《物质结构》

绪论1

第一章 量子力学基础和原子结构6

1-1 经典物理学的困难和旧量子论的局限性7

1.谐振子能量的不连续化--黑体辐射和普朗克(Planck)量子论8

2.光能的不连续性--光电效应和爱因斯坦(Einstein)光子说9

3.原子能量的不连续性--氢原子光谱和玻尔(Bohr)原子结构理论13

1-2 实物微粒的波动性16

1.从光子说到物质波16

2.物质波的实验证明18

3.二象性的统计联系20

4.波粒二象性的必然结果--“不确定关系”21

1-3 实物微粒运动状态的表示法25

1.波函数ψ25

2.波函数的性质27

3.原子中电子运动的定态是驻波性质的反映28

1-4 实物微粒的运动规律--定态薛定谔(Schrodinger)方程32

1.得来线索32

2.定态薛定谔方程33

3.方程求解问题38

4.实例--在势箱中运动的粒子39

1-5 定态薛定谔方程的算符表达式44

1.能量算符本征方程、本征值和本征函数45

2.算符和力学量的算符表示46

1-6 氢原子与类氢离子定态薛定谔方程，其球极坐标表达式及几个简单的特解51

1.氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程51

2.氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程的球极坐标表达式54

3.基态55

4.基态波函数的性质58

5.激发态61

1-7 氢原子与类氢离子定态薛定谔方程的一般解66

1.变数分离法66

2.Φ(φ)方程的解67

3.Θ(θ)方程的解69

4.R(r)方程的解70

1-8 氢原子及类氢离子的解的讨论73

1.量子数73

2.波函数和电子云的图像77

3.实波函数和复波函数88

1-9 多电子原子的结构和原子轨道90

1.电子独立运动模型(即轨道近似模型)91

2.哈特利(Hartree)自洽场模型93

3.中心力场模型96

1-10 电子自旋98

1.电子自旋问题的提出99

2.自旋波函数和自旋-轨道100

3.全同粒子和保里(Pauli)不相容原理104

4.自旋相关效应108

1-11 原子整体的状态与原子光谱项简介110

1-12 原子内电子的排布和元素周期律115

1.原子轨道的能量次序115

2.原子核外电子排布的原则120

3.离子的电子层结构123

选讲教材：127

1-A.算符和力学量127

1.代表力学量的算符必须满足的条件127

2.力学量的本征值和本征函数的普遍特性129

3.算符的对易关系与力学量的同时测量问题131

1-B.Θ(θ)方程及R(r)方程的解133

1-C.哈特利-福克(Hartree-Fock)自洽场法138

1-D.原子的状态与原子光谱项141

1.原子的量子数与角动量的耦合143

2.原子光谱项147

3.原子光谱项对应的能级149

4.原子能级和原子光谱的关系149

5.原子光谱项的推求法151

思考题及习题154

本章主要参考书目157

第二章 共价键理论和分子结构159

2-1 氢分子离子和共价键的本质159

1.定核近似和H？的薛定谔方程159

2.线性变分法162

3.H？的基态和第一激发态165

4.积分Sab、Haa、Hab和能量168

5.H？的两种状态和共价键本质174

2-2 分子轨道理论176

1.单电子波函数176

2.原子轨道的线性组合(LCAO)178

3.LCAO-MO的基本原则179

4.分子轨道的类型、符号和能级顺序186

5.电子填充原则189

2-3 双原子分子189

1.同核双原子分子189

2.异核双原子分子195

3.键的极性200

1.氢分子的结构202

2-4 氢分子的结构和价键理论202

2.价键理论要点和对简单分子的应用214

2-5 杂化轨道理论217

1.杂化轨道理论的实验基础217

2.杂化轨道理论219

3.杂化轨道理论的应用224

2-6 定域和非定域分子轨道231

1.定域分子轨道231

2.非定域分子轨道234

3.定域和非定域轨道的关系238

2-7 简单HMO法和共轭分子241

1.休克尔(Huckel)近似242

2.链烯烃245

3.环烯烃250

4.无机共轭分子253

5.离域π键形成的条件和类型255

2-8 键级、自由价和分子图257

1.电荷密布258

2.键级259

3.自由价262

4.分子图及其应用263

2-9 缺电子分子和多中心键267

1.缺电子分子267

2.B2H6的双电子三中心键269

3.一些缺电子分子270

2-10 分子对称性274

1.对称元素和对称操作275

2.分子点群280

3.分子点群的确定290

4.分子对称性和分子的物理性质292

选讲教材：296

2-A.MO法和VB法的初步比较296

1.简单MO法和VB法的差异296

2.改进的MO法和VB法波函数的等价性299

2-B.分子轨道对称守恒原理和化学反应301

1.有机协同反应的实验规律301

2.前线轨道理论303

3.能量相关理论306

2-C.群表示简介和应用例310

1.原子轨道的变换和群的表示311

2.点群的不可约表示和特征标315

3.特征标表和群表示的几条性质319

4.群的应用示例321

思考题及习题326

本章主要参考书目329

第三章 配位场理论和络合物结构331

3-1 络合物结构理论发展简史331

1.络合物结构的早期理论331

2.维尔纳(Werner)的配位理论332

3.络合化化学键理论的发展332

3-2 络合物的价键理论334

1.电价配键334

2.共价配键335

3-3 晶体场理论340

1.d轨道能级的分裂341

2.d轨道中电子的排布--高自旋态和低自旋态346

3.晶体场稳定化能354

4.络合物畸变和姜-泰勒(Jahn-Teller)效应359

1.基本内容362

3-4 络合物的分子轨道理论362

2.不饱和烃络合物--π络合物的结构373

3.氮分子络合物的结构377

4.过渡金属的离子半径383

选讲教材：387

3-A.d轨道能级的分裂387

思考题及习题387

3-B.八面体络合物的分子轨道389

1.原子轨道的对称性分类390

2.配位体群轨道390

3.分子轨道和能级图394

本章主要参考书目399

1.分子光谱的分类及其所在的波段400

第四章 测定分子结构的实验方法400

4-1 分子光谱400

2.分子的转动光谱404

3.双原子分子的振动及振转光谱412

4.双原子分子中电子整体的运动状态与光谱项及其电子光谱422

4-2 分子的磁性和磁共振谱430

1.分子的磁性430

2.核磁共振(NMR)440

选讲教材：451

3.电子自旋共振(ESR)454

4-A.在玻恩-奥本敏默近似条件下双原子分子的核运动的薛定谔方程461

4-B.光电子能谱(简称PES)469

1.X光电子能谱(XPS)470

2.紫外光电子能谱(UPS)480

思考题及习题486

本章主要参考书目489

第五章 晶体结构490

5-1 晶体的特性与点阵结构490

1.晶体的特性490

2.晶体的点阵结构492

5-2 晶体学的基本规律与点阵理论498

1.晶面、晶棱定律与晶面交角守恒定律499

2.晶面符号与有理指数定律501

5-3 理想晶体与实际晶体、晶体的缺陷、非晶体504

5-4 晶体的宏观对称性、晶系和空间点阵型式510

1.晶体的宏观对称元素及其组合510

2.七个晶系和十四种空间点阵型式519

5-5 晶体的微观对称性523

1.微观对称元素和空间对称操作524

2.晶体结构中的对称元素及其国际记号526

3.晶体的微观对称类型--230个空间群简介529

5-6 X射线在晶体中的衍射529

5-7 衍射方向和晶胞参数532

1.劳埃(Laue)方程532

2.布拉格(Bragg)方程536

3.劳埃方程与布拉格方程的内在联系537

5-8 衍射强度与晶胞中原子的分布540

5-9 X射线结构分析中的几种方法544

1.单晶结构分析544

2.粉末法548

5-10 金属键和金属晶体558

1.金属键的能带理论558

2.金属的晶体结构和原子半径563

3.合金的结构568

5-11 离子键与离子晶体571

1.离子晶体的最简结构形式571

2.离子晶体的点阵能572

3.离子半径574

4.离子的极化578

5.结晶化学定律580

6.硅酸盐晶体结构简介582

5-12 共价型晶体591

1.共价键晶体的结构特征与一般性质591

2.典型共价晶体的主要结构类型593

3.晶体中原子的共价半径596

5-13 分子间作用力和分子型晶体596

1.分子间作用力及其对物质性质的影响596

2.原子和基团的范德华半径603

3.氢键和氢键型晶体605

4.分子型晶体608

5-14 混合键型晶体612

选讲教材：615

5-A.晶体的缺陷和畸变615

1.晶体缺陷的类型615

2.缺陷、畸变和杂质等对实际晶体的影响617

思考题及习题618

本章主要参考书目621

本书附录：622

1.一些基本的物理常数和单位换算622

2.？2算符的球极坐标变换622

3.积分Sob、Haa和Hab的计算624

4.化学上重要对称群的特征标表628