結構化學

目錄
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(jīng)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(shù)的統(tǒng)計解釋 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(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 氫原子光譜和里德伯常數(shù) 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(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(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 零級近似波函數(shù)和一級近似波函數(shù) 58
3.4.1 零級近似波函數(shù)和相應的能量 58
3.4.2 一級近似波函數(shù)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(tài) 60
3.5.2 原子狀態(tài) 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-?？俗郧龇椒?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-?？朔匠?77
3.7.4 哈特里-?？朔匠痰那蠼夥椒?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(shù)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(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 分子軌道對稱守恒原理 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(shù) 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(shù) 147
5.4.2 多原子分子的價鍵法處理 148
習題 149
第6章 對稱性和對稱群 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 對稱群 158
6.2.1 群的基本概念 158
6.2.2 分子對稱群 159
6.3 點陣和平移群 161
6.3.1 直線點陣和一維平移群 161
6.3.2 平面點陣和二維平移群 162
6.3.3 空間點陣和三維平移群 163
6.4 分子的偶極矩 164
6.4.1 分子偶極矩和分子對稱性的關系 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(tài)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 關于d2～d8組態(tài)的討論 186
7.3.1 對 組態(tài)的近似處理 186
7.3.2 對d2組態(tài)的處理 187
7.4 晶體場理論的應用 190
7.4.1 組態(tài)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 晶體結構的周期性 241
10.1.2 晶體結構與點陣 242
10.1.3 點陣和格子的關系 245
10.1.4 點陣和晶體的關系、格子和晶胞的關系 248
10.1.5 格子、正當點陣單位與晶格和晶胞的關系 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)原子的分數(shù)坐標 250
10.2.2 晶面指標及定律 251
10.3 晶體的宏觀對稱性和32個點群 253
10.3.1 晶體的宏觀對稱元素 253
10.3.2 晶體的32個點群 254
10.4 晶體的微觀對稱性和230個空間群 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個空間群 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