任何物质的化学特性均是由其原子和分子的电子结构所决定的.通过解包括了所有相关的原子核和电子的多粒子薛定谔方程可以计算出该原子或分子的电子结构.在实践中人们认识到要计算这样的方程实在太复杂,而且在许多情况下只要使用简化的模型和规则就足以确定物质的化学特性了.在建立这样的简化的模型中量子力学起了一个非常重要的作用.
一个在化学中非常常用的模型是原子轨道.在这个模型中分子中电子的多粒子状态通过将每个原子的电子单粒子状态加到一起形成.这个模型包含着许多不同的近似（比如忽略电子之间的排斥力、电子运动与原子核运动脱离等等），但是它可以近似地、准确地描写原子的能量极.除比较简单的计算过程外这个模型还可以直觉地给出电子排布以及轨道的图像描述。
通过原子轨道人们可以使用非常简单的原则（洪德定则）来区分电子排布.化学稳定性的规则（八隅律、幻数）也很容易从这个量子力学模型中推导出来.
通过将数个原子轨道加在一起可以将这个模型扩展为分子轨道.由于分子一般不是球对称的,因此这个计算要比原子轨道要复杂得多.理论化学中的分支量子化学和计算机化学是专门使用近似的薛定谔方程计算复杂的分子的结构及其化学特性的学科.
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