我们已经知道，通过量子力学的理论，我们可以计算出原子里的电子轨道，从而了解这些原子的物理和化学性质。不过，我们日常见到的很多物质不是以单个原子的形式存在，而是以分子的形式组成的。一个分子可能由两个原子构成（如氢气H2），也可能由多个原子构成（如糖分子）。那么，要如何了解分子的物理和化学性质呢？利用量子力学的理论，科学家就可以计算分子里的电子轨道。

像氢气、氮气、氧气这些由两个原子组成的分子可以叫作“双原子分子”，这是最简单的一种分子结构了。还有一些分子是由几个不同种类的原子共同组成的，如一个氨基酸分子，其分子结构会更加复杂。越复杂的分子，构成这个分子的不同原子里的电子轨道就会越多。因此，要计算分子轨道并不容易。现在这种计算一般都需要用电脑模型来进行。

这些工作，现在属于量子化学的范畴。量子化学研究主要使用了量子力学原理来计算电子在分子内不同时间的分布。这种研究一般假设原子核处于静止状态，电子绕着原子核运动（这种假设称为“玻恩-奥本海默近似” Born-Oppenheimer approximation）。早期的量子化学主要从事小分子系统的研究。但随着计算机的运算能力越来越强，现在的量子化学研究已经可以处理对大分子的结构研究。

量子化学的计算根据薛定谔方程。量子化学的第一个已知的案例是1927年德国物理学家海特勒（Walter Heitler）和弗里茨·伦敦（Fritz London）对氢（H2）分子的计算。他们的方法后来被美国物理学家斯莱特（John C.Slater）和化学家鲍林扩展成为价键方法（Valence Bond method）。这种方法主要针对原子之间成对电子的相互作用，因此这种方法与经典化学的化学键在观念上相通。这样一来，人们就可以应用量子力学的计算来解释当一个分子形成时，原子的电子轨道是如何结合以产生单独的化学键的。(www.daowen.com)

图3.12　鲍林

Linus Pauling,（1901—1994）是美国著名的化学家，早年曾去欧洲留学，接触到了很多量子力学上的前沿发展，并利用量子力学详细计算和描述了化学键的性质。化学键的工作使他获得了1954年的诺贝尔化学奖。另外，他首先使用X射线衍射的方法来研究蛋白质的结构，并提出了蛋白质中有α螺旋和β折叠的结构。这项工作被认为启发了后来的DNA双螺旋结构的发现。鲍林还是一位著名的和平主义者，因为参加反对核武的运动而获得1962年的诺贝尔和平奖，成为除居里夫人以外唯一一位获得两个不同类别的诺贝尔奖的得主。