Chemia kwantowa

Podręcznik niniejszy powstał na podstawie wykładów, które Autor przez kilkunaście lat prowadził na Uniwersytecie Warszawskim dla studentów chemii. Zawarto w nim minimum wiadomości niezbędnych do pełnego wykształcenia każdego nowoczesnego chemika. Dla osób głębiej zainteresowanych tą problematyką może służyć on jako wprowadzenie do studiowania bardziej zaawansowanych podręczników. W książce duży nacisk położono na zagadnienia interpretacyjne i wiążące wyniki chemii kwantowej z pojęciami powszechnie stosowanymi w chemii, a także na precyzyjne sformułowanie i wyjaśnienie wprowadzanych przybliżeń i nowych pojęć. Zrozumienie ich fizycznego sensu jest bowiem podstawowym warunkiem poznania możliwości obliczeniowych chemii kwantowej oraz właściwej ich oceny. Wszystkie rozumowania matematyczne starano się przeprowadzić w możliwie prosty sposób, rezygnując z typowo formalnego ich przedstawienia, zakłada się bowiem u Czytelnika jedynie niezbędną znajomość matematyki wyższej, a jej zakres, w niewielkim tylko stopniu, jest rozszerzony w książce. Pewne zagadnienia o charakterze typowo matematycznym przeniesione zostały do „ Uzupełnień”. Przed przystąpieniem do studiowania kursu zasadniczego należy zaznajomić się z materiałem zawartym w Uzupełnieniach B-D. Uzupełnienie I jest przeznaczone dla osób dogłębniej interesujących się podstawami mechaniki kwantowej – zawiera ono wprowadzenie do formalizmu mechaniki kwantowej, który jest często stosowany w bardziej zaawansowanych podręcznikach. Zawarty w podręczniku materiał można podzielić na trzy, nierównej objętości, części. Pierwsza z nich, obejmująca rozdziały 2-5, poświęcona jest podstawom mechaniki kwantowej. Przedstawiono tu ścisłe rozwiązania równania Schrödingera dla kilku prostych układów, poczynając od atomu wodoru. Omówiono też rachunek zaburzeń i metodę wariacyjną, stanowiące podstawę prawie wszystkich przybliżonych metod obliczeniowych chemii kwantowej. Część druga, zawarta w rozdziałach 6-11, dotyczy atomów wieloelektronowych. Rozdziały 8 i 9 dotyczą wyłącznie atomów, natomiast rozdziały 6, 7, 10 i 11 dotyczą dowolnych układów wieloelektronowych. Część trzecia, najobszerniejsza, poświęcona jest metodom półempirycznym, Rozdział 12 zawiera teoretyczne podstawy spektroskopii molekularnej i zagadnienia dotyczące separacji ruchu jąder i elektronów w cząsteczkach. Następne rozdziały (13-17) obejmują metody i wyniki przybliżonego rozwiązania równania Schrödingera dla różnego typu cząsteczek. Omówiono w nich cząsteczki dwu- i wieloatomowe, jony kompleksowe oraz związki organiczne. Omówione metody przedstawiono na podstawie cząsteczek o znaczeniu biologicznym. W ostatnim rozdziale podano wstępne wiadomości z teorii oddziaływań międzycząsteczkowych. Na końcu każdego rozdziału umieszczono zwięzłe podsumowanie oraz zadania, które stanowią integralną część omawianego materiału. Rozwiązania zadań, wraz ze szczegółowymi objaśnieniami, znaleźć można na końcu książki. W podręczniku zastosowano jednostki atomowe, choć w mniejszym stopniu korzysta się także z jednostek układu SI. W podręczniku pominięto obszerny dział chemii kwantowej zajmujący się elektrycznymi i magnetycznymi własnościami cząsteczek oraz, dużym stopniu, problematykę przejść optycznych. W obowiązującym obecnie programie studiów chemii na uniwersytetach zagadnienia te nie zostały objęte programem przedmiotu chemia kwantowa, wchodzą natomiast w zakres fizyki chemicznej.