其內在本質則是簡單的。無數(shù)科學的定理、定律、規(guī)律、原理、理論等都證明了這一點。作者在建立最弱受約束電子理論(Weakest Bound Electron Theory,縮寫為WBE Theory)和撰寫本專著的過程中,始終秉承這一理念,以求到達事物內在本質的境地。
作者把最弱受約束電子概念引入理論化學之中,并在波粒二象性之上建立起最弱受約束電子理論。它既滿足全同粒子不可分辨性(indistinguishability)和泡利(Pauli)原理的要求,又突顯了單個粒子的特性,為粒子間的近似可分離性(separability)找到了理論依據(jù)。
量子力學中精確可解的單電子體系之一——氫原子——中的電子是體系的最弱受約束電子,因此,它也應該被理論所涵蓋。
把波粒二象性統(tǒng)一在電子結構的量子理論中,并再現(xiàn)原子、分子的性質和規(guī)律,是一件很難的事情,各種量子理論和方法的提出及發(fā)展都表明了這一點。最弱受約束電子理論目前還只是一個框架,毫無疑問,它不但要吸納已有量子理論和方法中極其豐富的成果,不斷發(fā)展、完善,而且將借二象性為基礎,使不同的理論和方法相互溝通。
作者希望最弱受約束電子理論帶來新的信息,能為量子理論的發(fā)展和應用做出一些貢獻。
前言
第1章 最弱受約束電子理論的量子力學基礎
1.1 波粒二象性
1.2 測不準原理
1.3 薛定諤方程
1.4 電子自旋和自旋軌道
1.5 微觀全同粒子的不可分辨性
1.6 泡利原理和周期表
1.7 量子力學中的近似方法之一一變分法
參考文獻
第2章 最弱受約束電子理論(一)
2.1 最弱受約束電子概念
2.2 電離過程和類似奧夫保過程互為逆過程
2.3 最弱受約束電子的單電子哈密頓算符
2.3.1 最弱受約束電子的非相對論單電子哈密頓算符
2.3.2 電子間磁相互作用的處理
2.3.3 相對論哈密頓算符
2.4 最弱受約束電子的單電子薛定諤方程
2.5 最弱受約束電子理論的要點
參考文獻
第3章 最弱受約束電子理論(二)
3.1 勢函數(shù)
3.2 徑向方程的求解
3.2.1 球諧函數(shù)
3.2.2 廣義拉蓋爾函數(shù)方法
3.2.3 還原成氫和類氫的形式
3.2.4 廣義拉蓋爾函數(shù)的定義和性質
3.2.5 關于滿足赫爾曼一費曼定理的證明
3.3 任意冪次徑向坐標算符rk矩陣元和平均值
3.4 WBEPM理論中散射態(tài)的精確解
3.5 精細結構的計算式
3.6 旋一軌耦合系數(shù)的計算
3.7 關聯(lián)最弱受約束電子勢模型理論和斯萊特原子軌函
參考文獻
第4章 理論的應用
4.1 電離能
4.1.1 引言
4.1.2 等光譜態(tài)能級系列及系列中電離能的差分定律
4.1.3 電離能的計算
4.1.4 鑭系離子的4fn電子的逐級電離能
參考文獻
4.2 能級
4.2.1 引言
4.2.2 能級計算公式
4.2.3 確定參數(shù)的方法
4.2.4 示例
參考文獻
4.3 振子強度、躍遷概率和輻射壽命的計算
4.3.1 引言
4.3.2 計算原理和方法
4.3.3 示例
參考文獻
4.4 總電子能量的計算
4.4.1 用電離能計算體系的總電子能量
4.4.2 最弱受約束電子勢模型理論下基態(tài)He系列的變分處理
4.4.3 最弱受約束電子勢模型理論下基態(tài)He系列的微擾處理
參考文獻
4.5 電負性、硬軟酸堿和配位聚合物的分子設計
4.5.1 電負性概念和標度
4.5.2 最弱受約束電子的核勢標度
4.5.3 硬軟酸堿概念和標度
4.5.4 配位聚合物的分子設計
參考文獻
代表性論著
后記
先簡要地重述一下所謂的奧夫保過程。
為了描述周期表中各種元素的電子結構的系統(tǒng)變化,化學家們提出了所謂的奧夫保過程(Aufbau process),按原子序數(shù)的變化逐個構造周期表中各種元素的電子結構。所謂奧夫保過程就是從氫原子開始,每次把一個質子和一個電子分別加到核和核外適當?shù)碾娮觼唽拥能壍乐,直到構造出所有元素的正確的電子組態(tài)。具體地說,氫原子是由一個帶單位正電荷的質子的原子核和一個處于最低能態(tài)的1s軌道上的核外電子組成。氫原子的電子組態(tài)是1s1。如果把一個質子和一個電子分別加到氫原子核和核外最低能態(tài)的1s軌道上,便可構造出周期表中具有1s2電子組態(tài)的第二號元素氦。若再把一個質子和一個電子分別加到氦核和核外最低能態(tài)的空的2s軌道上,便可構造出周期表中具有電子組態(tài)1s22s1的第三號元素鋰原子。如此繼續(xù)下去,遵照最低能量原理和泡利(Pauli)不相容原理,便可造成周期表中所有元素的電子組態(tài)。