我大一的时候，学习《无机化学》，也产生了这类疑惑。比如氧化还原电势和化学平衡－反应自由能变关系式都有一样的数学形式，会不会有什么内在联系？

实际上，大一学好数学基础，大二学习后续课程就可以解答大部分疑惑（1）。

上张图勉励一下提问者：

Reed & Simon, functional analysis, 1980

物理理论处理实际的问题需要大量艰深的计算（2），甚至目前还没有、以后也不一定有什么定论（3）。任何能自洽的理论都需要一定的数学和经验，而且主要是经验。没有一个理论跟其他若干理论无关。所以需要掌握一定范围内的知识（经验事实），才能更好的理解理论。这里推荐几本课外读物，如果有兴趣可以继续深造。如果觉得读起来吃力，就不要强求。

以下是一些preliminaries：

给我讲《物理化学》的老师的导师写的书。书里有不少扩展阅读，足够解惑。而且比市面上流行的傅献彩老爷爷的书薄一些，容易读完。

江院士的小薄书，是R. Hoffmann和Coulson一派的写法，非常具有直观性。

3. Quantum Chemistry and Molecular Interactions》 Andrew Cooksy

这套书图文并茂解答你的疑惑。
以上三种书可以说是解释你的疑惑的一条shortcut了。还有几本增加兴趣的书推荐：

还有一个问题，就是化学书里罗列了许多理论，但是没有好好解释理论之间的异同，也没有好好讲理论的演化历史。价键理论是L. Pauling在欧洲做博后，见到Sommerfeld之后由量子力学提出的一个解释分子中原子间结合的近似理论。而杂化，是价键理论框架下提出的一个概念。但是，虽然价键理论的概念特别简单直观，为传统的化学家们喜爱，但是难以定量计算。这里要注意，为何要近似计算呢？是因为分子的量子力学计算是一个多体问题，不针对分子的具体特点做近似，就什么也做不了。实际上即使是对于多电子原子，也需要开发近似方法。而分子轨道理论，是另一套理论框架，放弃了分子内原子间形成化学键的传统思路，先解决分子这个束缚态系统中电子分布的问题，先获得较为精确的能量，有了能量，就可以计算化学反应的反应热，进一步预测分子间的反应性。而如何进行更为化学的解释，如化学反应过程中，化学键的形成与断裂、电荷的转移什么的，则留给更有智慧的后人。理论化学界果然出了几个有智慧的后人，第一个要算Per-Olov Löwdin。

Lowdin 对量子化学理论开发和量子化学的推广都做出了极大贡献。后来还有John A. Pople，他主持开发的应用Gauss函数作为基组进行量子化学计算方法得到了极大应用，也因此获得了诺贝尔奖。而对计算结果进行化学方面的解释，催生了AIM、NBO、Conceptual DFT等等所谓的Population分析方法。很高兴知乎里有版友粗略总结了量子化学的小历史：

不过还有很多故事需要补全。量子化学虽然有量子俩字，但是比起量子力学，很少有人去做科普，Slater、Walter Heinrich Heitler、London、Hartree、Lennard-Jones、Coulson、Dewar、Bader等等业内名家，都没有人为他们写故事。不过好在这里有一些故事书：

附注：

（1）：我大一课外读物是彭桓武的《理论物理基础》：

当时没学复变函数和特殊函数，读起来非常吃力。但是里边有对分子的量子力学计算（最简单的久期方程求解，科研中一般不用），让我眼睛一亮！

其实我早在高二就知道，分子轨道、价键理论什么的，书上写的都是经过复杂计算得到的结果，并没有像高中物理的“欧姆定理”、“牛顿匀速直线运动公式”那样可以计算的公式。也就是说，遇到一个分子，这个分子是顺磁的还是抗磁的？铁配合物是高自旋还是低自旋？有机化学里，要得到一个产物我该怎么办？完全无法从头算出来。当时被科普道：“学了结构化学才能入门、学了量子化学才能计算”后来好容易熬到大三，就跟老先生学量化去了。我还特别咨询了一件事：我们化学的做理论计算，跟物理比的有啥特点？这东西不是物理吗？老先生还给我科普了一些知识。不过现在是跑到物理系当faculty了。这也跟我喜欢刨根究底有关。但是如果不追究特别深入，靠实验掌握大量事实，也可以基于经验，再推导出很多有用的信息。比如有机化学的逆合成分析、如何配好柱子，分出产物等等。我一个师弟做有机合成化学，那是乐在其中啊！

（2）：目前广泛公认本质上只有分子轨道理论和密度泛函理论可以计算所有的分子体系的问题。价键理论几乎没有人用，最终也不一定是一条正确的路。以上全是物理学／计算机科学／计算数学的问题。而分子轨道理论结果的解释又是一个大坑：分子轨道计算完了，电子全离域在全空间，化学键哪去了？ \pi 键哪去了？怎么给电子／得电子啊？化学反应的机理呢？有没有中间体啊？所以需要对实验化学熟悉的科学家来进行结果的翻译工作，这部分是化学。杂化轨道是Linus Pauling基于化学经验与直觉的天才创造，直接用于VB法，也被拿来解释MO法的结果，如NBO (NATURAL BOND ORBITAL 6.0 HOME)。接下来要讨论轨道间相互作用，是标准的量子化学。（《Orbital Interactions in Chemistry》 Thomas A. Albright, Jeremy K. Burdett, Myung-Hwan Whangbo）基于这些认识再往上，进行催化剂的设计、反应流程的设计，就更加化学了。

（3）：如价键理论使用了非完备基组进行计算，以后到底有没有前途？这是个路线问题，实际上国际上只有4-7个科研组认为有前途（比如厦门大学的吴玮老师：吴玮-厦门大学化学化工学院）并继续做下去。就好比做菜，你进了厨师学校，出来做个番茄炒蛋是没问题的，虽说这是做满汉全席的基础，让你做满汉全席肯定做不出来。

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