華英杰　王崇太

【摘要】對無機(jī)化學(xué)教材中學(xué)生最難于理解的量子化學(xué)部分的教學(xué)進(jìn)行了初步探討，增加了部分教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生對于薛定諤方程的由來和導(dǎo)出有更深入的了解，加深學(xué)生對這一部分知識(shí)的理解，避免學(xué)生死記硬背，為解決學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中基礎(chǔ)知識(shí)的缺乏提供了新的思路。

【關(guān)鍵詞】量子化學(xué) 薛定諤方程 非相對論近似 伯恩-奧本海墨近似 軌道近似

【基金項(xiàng)目】海南師范大學(xué)第六批校級教學(xué)改革研究項(xiàng)目（HSJG201121）資助。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）04-0158-02

無機(jī)化學(xué)是大學(xué)一年級化學(xué)專業(yè)學(xué)生接觸最早的一門基礎(chǔ)課，其中量子化學(xué)部分由于內(nèi)容較抽象，學(xué)生普遍反應(yīng)非常難理解，有些學(xué)生甚至因此失去了學(xué)習(xí)化學(xué)的勇氣[1-3]。由于這部分內(nèi)容關(guān)系到學(xué)生對于后來原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和配位化合物等相關(guān)知識(shí)的理解，所以在教學(xué)中歷來是重中之重，講解課時(shí)也是安排最多的，但是學(xué)生仍然普遍覺得內(nèi)容晦澀難懂。通過多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及和學(xué)生們的溝通了解，我們認(rèn)為主要是課本在編排時(shí)只引用了了結(jié)果，而沒有介紹相關(guān)結(jié)果的來龍去脈，這一出發(fā)點(diǎn)本是為減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，但反而造成知識(shí)鏈條的中斷，學(xué)生既不知其然，又不知所以然。因此，我們補(bǔ)充了課本中省略的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生對于量子化學(xué)的處理方法有初步的了解，提高了教學(xué)效果。由于這一部分涉及許多數(shù)學(xué)知識(shí)，因此在講解時(shí)應(yīng)突出研究思路，而不是讓學(xué)生鉆研數(shù)理公式。這樣就會(huì)使學(xué)生對于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)方程的由來有初步了解，對于原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)有一定的輔助作用。

1.非相對論近似

薛定諤方程是量子力學(xué)的基本方程，其解即為體系的波函數(shù)，一旦求得了體系的波函數(shù)，原則上體系的所有性質(zhì)都可以推測出來，這是因?yàn)榱孔恿W(xué)的理論會(huì)告訴我們?nèi)绾潍@取這些信息。但是由于薛定諤方程是一個(gè)偏微分方程，除少數(shù)幾種情況外，是難于求解的，所以要求采取一系列合理的理論近似及數(shù)學(xué)處理方法[4-5]。

在研究體系內(nèi)有有限個(gè)原子核和電子，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速，在這里沒有粒子的產(chǎn)生和湮滅的現(xiàn)象，即粒子數(shù)是守恒的，因而可以忽略相對論效應(yīng)，而采用非相對論近似，其相應(yīng)的薛定諤方程為：

但在實(shí)際計(jì)算中，一般只取一個(gè)或幾個(gè)Slater行列式計(jì)算，既能滿足要求又不致于使計(jì)算過分復(fù)雜。

經(jīng)過上述的處理，才能夠求得多電子體系中電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)和原子軌道。學(xué)生才能更好地理解多電子體系中對于電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，是在基于上述幾個(gè)近似后才求得的。

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作者簡介：

華英杰，女，吉林省長春市人，博士，教授，主要從事無機(jī)化學(xué)教學(xué)和無機(jī)功能材料研究。