結構化學（簡體書）

《普通高等教育';十二五';規劃教材：結構化學》共十一章，包括量子力學基礎、原子的結構與性質、分子對稱性、分子軌道理論、價鍵理論、配合物的化學鍵理論、簇合物和團簇、分子的物理性質及次級鍵、結構分析方法簡介、晶體結構、晶體的結構與功能材料。《普通高等教育';十二五';規劃教材：結構化學》以化學鍵理論、結構與性質的關系、結構的測定方法為主線編寫，反映當代結構化學新的研究進展和發展趨勢。加強應用，在介紹基本概念和基本理論的同時注重介紹應用，并簡要通俗地介紹當前理論研究的前沿成果，擴大學生視野，培養學生深入探討的好奇心。

前言
第一章 量子力學基礎
第一節 量子力學實驗基礎與基本概念的引出
一、能量量子化與光的波粒二象性
二、實物粒子的波動性假設與實驗證實
三、德布羅意波的統計解釋
第二節 不確定關系
一、不確定關系的表述
二、應用
第三節 量子力學的基本假設
一、波函數
二、力學量的算符表示
三、量子力學的基本方程
四、平均值假設
五、全同性原理
第四節 金屬中自由電子的運動與能量量子化
一、能量
二、波函數
*第五節 關于量子力學基本理論的爭論
第六節 基本例題解
習題
第二章 原子的結構和性質
第一節 類氫原子體系的薛定諤方程及解
一、類氫原子體系的薛定諤方程
二、分離變量法
三、三個方程的求解與量子數
四、類氫原子的波函數
第二節 量子數的物理意義
一、主量子數n
二、角動量與角量子數l
三、磁量子數m
第三節 原子軌道和電子密度圖形
一、概述
二、原子軌道與電子密度徑向分布
三、原子軌道角度分布與電子密度角度分布
第四節 多電子原子
一、氦原子的薛定諤方程
二、中心力場近似
三、屏蔽效應和鉆穿效應
四、原子體系的哈特里自洽場方法
第五節 電子的自旋與自旋波函數
一、斯特恩-格拉克實驗
二、烏侖貝克-古德斯米特電子自旋假設
三、自旋與自旋在磁場方向分量的表達式
四、自旋軌道與自旋波函數
第六節 基態原子核外電子排布的原則
一、泡利不相容原理
二、能量最低原理
三、洪德規則
第七節 原子的量子態和光譜項
*一、多電子原子相互作用的分類
二、電子組態與原子量子態
三、原子光譜項
第八節 原子電離能、電子親和能和電負性
一、原子電離能和電子親和能的定義
二、原子的電負性
*第九節 關于價電子的討論
一、電子在原子核周圍有一個相對較大的活動空間
二、庫侖力是決定原子結構的主要作用力
三、價電子層
四、價電子的重要性
第十節 基本例題解
習題
第三章 分子的對稱性
第一節 對稱操作與對稱元素
一、旋轉軸和旋轉操作
二、鏡面和反映操作
三、對稱中心和反演操作
四、象轉軸和旋轉反映操作
第二節 分子點群
一、群的數學定義
二、對稱操作群
三、群的乘法表
四、分子點群的分類
五、分子點群的判別
第三節 分子的對稱性和分子偶極矩、旋光性的預測
一、分子的偶極矩
二、分子的旋光性
*第四節 群的表示初步
一、對稱操作的矩陣表示
二、點群的表示
三、特征標
*第五節 淺談對稱性
一、晶體學與群論
二、對稱性與守恒定律
三、全同多粒子體系交換對稱性對波函數的限制
四、分子軌道對稱守恒原理
五、未來的發展
第六節 基本例題解
習題
第四章 分子軌道理論
第一節 氫分子離子與變分法
一、氫分子離子的薛定諤方程
二、原子單位
三、變分法簡介
四、用線性變分法求解H+2的薛定諤方程
五、變分法處理H+2所得主要結果的分析
第二節 簡單分子軌道理論
一、簡單分子軌道理論的要點
二、應用簡單分子軌道理論處理H2的結果
第三節 分子軌道的類型、符號和能級順序
一、類型和符號
二、能級順序
第四節 雙原子分子的結構和性質
一、分子的電子組態與鍵級
二、同核雙原子分子
三、異核雙原子分子
第五節 休克爾分子軌道法和共軛分子結構
一、休克爾分子軌道法
二、離域π鍵形成條件和類型
三、離域效應
四、超共軛效應
第六節 前沿軌道理論與分子軌道對稱守恒原理
一、前沿軌道理論
二、分子軌道對稱守恒原理
*第七節 當前分子軌道理論的概況
一、哈特里-福克-羅湯方程
二、計算方法
第八節 基本例題解
習題
第五章 價鍵理論
第一節 海特勒-倫敦處理氫分子的結果
一、海特勒-倫敦法解H2分子結構簡介
二、海特勒-倫敦法對氫分子形成共價鍵的認識
第二節 價鍵理論的要點及對簡單分子的應用
一、價鍵理論的要點
二、價鍵理論對簡單分子的應用
第三節 價鍵理論與簡單分子軌道理論的比較
一、理論比較
二、實驗檢驗
第四節 雜化軌道理論
一、雜化軌道理論要點
二、等性雜化軌道的主要類型
三、sp不等性雜化
*第五節 價電子對互斥理論
一、VSEPR判斷分子幾何構型的規則
二、應用VSEPR分析實例
*第六節 價鍵理論的發展
一、價鍵理論的早期工作
二、廣義價鍵理論
三、價鍵理論的新進展
第七節 基本例題解
習題
第六章 配合物的化學鍵理論
第一節 概述
*第二節 配合物的價鍵理論
第三節 晶體場理論
一、中心離子d軌道能級的分裂
二、中心離子d電子的排布——;高自旋態和低自旋態
三、晶體場穩定化能
四、揚特勒效應
*第四節 配體場理論簡介
一、d1軌道能級在Oh場中的分裂
二、dN原子譜項在配體場中的分裂
第五節 配合物的分子軌道理論初步
一、金屬離子的原子軌道分組
二、配體的σ群軌道
三、π分子軌道
第六節 σ-π配鍵及有關配合物
一、金屬羰基配合物中的σ-π配鍵
二、π配合物的σ-π配鍵
三、金屬夾心配合物
*第七節 配合物化學鍵理論簡述
一、價鍵理論
二、晶體場理論
三、配體場理論
四、分子軌道理論
第八節 基本例題解
習題
第七章 簇合物和團簇
第一節 主族簇合物
一、硼烷
二、多面體碳烷
第二節 過渡金屬簇合物
一、金屬簇合物中的M—M鍵及其特征
二、簇合物的十八電子規則和金屬-金屬鍵的鍵數
三、過渡金屬簇合物的分類
第三節 團簇
一、概述
二、幾種團簇介紹
第四節 簇合物的催化作用
一、金屬簇催化
二、團簇催化
第五節 基本例題解
習題
第八章 分子的物理性質及次級鍵
第一節 分子的電學性質
一、偶極矩
二、小分子的極化
三、極化率與電容率的關系
四、極化作用與頻率的關系
*第二節 分子的磁學性質
一、磁化率
二、物質的磁性分類
三、分子磁矩
四、鐵磁性、反鐵磁性與亞鐵磁性
五、摩爾順磁磁化率與磁矩的關系
第三節 分子間作用力
一、范德華力的組成
二、蘭納-瓊斯勢
三、分子間作用力對物質物理性質的影響
四、原子的范德華半徑與分子的大小和形狀
第四節 次級鍵
一、氫鍵
*二、非金屬原子間的次級鍵
*三、金屬原子間的次級鍵
四、分子間配鍵
第五節 基本例題解
習題
第九章 結構分析方法簡介
第一節 分子光譜
一、概述
二、吸收光譜
三、雙原子分子的轉動光譜
四、雙原子分子的振動光譜
五、雙原子分子的振動-轉動光譜
六、多原子分子的振動光譜
七、紅外光譜
八、拉曼光譜簡介
九、紫外-可見光譜及其應用
第二節 光電子能譜
一、X射線光電子能譜
二、紫外光電子能譜
第三節 核磁共振
一、核自旋
二、核磁共振
三、化學位移
四、核磁共振譜示例
第四節 基本例題解
習題
第十章 晶體的對稱性與X射線衍射法
第一節 晶體結構的周期性和點陣
一、晶體的宏觀通性
二、晶體結構的周期性
三、點陣
四、14種空間點陣型式
第二節 晶胞、晶棱和晶面
一、晶胞和晶胞中微粒的位置
二、晶面指標
三、晶棱指標
四、點陣與晶體之間的對應關系
第三節 晶體的宏觀對稱性
一、晶體的宏觀對稱元素與對稱操作
二、晶體的32種宏觀對稱類型
三、七個晶系
第四節 晶體的微觀對稱性
一、平移軸與平移操作
二、螺旋軸與螺旋旋轉操作
三、滑移面與滑移反映操作
第五節 實際晶體的缺陷
一、實際晶體與理想晶體
二、實際晶體缺陷的種類
三、單晶體、多晶體和微晶體
第六節 X射線晶體結構分析原理
一、X射線的產生
二、X射線衍射的基本原理
三、晶體衍射方程
四、X射線的衍射強度
五、系統消光
六、常用X射線衍射分析方法
第七節 基本例題解
習題
第十一章 晶體結構與功能材料
第一節 固體能帶理論
一、晶體中電子的波函數
二、能帶理論的基本原理與能帶的種類
*三、能帶理論的導出
四、絕緣體、導體和半導體
五、半導體的能帶結構
第二節 等徑圓球的密堆積與最密堆積空隙
一、等徑圓球密堆積
二、最密堆積空隙
第三節 金屬晶體
一、金屬鍵
二、單質金屬晶體的結構和金屬原子半徑
三、合金的結構及性質
第四節 離子晶體
一、離子晶體的幾種典型的結構形式
二、點陣能的計算
三、離子半徑
四、不等徑圓球的堆積與多面體空隙
五、離子堆積規律
六、離子的極化
第五節 離子晶體結構的鮑林規則與離子晶體舉例
一、鮑林規則
二、離子晶體舉例——;尖晶石結構
第六節 共價晶體與分子晶體
一、共價晶體
二、分子晶體
*第七節 功能材料晶體
一、超導材料
二、磁性材料
三、有機非線性光學材料
四、液晶高分子材料
第八節 基本例題解
習題
部分習題參考答案
主要參考文獻
附錄
附錄1 基本常數
附錄2 能量單位換算

第一章 量子力學基礎
結構化學是研究原子、分子和晶體的微觀結構，闡述分子和晶體的成因；研究結構與性能之間的關系；以及測定分子和晶體結構實驗方法的學科。因此結構化學是化學各學科、各專業的重要基礎理論課程。
量子力學是研究微觀粒子（電子、原子、分子等）運動規律的理論，是深入探討物質結構及其性能關系的理論基礎。結構化學討論的對象是分子結構，涉及電子、原子等微觀粒子，這些粒子的運動規律服從量子力學基本原理，所以本章內容是學習結構化學必備的基礎知識。
本章簡單介紹量子力學誕生的實驗基礎，引出微觀粒子的能量量子化與波粒二象性兩個最基本、最重要的概念。以假設的形式介紹量子力學基本原理? ，并應用討論無限深勢阱中的電子。同時，扼要地介紹了關于量子力學基本理論的爭論。
第一節 量子力學實驗基礎與基本概念的引出
人們把牛頓（Newton）力學、熱力學、統計力學、麥克斯韋（ Maxwell）電磁理論等稱為經典物理學，將量子力學以及在其基礎上發展起來的量子場論稱為量子理論。
19 世紀末，經典物理學已發展得相當完善，大多數物理學家相信，理論上不會有什么新的發現，以後的工作只是如何應用現有的理論解決具體問題及提高計算結果的精確度。可是在19 世紀末到20 世紀初，發現了一些新的實驗現象，如黑體輻射、光電效應、原子線狀光譜等，都是經典物理學無法解釋的。這些現象揭示了經典物理學的局限性，暴露了經典物理學與微觀粒子運動規律的矛盾，從而為量子力學的創立提出了要求和準備了條件。
一、能量量子化與光的波粒二象性
1.黑體輻射和能量量子化
實驗證明物體在任何溫度下都向周圍發射電磁波，即產生輻射，物體發出的輻射能以及輻射能按波長的分布主要取決于物體的溫度，所以這種輻射稱為熱輻射。熱輻射是自然界普遍存在的現象。物體發射電磁波的同時也吸收周圍其他物體所發射的電磁波。如果物體在單位時間輻射出的能量恰好等于吸收其他物體輻射出來的能量，則輻射過程達到平衡，稱為平衡熱輻射。
對于外來的輻射，物體有反射或吸收作用。如果一個物體在任何溫度下都能將投射于其上的輻射全部吸收而無反射，這種物體就稱為絕對黑體，簡稱黑體。自然界沒有真正的黑體，絕對黑體顯然是一種理想模型。一個帶有小孔的空腔可以近似看作黑體，如圖1 1 所示。所有射入該小孔的輻射會在空腔內經過多次反射才可能由小孔射出空腔，而每次反射，腔壁都吸收一部分能量，經多次反射後，僅有極微弱的能量從小孔逸出，實際上可以忽略不計，認為空腔中的輻射全部被吸收，因此可以把開有小孔的空腔視為黑體。
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