結(jié)構(gòu)化學(xué)

目錄
前言
第1章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 1
1.1 量子力學(xué)的歷史背景 1
1.1.1 黑體輻射 1
1.1.2 光電效應(yīng) 2
1.1.3 原子光譜和原子結(jié)構(gòu) 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(yùn)動(dòng) 7
1.3.1 經(jīng)典力學(xué) 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(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋 10
1.3.5 態(tài)疊加原理 11
1.3.6 定態(tài)薛定諤方程 11
1.4 量子力學(xué)的算符 14
1.4.1 算符 14
1.4.2 量子力學(xué)的力學(xué)量算符 15
1.5 一維無(wú)限深勢(shì)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(xí)題 23
第2章 氫原子和類氫離子的結(jié)構(gòu) 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(shù) 31
2.2 波函數(shù)和電子云圖像 33
2.2.1 波函數(shù)和電子云 33
2.2.2 徑向分布 33
2.2.3 角度分布 35
2.3 量子數(shù)l、m的物理意義 37
2.3.1 角量子數(shù)l 37
2.3.2 磁量子數(shù)m 38
2.3.3 算符的對(duì)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(chǎng)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 氫原子光譜和里德伯常數(shù) 45
2.6 電子自旋 45
2.6.1 電子自旋的假設(shè) 45
2.6.2 自旋波函數(shù) 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(xì)結(jié)構(gòu) 49
習(xí)題 50
第3章 多電子原子的結(jié)構(gòu) 51
3.1 多電子原子的中心勢(shì)場(chǎng)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(yīng)和有效核電荷 51
3.2 多電子波函數(shù)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周期律 56
3.3.1 原子中電子排布的原則 56
3.3.2 元素周期律 57
3.4 零級(jí)近似波函數(shù)和一級(jí)近似波函數(shù) 58
3.4.1 零級(jí)近似波函數(shù)和相應(yīng)的能量 58
3.4.2 一級(jí)近似波函數(shù)和相應(yīng)的能量 59
3.5 多電子原子的電子光譜 60
3.5.1 組態(tài) 60
3.5.2 原子狀態(tài) 61
3.5.3 原子光譜項(xiàng)和光譜支項(xiàng) 63
3.5.4 光譜項(xiàng)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(yīng) 68
3.6 多電子原子的自洽場(chǎng)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-?？俗郧?chǎng)方法 74
3.7.1 斯萊特行列式 74
3.7.2 計(jì)算能量 74
3.7.3 哈特里-?？朔匠?77
3.7.4 哈特里-福克方程的求解方法 77
習(xí)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(jié)構(gòu) 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(shù)和能量 91
4.4 簡(jiǎn)單分子軌道理論 93
4.4.1 分子軌道理論要點(diǎn) 93
4.4.2 有效組成分子軌道的三個(gè)條件 94
4.4.3 分子軌道的符號(hào) 96
4.4.4 分子軌道理論的應(yīng)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(yīng) 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(diǎn) 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(yīng)用 109
4.6.1 苯分子的π電子結(jié)構(gòu) 109
4.6.2 離域π鍵形成的條件和類型 111
4.6.3 無(wú)機(jī)共軛分子 111
4.7　分子圖 113
4.7.1 電荷密度 113
4.7.2 鍵級(jí) 113
4.7.3 自由價(jià)和分子圖 114
4.8 自洽場(chǎng)分子軌道法簡(jiǎn)介 114
4.8.1 分子的近似波函數(shù) 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(jì)算實(shí)例 121
4.9 分子軌道的對(duì)稱性和反應(yīng)機(jī)理 122
4.9.1 前線軌道理論 122
4.9.2 分子軌道對(duì)稱守恒原理 124
習(xí)題 127
第5章 價(jià)鍵理論 128
5.1 海特勒和倫敦對(duì)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(shù) 133
5.2 價(jià)鍵理論及其應(yīng)用 135
5.2.1 價(jià)鍵理論要點(diǎn) 136
5.2.2 價(jià)鍵理論對(duì)簡(jiǎn)單分子的應(yīng)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(diǎn) 138
5.3.3 雜化軌道理論的應(yīng)用 139
5.4 多原子分子的價(jià)鍵方法 147
5.4.1 多原子分子的鍵函數(shù) 147
5.4.2 多原子分子的價(jià)鍵法處理 148
習(xí)題 149
第6章 對(duì)稱性和對(duì)稱群 150
6.1 對(duì)稱操作和對(duì)稱元素 150
6.1.1 對(duì)稱元素的類型和相應(yīng)的對(duì)稱操作 150
6.1.2 分子的對(duì)稱元素系 154
6.2 對(duì)稱群 158
6.2.1 群的基本概念 158
6.2.2 分子對(duì)稱群 159
6.3 點(diǎn)陣和平移群 161
6.3.1 直線點(diǎn)陣和一維平移群 161
6.3.2 平面點(diǎn)陣和二維平移群 162
6.3.3 空間點(diǎn)陣和三維平移群 163
6.4 分子的偶極矩 164
6.4.1 分子偶極矩和分子對(duì)稱性的關(guān)系 164
6.4.2 誘導(dǎo)偶極矩和分子的極化 166
習(xí)題 167
第7章 配位場(chǎng)理論 168
7.1 配位體場(chǎng)—晶體場(chǎng) 168
7.1.1 配位體場(chǎng)模型 168
7.1.2 微擾理論 169
7.1.3 弱場(chǎng)和強(qiáng)場(chǎng) 173
7.1.4 配位體場(chǎng)的勢(shì)能 175
7.2 d1組態(tài)在配位體場(chǎng)中的分裂 177
7.2.1 正八面體場(chǎng) 178
7.2.2 正四面體場(chǎng) 181
7.2.3 正方形場(chǎng) 183
7.2.4 影響分裂能大小的因素 184
7.3 關(guān)于d2～d8組態(tài)的討論 186
7.3.1 對(duì) 組態(tài)的近似處理 186
7.3.2 對(duì)d2組態(tài)的處理 187
7.4 晶體場(chǎng)理論的應(yīng)用 190
7.4.1 組態(tài)的簡(jiǎn)化處理 190
7.4.2 絡(luò)合物的性質(zhì) 193
7.5 絡(luò)合物的分子軌道理論與配位場(chǎng)理論簡(jiǎn)介 197
7.5.1 分子軌道理論的要點(diǎn) 197
7.5.2 配位場(chǎng)理論簡(jiǎn)介 198
習(xí)題 199
第8章 分子光譜 200
8.1 分子的運(yùn)動(dòng) 200
8.1.1 分子的運(yùn)動(dòng)方程 200
8.1.2 雙原子分子的運(yùn)動(dòng)方程 200
8.2 雙原子分子的光譜 204
8.2.1 雙原子分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜 204
8.2.2 雙原子分子的振動(dòng)光譜 206
8.2.3 雙原子分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)光譜 218
8.3.3 多原子分子的振動(dòng)能級(jí)和振動(dòng)光譜 220
8.3.4 多原子分子的電子光譜 224
習(xí)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(jié)構(gòu) 230
9.2 X射線光電子能譜 231
9.2.1 基本原理 231
9.2.2 應(yīng)用 233
9.3 紫外光電子能譜 234
9.3.1 特點(diǎn) 234
9.3.2 振動(dòng)精細(xì)結(jié)構(gòu) 235
9.4 俄歇電子能譜 238
9.4.1 原理 238
9.4.2 特點(diǎn) 239
9.4.3 應(yīng)用 239
習(xí)題 240
第10章 晶體學(xué)基礎(chǔ) 241
10.1 晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 241
10.1.1 晶體結(jié)構(gòu)的周期性 241
10.1.2 晶體結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣 242
10.1.3 點(diǎn)陣和格子的關(guān)系 245
10.1.4 點(diǎn)陣和晶體的關(guān)系、格子和晶胞的關(guān)系 248
10.1.5 格子、正當(dāng)點(diǎn)陣單位與晶格和晶胞的關(guān)系 249
10.2 描述晶體特征的參數(shù)和定律 250
10.2.1 晶胞參數(shù)及晶胞內(nèi)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo) 250
10.2.2 晶面指標(biāo)及定律 251
10.3 晶體的宏觀對(duì)稱性和32個(gè)點(diǎn)群 253
10.3.1 晶體的宏觀對(duì)稱元素 253
10.3.2 晶體的32個(gè)點(diǎn)群 254
10.4 晶體的微觀對(duì)稱性和230個(gè)空間群 256
10.4.1 晶體的微觀對(duì)稱元素 256
10.4.2 晶體的微觀對(duì)稱元素系和230個(gè)空間群 258
習(xí)題 259
第11章 化學(xué)晶體學(xué) 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(duì)稱性與簡(jiǎn)單化學(xué)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(yùn)動(dòng) 263
11.2.3 金屬單質(zhì)的三種典型結(jié)構(gòu) 269
11.3 合金的結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu) 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(guò)渡型晶體 286
11.6.1 離子的極化 286
11.6.2 哥希密特結(jié)晶化學(xué)定律 289
11.6.3 離子極化對(duì)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的影響 290
11.7 共價(jià)鍵和共價(jià)晶體 291