目錄
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第一章 量子力學基礎(chǔ)和氫原子的狀態(tài)函數(shù) 1
§1-1 從經(jīng)典力學到舊量子論 1
1.經(jīng)典力學的適用范圍 1
2.經(jīng)典力學向高速度領(lǐng)域的推廣導向相對論力學 2
3.經(jīng)典力學向微觀領(lǐng)域的推廣導向量子論 3
4.光能的不連續(xù)性——光電效應和光子學說 4
5.康普頓效應 6
6.原子能量的不連續(xù)性——氫原子光譜和玻爾理論 7
7.舊量子論的衰落 11
§1-2 從舊量子論到量子力學 11
1.光的二象性 12
2.實物粒子的波動性、德布羅意關(guān)系 16
3.測不準關(guān)系 20
4.量子力學的基本方程——薛定諤方程 21
5.實例——一維方勢箱中的粒子 25
§1-3 氫原子或類氫離子的狀態(tài)函數(shù) 32
1.氫原子或類氫離子的薛定諤方程 32
2.氫原子或類氫離子的基態(tài) 32
3.表示電子云幾率分布的幾種方法 34
4.氫原子或類氫離子的其他s態(tài) 35
5.氫原子或類氫離子的薛定諤方程的一般解 36
6.氫原子或類氫離子的波函數(shù)和電子云的圖示 42
7.氫原子或類氫離子中電子的平均動能和平均勢能 51
8.算符的初步概念 51
參考書目 53
問題與習題 54
第二章 原子的電子層結(jié)構(gòu)和原子光譜 57
§2-1 原子單位制 57
§2-2 原子軌道 58
1.中心勢場模型 59
2.自洽場方法 61
3.屏蔽常數(shù)的計算——改進的斯萊特法 65
4.軌道能量 67
§2-3 電子自旋和泡利原理 75
1.電子自旋 75
2.電子的等同性和泡利原理 77
3.哈特里-�？朔匠� 79
§2-4 核外電子的配布和元素周期表 81
1.核外電子配布的原則 81
2.原子的電子組態(tài)和元素周期表 82
3.離子的電子層結(jié)構(gòu) 83
§2-5 原子的電離能、電子親和能和電負性 88
§2-6 原子的量子數(shù)、能級圖和原子光譜項 96
1.單電子原子的量子數(shù) 96
2.自旋-軌道相互作用 97
3.多電子原子的量子數(shù) 100
4.多電子原子中的剩余相互作用 101
5.原子光譜項 102
6.原子能級圖和洪特規(guī)則 107
§2-7 原子光譜 109
1.原子光譜的選律 110
2.堿金屬原子的光譜 110
3.原子光譜的超精細結(jié)構(gòu) 114
4.X射線光譜 115
§2-8 原子的磁矩和塞曼效應 118
1.電子的軌道磁矩 118
2.電子的自旋磁矩 118
3.單電子原子的磁矩 119
4.多電子原子的磁矩 120
5.塞曼效應 121
6.核自旋和核磁矩 121
參考書目 123
問題與習題 124
第三章 雙原子分子的結(jié)構(gòu) 125
§3-1 氫分子離子的近似解——線性變分法 125
1.氫分子離子的薛定諤方程 125
2.氫分子離子的線性變分法處理 126
3.氫分子離子的兩種狀態(tài) 128
4.氫分子離子的能量曲線 130
5.氫分子離子的波函數(shù) 133
6.氫分子離子的高級近似解 135
7.積分Sab、Haa和Hab的意義 135
§3-2 氫分子的結(jié)構(gòu) 138
1.氫分子的薛定諤方程式和海特勒-倫敦解法 138
2.氫分子的波函數(shù),1Σg和3Σu態(tài) 143
§3-3 價鍵理論和分子軌道理論要點 144
1.價鍵理論的要點 145
2.分子軌道理論的要點 149
3.σ軌道與σ鍵 153
4.π軌道與π鍵 157
5.分子軌道的符號 158
6.分子軌道和原子軌道的相關(guān)圖 159
§3-4 同核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 162
1.分子軌道的能級順序 162
2.第二周期各元素的同核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 165
§3-5 異核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 170
參考書目 174
問題與習題 174
第四章 分子對稱性與群論初步 176
§4-1 對稱操作 176
1.恒等操作 176
2.旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)軸 177
3.反映和鏡面 179
4.象轉(zhuǎn)和象轉(zhuǎn)軸 179
5.反演和對稱中心 180
§4-2 群的概念和點群 181
1.群的定義 181
2.點群 181
3.群的乘法表 184
4.子群、共軛類和群的同構(gòu) 185
§4-3 群的表示和特征標 186
1.n維矢量空間的線性變換 187
2.群的表示 189
3.不可約表示 195
4.特征標和特征標表 197
5.不可約表示的性質(zhì) 198
6.波函數(shù)作為不可約表示的基 201
7.直積 201
8.對稱性匹配函數(shù)和投影算符 204
參考書目 205
問題與習題 205
第五章 多原子分子的結(jié)構(gòu) 208
§5-1 非共軛多原子分子的成鍵原理 208
1.σ鍵的形成和原子的共價 208
2.σ配鍵的形成 210
3.π鍵的形成 210
4.p→dπ配鍵的形成和無機含氧酸的結(jié)構(gòu) 212
5.δ鍵的形成 214
§5-2 非共軛多原子分子的幾何構(gòu)型——價層電子對互斥理論 216
§5-3 雜化軌道理論 220
1.雜化軌道理論的要點 221
2.原子軌道雜化的對稱性要求 226
3.sp雜化軌道及有關(guān)分子的結(jié)構(gòu) 229
4.sp2雜化軌道及有關(guān)分子的結(jié)構(gòu) 231
5.sp3雜化軌道及有關(guān)分子的結(jié)構(gòu) 234
6.不等性的s-p雜化軌道及有關(guān)分子的結(jié)構(gòu) 235
7.具有張力的分子 239
8.d-s-p雜化軌道 240
9.f-d-s-p雜化軌道 243
§5-4 非定域分子軌道 248
§5-5 缺電子分子的結(jié)構(gòu)和原子簇的結(jié)構(gòu)規(guī)則 252
1.缺電子原子的化合物 252
2.乙硼烷的結(jié)構(gòu)和三中心雙電子鍵 255
3.金屬的甲基化合物 258
4.原子簇化合物 259
5.利普斯康關(guān)于硼烷結(jié)構(gòu)的styx分析 261
6.惠特的三角多面體骨架電子對理論 263
7.唐敖慶關(guān)于硼烷結(jié)構(gòu)的拓撲規(guī)則 267
8.唐敖慶關(guān)于過渡金屬簇化合物的(9n－L)規(guī)則 270
9.(nxcπ)結(jié)構(gòu)規(guī)則 271
參考書目 271
問題與習題 272
第六章 共軛分子的結(jié)構(gòu) 274
§6-1 休克爾分子軌道法 274
1.共軛體系與共軛效應 274
2.休克爾分子軌道法要點 275
3.休克爾分子軌道法應用實例 276
4.共軛直鏈多烯 280
5.共軛環(huán)多烯 281
6．含雜原子的共軛體系 284
7．無機共軛分子 285
§6-2 大π鍵的生成條件和類型 287
1.大π鍵的生成條件 287
2.大π鍵的分類 287
3.特種大π鍵和超共軛效應 289
§6-3 HMO法處理結(jié)果與共軛分子的性質(zhì)間的關(guān)系 290
1.布居分析和分子圖 290
2.共軛分子的靜態(tài)性質(zhì)與有機化合物的同系線性規(guī)律 294
3.共軛分子的化學性質(zhì) 297
§6-4 分子軌道對稱守恒原理 302
1.協(xié)同反應的選律 303
2.分子軌道對稱守恒原理 306
§6-5 前線軌道理論 312
1.電環(huán)化反應 312
2.σ鍵遷移反應 313
§6-6 HMO法的改進與同系線性規(guī)律 315
1.同系物與HMO法的同系規(guī)律 315
2.同系線性規(guī)律 315
3.HMO法和同系線性規(guī)律的改進 316
參考書目 319
問題與習題 319
第七章 配位場理論和絡(luò)合物的結(jié)構(gòu) 321
§7-1 晶體場理論 321
1.晶體場模型 322
2.在化學環(huán)境中能級和譜項的分裂 323
3.微擾理論 326
4.弱場和強場 330
5.d1-組態(tài) 331
6.d2-組態(tài)的弱場方案處理 335
7.d2-組態(tài)的強場方案處理 340
8.能級圖、Δ和B′ 343
§7-2 絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 347
1.紫外-可見吸收光譜 347
2.絡(luò)合物的磁性 350
3.立體化學 354
4.絡(luò)合物的熱力學和動力學性質(zhì) 357
§7-3 分子軌道理論與配位場理論 357
1.分子軌道理論的要點 357
2.配位場理論簡介 363
§7-4 σ-π配鍵與有關(guān)絡(luò)合物的結(jié)構(gòu) 364
1.金屬羰化物 364
2.金屬亞硝酰絡(luò)合物 367
3.金屬的膦和胂絡(luò)合物 367
4.分子氮絡(luò)合物 367
§7-5 多原子π鍵絡(luò)合物的結(jié)構(gòu) 368
1.金屬離子和不飽和烴類的絡(luò)合物 368
2.金屬夾心化合物 370
參考書目 375
問題與習題 376
第八章 原子價和分子結(jié)構(gòu)小結(jié) 378
§8-1 原子價概念的發(fā)展 378
1.歷史的回顧 378
2.原子價概念的分裂 379
3.氧化態(tài)的定義 379
4.氧化態(tài)規(guī)則 380
5.電中性原理 382
6.配位數(shù)的定義 383
7.泡令的原子價(共價)定義 385
8.原子價(共價)的量子化學定義 386
9.十八電子規(guī)則 387
§8-2 共價的定義和原子價規(guī)則 388
1.共價的新定義 388
2.原子價規(guī)則一:分子總價和鍵級的關(guān)系 389
3.原子價規(guī)則二:從結(jié)構(gòu)式計算共價的規(guī)則 389
4.原子價規(guī)則三:共價與價軌道數(shù)及未成對電子數(shù)的關(guān)系 392
5.規(guī)則三的應用(一)由元素在周期表中的位置預測反磁性化合物的共價 395
6.規(guī)則三的應用(二)預測順磁性絡(luò)合物中未成對電子數(shù)Ns 398
7.規(guī)則三的應用(三)固體化合物中原子的共價與磁矩 399
8.原子價規(guī)則四:配位數(shù)是共價與氧化態(tài)的平均值 402
9.原子價規(guī)則五:H,C,N,O,F五元素的共價不變性 403
§8-3 分子的分類和(nxcπ)結(jié)構(gòu)規(guī)則 406
1.引言——對數(shù)以百萬計的分子進行分類的必要性 406
2.分子由分子片所組成 407
3.配體的分類和決定配體價電子數(shù)的規(guī)則 408
4.分子片可按周期表形式排布 409
5.分子片的共價 411
6.廣義的“八隅律” 411
7.分子的總價V和分子片之間的鍵級B 412
8.應用舉例——由原子簇的分子式預測結(jié)構(gòu)式 413
9.分子的結(jié)構(gòu)類型和(nxcπ)數(shù) 416
10.結(jié)構(gòu)類型與穩(wěn)定性 419
11.分子片取代規(guī)則 419
§8-4 (nxcπ)結(jié)構(gòu)規(guī)則的應用 420
1.分子結(jié)構(gòu)類型的分類法 420
2.分子片取代規(guī)則的應用 423
3.預見新的原子簇化合物及其可能的合成途徑 426
問題與習題 427
第九章 分子光譜(一)雙原子分子光譜 430
§9-1 分子光譜概論 430
§9-2 雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜 433
1.一個例子——HCl的轉(zhuǎn)動光譜 433
2.剛性轉(zhuǎn)體模型 434
3.非剛性轉(zhuǎn)體模型 436
4.研究轉(zhuǎn)動光譜得到的結(jié)果 437
§9-3 雙原子分子的振動-轉(zhuǎn)動光譜 438
1.雙原子分子的振動光譜 438
2.雙原子分子的振動-轉(zhuǎn)動光譜 445
§9-4 雙原子分子的電子光譜 447
1.雙原子分子的電子能級和選律 447
2.電子-振動光譜 450
3.電子-振動-轉(zhuǎn)動光譜 455
§9-5 雙原子分子的拉曼光譜 459
1.拉曼散射 459
2.異核雙原子分子的拉曼光譜 461
3.同核雙原子分子的拉曼光譜 465
參考書目 469
問題與習題 470
第十章 分子光譜(二)多原子分子光譜 471
§10-1 多原子分子光譜概論 471
1.多原子分子光譜的分類 471
2.吸收定律、吸收曲線和振子強度 471
3.光譜選律 474
§10-2 紫外及可見吸收光譜 476
1.儀器 476
2.有機化合物的紫外及可見吸收光譜 477
3.紫外和可見吸收光譜的應用 488
§10-3 紅外光譜和拉曼光譜 491
1.儀器 491
2.多原子分子的振動能級和振動光譜 495
3.化學鍵的特征振動頻率和鍵的力常數(shù) 497
4.應用 502
§10-4 微波譜 510
1.一般介紹 510
2.多原子分子的轉(zhuǎn)動能級和轉(zhuǎn)動光譜 511
3.應用——斯塔克效應和偶極矩的測定 515
參考書目 518
問題與習題 518
第十一章 分子的電性、磁性、磁共振譜和光電子能譜 521
§11-1 偶極矩和分子結(jié)構(gòu) 521
1.偶極矩和極化率 521
2.極化率和介電常數(shù)的關(guān)系——克勞修斯-莫索第-德拜方程 523
3.偶極矩測定法的原理 526
4.偶極矩和分子結(jié)構(gòu) 527
5.摩爾折射度與分子結(jié)構(gòu) 533
§11-2 磁化率和分子結(jié)構(gòu) 535
1.磁化率及其測量 535
2.分子的磁矩 537
3.順磁磁化率和分子結(jié)構(gòu) 540
4.反磁磁化率和分子結(jié)構(gòu) 542
§11-3 核磁共振譜 544
1.核磁矩和核磁共振 544
2.弛豫過程 547
3.核磁共振譜儀 548
4.化學位移 550
5.自旋偶合 555
6.核磁共振譜在化學中的應用 558
7.鑭系位移試劑 560
§11-4 順磁共振譜 562
1.順磁共振的基本原理 562
2.順磁共振譜儀 563
3.順磁共振譜中的-因子、精細結(jié)構(gòu)和超精細結(jié)構(gòu) 564
§11-5 光電子能譜(PES) 569
1.儀器 570
2.紫外光電子能譜 573
3.X射線光電子能譜 578
4.俄歇電子能譜 582
參考書目 585
問題與習題 586
第十二章 晶體的點陣結(jié)構(gòu)和X射線衍射法 589
§12-1 晶體結(jié)構(gòu)的周期性和點陣理論 589
1.晶體結(jié)構(gòu)的周期性 589
2.點陣和平移 590
3.點陣、素單位、復單位和格子 592
4.點陣與晶體 593
5.表示晶面的記號和有關(guān)定律 594
6.7個晶系和14種空間點陣 596
§12-2 晶體的宏觀對稱性和32個點群 598
1.晶體的獨立的宏觀對稱元素 598
2.晶體的32個點群 599
3.國際記號 600
§12-3 晶體的微觀對稱性和230個空間群 602
1.螺旋軸和滑移面 602
2.230個空間群 604
§12-4 晶體對X射線的衍射 607
1.X射線的產(chǎn)生 608
2.晶體對X射線的相干散射 608
3.衍射方向和晶胞參數(shù) 609
4.衍射強度和晶胞中原子的分布 613
§12-5 X射線粉末法 617
1.粉末法原理 617
2.粉末法的應用 619
§12-6 測定氣體分子結(jié)構(gòu)的電子衍射法 622
1.X射線衍射法與電子衍射法的比較 622
2.氣體分子的衍射強度公式及其應用 623
3.電子衍射法測定氣體分子幾何結(jié)構(gòu)的一些例子 625
參考書目 628
問題與習題 628
第十三章 金屬鍵與金屬晶體的結(jié)構(gòu) 630
§13-1 金屬的性質(zhì)和金屬鍵理論 630
1.金屬的性質(zhì) 630
2.金屬鍵理論 630
3.金屬中電子的運動 633
§13-2 金屬單質(zhì)的三種典型結(jié)構(gòu)和石墨的結(jié)構(gòu) 639
1.金屬單質(zhì)的三種典型結(jié)構(gòu) 639
2.金屬原子半徑 642
3.石墨的結(jié)構(gòu) 643
§13-3 合金的結(jié)構(gòu) 643
1.金屬固溶體 643
2.金屬互化物 647
參考書目 649
問題與習題 650
第十四章 離子鍵和離子型晶體的結(jié)構(gòu)、離子極化和向共價型晶體的過渡 652
§14-1 點陣能與波恩-哈伯熱化學循環(huán) 652
§14-2 點陣能的理論計算 652
§14-3 離子半徑 657
1.哥希密特離子半徑 657
2.泡令晶體半徑 658
3.離子半徑與配位數(shù)的關(guān)系 659
4.離子半徑的規(guī)律性 659
5.離子的堆積規(guī)則 660
§14-4 離子極化 660
1.離子的極化率 660
2.離子極化對晶體鍵型的影響 661
3.離子極化和無機化合物的溶解度 662
§14-5 二元化合物的晶體結(jié)構(gòu) 665
1.AB型二元化合物 665
2.AB2-型二元化合物 666
3.二元化合物的演變結(jié)構(gòu) 668
§14-6 硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)與泡令規(guī)則 668
1.含有有限硅氧基團的硅酸鹽晶體 668
2.鏈型硅酸鹽 669
3.層型硅酸鹽 671
4.泡令規(guī)則 671
參考書目 673
問題與習題 673
第十五章 范德華引力和氫鍵,分子型和氫鍵型的晶體結(jié)構(gòu) 675
§15-1 范德華引力的本質(zhì) 675
1.靜電力(葛生力) 676
2.誘導力(德拜力) 677
3.色散力(倫敦力) 677
4.范德華引力中三種作用能所占的比例 678
§15-2 非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu) 679
§15-3 分子型晶體的結(jié)構(gòu) 681
§15-4 范德華引力與物質(zhì)的物理化學性質(zhì)的關(guān)系 682
1.范德華引力與物質(zhì)的沸點和熔點 682
2.熵效應與熔點的關(guān)系 683
3.范德華引力與溶解度 684
§15-5 氫鍵的本質(zhì) 685
§15-6 分子間氫鍵及分子內(nèi)氫鍵和氫鍵型晶體 691
1.分子間氫鍵 691
2.分子內(nèi)氫鍵 694
§15-7 氫鍵的形成對于化合物的物理和化學性質(zhì)的影響 696
1.對沸點和熔點的影響 696
2.對溶解度、溶液密度和粘度的影響 698
3.對酸性的影響 698
4.對介電常數(shù)的影響 699
5.對紅外光譜和拉曼光譜中O—H鍵或N—H鍵的特征振動頻率的影響 699
參考書目 699
問題與習題 700
附錄 702
附錄1 常用物理常數(shù) 702
附錄2 化學上重要的點群的特征標表 703
附錄3 何處查閱有關(guān)結(jié)構(gòu)化學的數(shù)據(jù) 714
附錄4 結(jié)構(gòu)化學中的常用縮寫 718
附錄5 正交曲線坐標系 720
附錄6 氫分子離子的精確解及σ、π、δ軌道 721
附錄7 離子半徑、共價半徑、金屬原子半徑及范德華半徑 724
中外文人名對照表 732