結構化學

《結構化學》系統地闡述了結構化學的基礎理論和基本知識。內容包括：量子力學基礎、氫原子和類氫離子的結構、多電子原子的結構、分子軌道理論、價鍵理論、對稱性和對稱羣、配位場理論、分子光譜、光電子能譜、晶體學基礎、化學晶體學、X射線衍射譜等。

前言

第1章 量子力學基礎 1

1.1 量子力學的歷史背景 1

1.1.1 黑體輻射 1

1.1.2 光電效應 2

1.1.3 原子光譜和原子結構 3

1.1.4 微觀粒子的波粒二象性 4

1.2 不確定原理 5

1.3 微觀粒子運動 7

1.3.1 經典力學 7

1.3.2 德布羅意方程 8

1.3.3 薛定諤方程 9

1.3.4 波函數的統計解釋 10

1.3.5 態疊加原理 11

1.3.6 定態薛定諤方程 11

1.4 量子力學的算符 14

1.4.1 算符 14

1.4.2 量子力學的力學量算符 15

1.5 一維無限深勢阱中的粒子 19

1.5.1 薛定諤方程及其解 19

1.5.2 解的討論 22

習題 23

第2章 氫原子和類氫離子的結構 25

2.1 氫原子和類氫離子的薛定諤方程及其解 25

2.1.1 氫原子和類氫離子的薛定諤方程 25

2.1.2 求解薛定諤方程 26

2.1.3 氫原子和類氫離子的波函數 31

2.2 波函數和電子雲圖像 33

2.2.1 波函數和電子雲 33

2.2.2 徑向分佈 33

2.2.3 角度分佈 35

2.3 量子數l、m的物理意義 37

2.3.1 角量子數l 37

2.3.2 磁量子數m 38

2.3.3 算符的對易性 40

2.4 原子中電子的磁矩 42

2.4.1 電子的磁矩 42

2.4.2 磁矩的量子理論 43

2.4.3 磁矩和外磁場的相互作用 44

2.5 氫原子光譜 44

2.5.1 光譜與選擇定則 44

2.5.2 氫原子光譜和裏德伯常數 45

2.6 電子自旋 45

2.6.1 電子自旋的假設 45

2.6.2 自旋波函數 46

2.6.3 自旋磁矩 47

2.6.4 旋軌耦合 48

2.6.5 氫原子光譜的精細結構 49

習題 50

第3章 多電子原子的結構 51

3.1 多電子原子的中心勢場模型 51

3.1.1 多電子原子的薛定諤方程 51

3.1.2 屏蔽效應和有效核電荷 51

3.2 多電子波函數和泡利不相容原理 53

3.2.1 全同性原理 53

3.2.2 泡利不相容原理 54

3.3 原子中電子的排布和元素週期律 56

3.3.1 原子中電子排布的原則 56

3.3.2 元素週期律 57

3.4 零級近似波函數和一級近似波函數 58

3.4.1 零級近似波函數和相應的能量 58

3.4.2 一級近似波函數和相應的能量 59

3.5 多電子原子的電子光譜 60

3.5.1 組態 60

3.5.2 原子狀態 61

3.5.3 原子光譜項和光譜支項 63

3.5.4 光譜項能量 63

3.5.5 原子光譜的選擇定則 65

3.5.6 鈉原子的光譜 66

3.5.7 多電子原子的磁矩和塞曼效應 68

3.6 多電子原子的自洽場方法 70

3.6.1 薛定諤方程 70

3.6.2 哈特里方程 71

3.6.3 體系的總能量 72

3.7 哈特里-福克自洽場方法 74

3.7.1 斯萊特行列式 74

3.7.2 計算能量 74

3.7.3 哈特里-福克方程 77

3.7.4 哈特里-福克方程的求解方法 77

習題 78

第4章 分子軌道理論 79

4.1 定核近似與軌道近似 79

4.1.1 分子體系的薛定諤方程 79

4.1.2 玻恩-奧本海默近似 79

4.1.3 軌道近似 81

4.2 變分原理與變分法 82

4.2.1 變分原理 82

4.2.2 線性變分法 83

4.3 氫分子的結構 86

4.3.1 氫分子的薛定諤方程 86

4.3.2 線性變分法解單電子薛定諤方程 87

4.3.3 氫分子的波函數和能量 91

4.4 簡單分子軌道理論 93

4.4.1 分子軌道理論要點 93

4.4.2 有效組成分子軌道的三個條件 94

4.4.3 分子軌道的符號 96

4.4.4 分子軌道理論的應用 99

4.5 休克爾分子軌道法 102

4.5.1 共軛體系與共軛效應 102

4.5.2 休克爾分子軌道法處理丁二烯分子 103

4.5.3 休克爾分子軌道法要點 107

4.5.4 休克爾分子軌道法的推廣 107

4.6 休克爾分子軌道法的應用 109

4.6.1 苯分子的π電子結構 109

4.6.2 離域π鍵形成的條件和類型 111

4.6.3 無機共軛分子 111

4.7　分子圖 113

4.7.1 電荷密度 113

4.7.2 鍵級 113

4.7.3 自由價和分子圖 114

4.8 自洽場分子軌道法簡介 114

4.8.1 分子的近似波函數 114

4.8.2 哈特里方法 115

4.8.3 哈特里-福克方法 117

4.8.4 盧森方法 119

4.8.5 從頭計算實例 121

4.9 分子軌道的對稱性和反應機理 122

4.9.1 前線軌道理論 122

4.9.2 分子軌道對稱守恆原理 124

習題 127

第5章 價鍵理論 128

5.1 海特勒和倫敦對氫分子的處理 128

5.1.1 線性變分法解氫分子的薛定諤方程 128

5.1.2 氫分子的完整波函數 133

5.2 價鍵理論及其應用 135

5.2.1 價鍵理論要點 136

5.2.2 價鍵理論對簡單分子的應用 136

5.3 雜化軌道理論 137

5.3.1 雜化的概念 137

5.3.2 雜化軌道理論要點 138

5.3.3 雜化軌道理論的應用 139

5.4 多原子分子的價鍵方法 147

5.4.1 多原子分子的鍵函數 147

5.4.2 多原子分子的價鍵法處理 148

習題 149

第6章 對稱性和對稱羣 150

6.1 對稱操作和對稱元素 150

6.1.1 對稱元素的類型和相應的對稱操作 150

6.1.2 分子的對稱元素系 154

6.2 對稱羣 158

6.2.1 羣的基本概念 158

6.2.2 分子對稱羣 159

6.3 點陣和平移羣 161

6.3.1 直線點陣和一維平移羣 161

6.3.2 平面點陣和二維平移羣 162

6.3.3 空間點陣和三維平移羣 163

6.4 分子的偶極矩 164

6.4.1 分子偶極矩和分子對稱性的關係 164

6.4.2 誘導偶極矩和分子的極化 166

習題 167

第7章 配位場理論 168

7.1 配位體場—晶體場 168

7.1.1 配位體場模型 168

7.1.2 微擾理論 169

7.1.3 弱場和強場 173

7.1.4 配位體場的勢能 175

7.2 d1組態在配位體場中的分裂 177

7.2.1 正八面體場 178

7.2.2 正四面體場 181

7.2.3 正方形場 183

7.2.4 影響分裂能大小的因素 184

7.3 關於d2～d8組態的討論 186

7.3.1 對 組態的近似處理 186

7.3.2 對d2組態的處理 187

7.4 晶體場理論的應用 190

7.4.1 組態的簡化處理 190

7.4.2 絡合物的性質 193

7.5 絡合物的分子軌道理論與配位場理論簡介 197

7.5.1 分子軌道理論的要點 197

7.5.2 配位場理論簡介 198

習題 199

第8章 分子光譜 200

8.1 分子的運動 200

8.1.1 分子的運動方程 200

8.1.2 雙原子分子的運動方程 200

8.2 雙原子分子的光譜 204

8.2.1 雙原子分子的轉動光譜 204

8.2.2 雙原子分子的振動光譜 206

8.2.3 雙原子分子的振動-轉動光譜 208

8.2.4 雙原子分子的電子光譜 210

8.3 多原子分子光譜 217

8.3.1 多原子分子光譜的分類 217

8.3.2 多原子分子的轉動光譜 218

8.3.3 多原子分子的振動能級和振動光譜 220

8.3.4 多原子分子的電子光譜 224

習題 227

第9章 光電子能譜 229

9.1 光電子能譜原理和儀器 229

9.1.1 原理 229

9.1.2 光電子能譜儀的結構 230

9.2 X射線光電子能譜 231

9.2.1 基本原理 231

9.2.2 應用 233

9.3 紫外光電子能譜 234

9.3.1 特點 234

9.3.2 振動精細結構 235

9.4 俄歇電子能譜 238

9.4.1 原理 238

9.4.2 特點 239

9.4.3 應用 239

習題 240

第10章 晶體學基礎 241

10.1 晶體的點陣結構 241

10.1.1 晶體結構的週期性 241

10.1.2 晶體結構與點陣 242

10.1.3 點陣和格子的關係 245

10.1.4 點陣和晶體的關係、格子和晶胞的關係 248

10.1.5 格子、正當點陣單位與晶格和晶胞的關係 249

10.2 描述晶體特徵的參數和定律 250

10.2.1 晶胞參數及晶胞內原子的分數座標 250

10.2.2 晶面指標及定律 251

10.3 晶體的宏觀對稱性和32個點羣 253

10.3.1 晶體的宏觀對稱元素 253

10.3.2 晶體的32個點羣 254

10.4 晶體的微觀對稱性和230個空間羣 256

10.4.1 晶體的微觀對稱元素 256

10.4.2 晶體的微觀對稱元素系和230個空間羣 258

習題 259

第11章 化學晶體學 260

11.1 晶體的分類 260

11.1.1 晶體的分類方法 260

11.1.2 典型晶體 260

11.1.3 高對稱性與簡單化學組成 261

11.2 金屬晶體 261

11.2.1 金屬鍵 261

11.2.2 金屬中電子的運動 263

11.2.3 金屬單質的三種典型結構 269

11.3 合金的結構 272

11.3.1 金屬固溶體 272

11.3.2 金屬化合物 274

11.4 離子鍵與離子晶體 275

11.4.1 離子晶體 275

11.4.2 離子晶體的晶格能 276

11.4.3 幾種典型的離子晶體結構 280

11.5 離子半徑和離子的堆積 281

11.5.1 離子半徑 281

11.5.2 離子的堆積 284

11.6 離子極化與過渡型晶體 286

11.6.1 離子的極化 286

11.6.2 哥希密特結晶化學定律 289

11.6.3 離子極化對物質的物理化學性質的影響 290

11.7 共價鍵和共價晶體 291