浅谈无机化学的结构理论学习方法

华英杰　王崇太

【摘要】对无机化学教材中学生最难于理解的量子化学部分的教学进行了初步探讨，增加了部分教学内容，使学生对于薛定谔方程的由来和导出有更深入的了解，加深学生对这一部分知识的理解，避免学生死记硬背，为解决学生在后续课程学习中基础知识的缺乏提供了新的思路。

【关键词】量子化学 薛定谔方程 非相对论近似 伯恩-奥本海墨近似 轨道近似

【基金项目】海南师范大学第六批校级教学改革研究项目（HSJG201121）资助。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）04-0158-02

无机化学是大学一年级化学专业学生接触最早的一门基础课，其中量子化学部分由于内容较抽象，学生普遍反应非常难理解，有些学生甚至因此失去了学习化学的勇气[1-3]。由于这部分内容关系到学生对于后来原子结构、分子结构、晶体结构和配位化合物等相关知识的理解，所以在教学中历来是重中之重，讲解课时也是安排最多的，但是学生仍然普遍觉得内容晦涩难懂。通过多年的教学经验以及和学生们的沟通了解，我们认为主要是课本在编排时只引用了了结果，而没有介绍相关结果的来龙去脉，这一出发点本是为减轻学生的负担，但反而造成知识链条的中断，学生既不知其然，又不知所以然。因此，我们补充了课本中省略的相关知识点，使学生对于量子化学的处理方法有初步的了解，提高了教学效果。由于这一部分涉及许多数学知识，因此在讲解时应突出研究思路，而不是让学生钻研数理公式。这样就会使学生对于微观粒子的运动方程的由来有初步了解，对于原子结构、分子结构和晶体结构的学习有一定的辅助作用。

1.非相对论近似

薛定谔方程是量子力学的基本方程，其解即为体系的波函數，一旦求得了体系的波函数，原则上体系的所有性质都可以推测出来，这是因为量子力学的理论会告诉我们如何获取这些信息。但是由于薛定谔方程是一个偏微分方程，除少数几种情况外，是难于求解的，所以要求采取一系列合理的理论近似及数学处理方法[4-5]。

在研究体系内有有限个原子核和电子，其运动速度远小于光速，在这里没有粒子的产生和湮灭的现象，即粒子数是守恒的，因而可以忽略相对论效应，而采用非相对论近似，其相应的薛定谔方程为：

但在实际计算中，一般只取一个或几个Slater行列式计算，既能满足要求又不致于使计算过分复杂。

经过上述的处理，才能够求得多电子体系中电子运动的波函数和原子轨道。学生才能更好地理解多电子体系中对于电子运动状态的描述，是在基于上述几个近似后才求得的。

参考文献：

[1]曹锡章， 宋天佑， 王杏乔. 无机化学[M]. 北京： 高等教育出版社，1994.

[2]许善锦. 无机化学[M]. 北京： 人民卫生出版社， 2005.

[3]吴国庆. 无机化学[M]. 北京： 高等教育出版社， 2004.

[4]P. W. Atkins. Molecular Quantum Mechanics. London： Oxford University Press， 1983.

[5]徐光宪， 黎乐民， 王德民.量子化学——基本原理和从头计算法[M]. 北京：科学出版社， 1985.

[6]D.E.Ellis. The Discrete Variational Method and its Applications to Large Molecules and Solidstate Systems. Conselho National de Desenvolvimen to Cientificoe Tecnologico， 1997.

[7]肖慎修， 孙泽民. 量子化学中的离散变分Xα方法及计算程序[M]. 四川：四川大学出版社，1986.

作者简介：

华英杰，女，吉林省长春市人，博士，教授，主要从事无机化学教学和无机功能材料研究。