前言

在化学问题研究中，使用数学方法的每一次尝试都必须被认为是极不合理的，且与化学的精神背道而驰。如果数学分析在化学中占据突出地位(一种几乎不可能发生的反常现象)，那么，它将导致这门学科迅速而广泛地退化。

（奥古斯塔斯·孔特(1798—1857年)，法国哲学家，出自《积极哲学》，1830年。）

不同的观点： 

自然科学取得的进步越大,它们就越倾向于进入数学领域，这是一种它们都会汇聚到的中心。我们甚至可以通过一门科学提交计算的设施来判断它达到的完美程度。

（阿道夫·凯特尔(1796—1874年)，法国天文学家、数学家、统计学家和社会学家，写于1828年。）

第3版在以下方面与第2版不同： 

(1) 第1版中发现的印刷错误(我希望)已得到纠正。 

(2) 修改了某些句子和段落，使其更加清晰易懂。 

(3) 传记脚注根据需要进行了更新。 

(4) 添加了2010年(第2版中最新参考文献的年份)到2015年年底的重大进展，并在相关地方进行了引用。

从“导论”一词可以推断出，这本书的目的与以前的版本一样，旨在教授计算化学的核心概念和方法的基础知识。这虽然是一本教科书，但并没有试图通过处理深奥的“先进”话题来取悦每一位评论者。一些基本概念包括势能面、分子力学中所用分子力学图像和薛定谔方程及其简练的矩阵解法，以给出能级和分子轨道。所有需要的矩阵代数在使用前都进行了解释。计算化学的基本技术是分子力学、从头算、半经验和密度泛函方法。分子动力学和蒙特卡洛方法仅被提及，尽管它们很重要，但它们利用了本书介绍的一些基本概念和方法，如果按本书讨论的主题水平进行介绍，关于它们则需要一本书。我之所以写第1版(2003年)，是因为似乎没有一本非常适合一般化学读者学习计算化学的入门课本，而第2版(2011年)是基于同样的信念发行的。虽然有一些关于量子化学及其学科助理(“辅助”似乎有些贬低)计算化学的圣经，但本版的精神与前两本相同。我希望本书对任何想充分了解这门学科、开始阅读文献，并开始做计算化学的人都有用。如上所述，这一领域有许多优秀的书籍，但显然没有一本书试图使化学专业的广大学生熟悉计算化学，就像这些课程的标准教科书使有机化学或物理化学易于理解一样。为此，数学一直受到束缚，没有人试图证明分子轨道是希尔伯特空间中的向量，或者有限维内积空间必须具有正交归一基，而非专业人士有理由担心的唯一部分是哈特里福克和科恩沙姆方程(概述)的推导。如果要了解程序的特点，就应该阅读这些章节，但不妨碍任何人继续阅读本书的其余部分。

计算化学已成为一种工具，其使用精神与红外或核磁共振光谱基本相同，在使用它时，无须编写自己的程序，正如富有成效地使用红外或核磁共振光谱时不需要建立自己的光谱仪一样。我已尝试给出足够的理论，以提供关于程序中的标准流程如何工作的一个合理的、好的建议。在这方面，构建福克矩阵和对角化福克矩阵的概念很早就被引入了，且计算上相对不重要的久期行列式(除了与简单休克尔方法有关的历史原因外)很少被讨论。文中给出了许多实际计算的结果，其中一些是专门为本书计算的。本书中几乎所有的论断都附有参考文献，这对需要追踪方法或结果的研究人员，以及任何希望深入研究的人员都非常有用。详尽地提及所讨论的每个主题，即使不是不可能，显然是不合适的。参考文献的选择一直以(除了证明特定论断的合理性)综述和一般方式说明一个主题，而非以它的某些特定方面的出版物为导向。在这个互联网时代，一旦人们想了解某个主题，通常就不难获得有关它的更多信息。本书适用于高年级本科生、研究生和计算化学的新手研究人员。这些学生在大学二年级或三年级时应已具备分子形状、共价键和离子键、光谱学的知识，并对热力学有一定的了解。一些读者不妨回顾物理和有机化学的基本概念。

读者应该能够从本书中获得关于常见计算化学技术的基本理论和从这些技术中获得的各种结果的一个合理认识。读者将学到如何计算分子的几何构型，其红外和紫外光谱及其热力学和动力学稳定性，以及对其化学性质进行合理猜测所需的其他信息。 

应用计算化学比以往任何时候更容易，因为硬件已经变得比几年前便宜了，曾经只适用于昂贵的工作站的强大程序已经被改编成可以在廉价的个人计算机上运行。实际使用一个程序最好通过学习它的手册和为特定程序编写的书籍，本书没有给出设置各种计算的说明。第9章提供了有关各种程序的信息。阅读本书，获得一些程序，然后开始做计算化学。您可能会犯错，但它们不太可能给您带来与实验室中犯错相同的危险。

对于第1版和第2版来说，荣幸地感谢以下人员的帮助：  

多伦多大学的伊姆里·奇兹毛迪奥教授极为慷慨地贡献出了他的时间和经验；  

那些知识渊博的人订阅了CCL(计算化学列表)，

对任何对这个主题感兴趣的人来说，这都是一个非常有用的论坛；  

我在克鲁维尔的第1版编辑，埃玛·罗伯茨博士，她总是最乐于助人和最能给人希望； 

我的非常乐于助人的、施普林格第2版的编辑克劳迪娅·库利埃特女士和索尼娅·奥霍博士；  

关于第3版的指导，施普林格的卡琳·德·比女士；  

康奈尔大学的罗阿尔德·霍夫曼教授，他对有时有些晦涩难懂的问题有深刻的见解和知识；

COSMOlogic公司的安德烈亚斯·克拉姆特博士分享了他在溶剂化计算方面的专业知识；  

巴尔的摩县马里兰大学的乔尔·利布曼教授的激励性讨论；  

特伦特大学的马修·汤普森教授的激励性讨论。 

对于第3版而言，荣幸地感谢以下人员的帮助： 

施普林格资深化学出版编辑，索尼娅·奥霍博士； 施普林格书籍类制作编辑，卡琳·德·比女士；  

特伦特大学化学系的罗伯特·斯泰尔斯教授在卓有成效的讨论中的见解； 

最后，由于这个版本不是完全从头开始的，因此，我感谢以上在第1版和第2版中给予我帮助的所有人。 

毫无疑问，有些名字被不公正、无意地遗漏了，对此我深表歉意。 

埃洛尔·G.里沃斯 

加拿大 安大略省 彼得伯勒

2016年1月