结构化学

本书系统阐述应用量子化学的理论研究物质的原子结构、分子结构和晶体结构，以及研究物质的原子结构、分子结构和晶体结构的方法、仪器和对其进行表征。主要内容包括：量子力学基础、德布罗意方程、薛定谔方程、氢原子结构、多电子原子结构、原子光谱、海特勒-伦敦法解氢分子的薛定谔方程；分子轨道理论、简单分子轨道理论、价键理论、双原子分子结构、多原子分子结构、配外场理论、分子光谱、光电子能谱；晶体学基础、晶体的点阵结构；化学晶体学、金属晶体、离子晶体、分子晶体、多种键型晶体、高分子晶体、液晶；X-射线衍射、电子衍射。

目录
前言
章 量子力学基础 1
1.1 量子力学的历史背景 1
1.1.1 黑体辐射 1
1.1.2 光电效应 2
1.1.3 原子光谱和原子结构 3
1.1.4 微观粒子的波粒二象性 4
1.2 不确定原理 5
1.3 微观粒子运动 7
1.3.1 经典力学 7
1.3.2 德布罗意方程 8
1.3.3 薛定谔方程 9
1.3.4 波函数的统计解释 10
1.3.5 态叠加原理 11
1.3.6 定态薛定谔方程 11
1.4 量子力学的算符 14
1.4.1 算符 14
1.4.2 量子力学的力学量算符 15
1.5 一维无限深势阱中的粒子 19
1.5.1 薛定谔方程及其解 19
1.5.2 解的讨论 22
习题 23
第2章 氢原子和类氢离子的结构 25
2.1 氢原子和类氢离子的薛定谔方程及其解 25
2.1.1 氢原子和类氢离子的薛定谔方程 25
2.1.2 求解薛定谔方程 26
2.1.3 氢原子和类氢离子的波函数 31
2.2 波函数和电子云图像 33
2.2.1 波函数和电子云 33
2.2.2 径向分布 33
2.2.3 角度分布 35
2.3 量子数l、m的物理意义 37
2.3.1 角量子数l 37
2.3.2 磁量子数m 38
2.3.3 算符的对易性 40
2.4 原子中电子的磁矩 42
2.4.1 电子的磁矩 42
2.4.2 磁矩的量子理论 43
2.4.3 磁矩和外磁场的相互作用 44
2.5 氢原子光谱 44
2.5.1 光谱与选择定则 44
2.5.2 氢原子光谱和里德伯常数 45
2.6 电子自旋 45
2.6.1 电子自旋的假设 45
2.6.2 自旋波函数 46
2.6.3 自旋磁矩 47
2.6.4 旋轨耦合 48
2.6.5 氢原子光谱的精细结构 49
习题 50
第3章 多电子原子的结构 51
3.1 多电子原子的中心势场模型 51
3.1.1 多电子原子的薛定谔方程 51
3.1.2 屏蔽效应和有效核电荷 51
3.2 多电子波函数和泡利不相容原理 53
3.2.1 全同性原理 53
3.2.2 泡利不相容原理 54
3.3 原子中电子的排布和元素周期律 56
3.3.1 原子中电子排布的原则 56
3.3.2 元素周期律 57
3.4 零级近似波函数和一级近似波函数 58
3.4.1 零级近似波函数和相应的能量 58
3.4.2 一级近似波函数和相应的能量 59
3.5 多电子原子的电子光谱 60
3.5.1 组态 60
3.5.2 原子状态 61
3.5.3 原子光谱项和光谱支项 63
3.5.4 光谱项能量 63
3.5.5 原子光谱的选择定则 65
3.5.6 钠原子的光谱 66
3.5.7 多电子原子的磁矩和塞曼效应 68
3.6 多电子原子的自洽场方法 70
3.6.1 薛定谔方程 70
3.6.2 哈特里方程 71
3.6.3 体系的总能量 72
3.7 哈特里-福克自洽场方法 74
3.7.1 斯莱特行列式 74
3.7.2 计算能量 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
习题 78
第4章 分子轨道理论 79
4.1 定核近似与轨道近似 79
4.1.1 分子体系的薛定谔方程 79
4.1.2 玻恩-奥本海默近似 79
4.1.3 轨道近似 81
4.2 变分原理与变分法 82
4.2.1 变分原理 82
4.2.2 线性变分法 83
4.3 氢分子的结构 86
4.3.1 氢分子的薛定谔方程 86
4.3.2 线性变分法解单电子薛定谔方程 87
4.3.3 氢分子的波函数和能量 91
4.4 简单分子轨道理论 93
4.4.1 分子轨道理论要点 93
4.4.2 有效组成分子轨道的三个条件 94
4.4.3 分子轨道的符号 96
4.4.4 分子轨道理论的应用 99
4.5 休克尔分子轨道法 102
4.5.1 共轭体系与共轭效应 102
4.5.2 休克尔分子轨道法处理丁二烯分子 103
4.5.3 休克尔分子轨道法要点 107
4.5.4 休克尔分子轨道法的推广 107
4.6 休克尔分子轨道法的应用 109
4.6.1 苯分子的π电子结构 109
4.6.2 离域π键形成的条件和类型 111
4.6.3 无机共轭分子 111
4.7  分子图 113
4.7.1 电荷密度 113
4.7.2 键级 113
4.7.3 自由价和分子图 114
4.8 自洽场分子轨道法简介 114
4.8.1 分子的近似波函数 114
4.8.2 哈特里方法 115
4.8.3 哈特里-福克方法 117
4.8.4 卢森方法 119
4.8.5 从头计算实例 121
4.9 分子轨道的对称性和反应机理 122
4.9.1 前线轨道理论 122
4.9.2 分子轨道对称守恒原理 124
习题 127
第5章 价键理论 128
5.1 海特勒和伦敦对氢分子的处理 128
5.1.1 线性变分法解氢分子的薛定谔方程 128
5.1.2 氢分子的完整波函数 133
5.2 价键理论及其应用 135
5.2.1 价键理论要点 136
5.2.2 价键理论对简单分子的应用 136
5.3 杂化轨道理论 137
5.3.1 杂化的概念 137
5.3.2 杂化轨道理论要点 138
5.3.3 杂化轨道理论的应用 139
5.4 多原子分子的价键方法 147
5.4.1 多原子分子的键函数 147
5.4.2 多原子分子的价键法处理 148
习题 149
第6章 对称性和对称群 150
6.1 对称操作和对称元素 150
6.1.1 对称元素的类型和相应的对称操作 150
6.1.2 分子的对称元素系 154
6.2 对称群 158
6.2.1 群的基本概念 158
6.2.2 分子对称群 159
6.3 点阵和平移群 161
6.3.1 直线点阵和一维平移群 161
6.3.2 平面点阵和二维平移群 162
6.3.3 空间点阵和三维平移群 163
6.4 分子的偶极矩 164
6.4.1 分子偶极矩和分子对称性的关系 164
6.4.2 诱导偶极矩和分子的极化 166
习题 167
第7章 配位场理论 168
7.1 配位体场—晶体场 168
7.1.1 配位体场模型 168
7.1.2 微扰理论 169
7.1.3 弱场和强场 173
7.1.4 配位体场的势能 175
7.2 d1组态在配位体场中的分裂 177
7.2.1 正八面体场 178
7.2.2 正四面体场 181
7.2.3 正方形场 183
7.2.4 影响分裂能大小的因素 184
7.3 关于d2～d8组态的讨论 186
7.3.1 对 组态的近似处理 186
7.3.2 对d2组态的处理 187
7.4 晶体场理论的应用 190
7.4.1 组态的简化处理 190
7.4.2 络合物的性质 193
7.5 络合物的分子轨道理论与配位场理论简介 197
7.5.1 分子轨道理论的要点 197
7.5.2 配位场理论简介 198
习题 199
第8章 分子光谱 200
8.1 分子的运动 200
8.1.1 分子的运动方程 200
8.1.2 双原子分子的运动方程 200
8.2 双原子分子的光谱 204
8.2.1 双原子分子的转动光谱 204
8.2.2 双原子分子的振动光谱 206
8.2.3 双原子分子的振动-转动光谱 208
8.2.4 双原子分子的电子光谱 210
8.3 多原子分子光谱 217
8.3.1 多原子分子光谱的分类 217
8.3.2 多原子分子的转动光谱 218
8.3.3 多原子分子的振动能级和振动光谱 220
8.3.4 多原子分子的电子光谱 224
习题 227
第9章 光电子能谱 229
9.1 光电子能谱原理和仪器 229
9.1.1 原理 229
9.1.2 光电子能谱仪的结构 230
9.2 X射线光电子能谱 231
9.2.1 基本原理 231
9.2.2 应用 233
9.3 紫外光电子能谱 234
9.3.1 特点 234
9.3.2 振动精细结构 235
9.4 俄歇电子能谱 238
9.4.1 原理 238
9.4.2 特点 239
9.4.3 应用 239
习题 240
0章 晶体学基础 241
10.1 晶体的点阵结构 241
10.1.1 晶体结构的周期性 241
10.1.2 晶体结构与点阵 242
10.1.3 点阵和格子的关系 245
10.1.4 点阵和晶体的关系、格子和晶胞的关系 248
10.1.5 格子、正当点阵单位与晶格和晶胞的关系 249
10.2 描述晶体特征的参数和定律 250
10.2.1 晶胞参数及晶胞内原子的分数坐标 250
10.2.2 晶面指标及定律 251
10.3 晶体的宏观对称性和32个点群 253
10.3.1 晶体的宏观对称元素 253
10.3.2 晶体的32个点群 254
10.4 晶体的微观对称性和230个空间群 256
10.4.1 晶体的微观对称元素 256
10.4.2 晶体的微观对称元素系和230个空间群 258
习题 259
1章 化学晶体学 260
11.1 晶体的分类 260
11.1.1 晶体的分类方法 260
11.1.2 典型晶体 260
11.1.3 高对称性与简单化学组成 261
11.2 金属晶体 261
11.2.1 金属键 261
11.2.2 金属中电子的运动 263
11.2.3 金属单质的三种典型结构 269
11.3 合金的结构 272
11.3.1 金属固溶体 272
11.3.2 金属化合物 274
11.4 离子键与离子晶体 275
11.4.1 离子晶体 275
11.4.2 离子晶体的晶格能 276
11.4.3 几种典型的离子晶体结构 280
11.5 离子半径和离子的堆积 281
11.5.1 离子半径 281
11.5.2 离子的堆积 284
11.6 离子极化与过渡型晶体 286
11.6.1 离子的极化 286
11.6.2 哥希密特结晶化学定律 289
11.6.3 离子极化对物质的物理化学性质的影响 290
11.7 共价键和共价晶体 291
11.7.1 共价键和共价半径 291
11.7.2 共价晶体 292
11.8 范德华力 294
11.8.1 分子间的作用力 294
11.8.2 范德华力的本质 295
11.9 分子晶体 298
11.9.1 同种原子的分子构成的晶体 298
11.9.2 不同种原子的分子构成的晶体 300
11.10 氢键和氢键晶体 301
11.10.1 氢键的本质 301
11.10.2 分子间氢键 303
11.10.3 分子内氢键 306
11.10.4 氢键对物质的物理化学性质的影响 307
11.11 多种键型晶体 307
11.11.1 同种元素的多种键型晶体 307
11.11.2 不同种元素的多种键型晶体 308
11.11.3 多元化合物晶体 310
11.12 硅酸盐 311
11.12.1 硅酸盐的结构特征 311
11.12.2 硅酸盐的种类 311
11.12.3 鲍林规则 315
11.13 液晶 316
11.13.1 液晶的四种结构类型 316
11.13.2 两类不同物理性质的液晶 317
11.14 有机化合物晶体与高分子晶体 318
11.14.1 有机化合物晶体 318
11.14.2 高分子化合物和高分子晶体 321
11.14.3 高分子材料的结构 325
习题 325
2章 X射线衍射谱 327
12.1 X射线的产生与吸收 328
12.1.1 X射线的产生 328
12.1.2 物质对X射线的吸收和应用 329
12.1.3 X射线的散射 331
12.2 X射线的衍射 332
12.2.1 X射线衍射的基本定理 332
12.2.2 劳厄方程 333
12.2.3 布拉格方程 335
12.3 X射线的衍射强度 337
12.3.1 电子对X射线的散射 337
12.3.2 原子对X射线的散射 338
12.3.3 晶体的结构因子 339
12.4 X射线衍射分析方法 340
12.4.1 劳厄法 340
12.4.2 旋转单晶法 341
12.4.3 粉末法 342
12.4.4 衍射仪法 347
12.5 X射线衍射的应用 347
12.5.1 物相的定性分析 347
12.5.2 物相的定量分析 348
12.6 电子衍射法 350
12.6.1 电子衍射 350
12.6.2 气体对电子的衍射强度 350
习题 353
参考文献 354