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第一章量子力学基础和氢原子的状态函数1

1-1 从经典力学到旧量子论1

1. 经典力学的适用范围1

2. 经典力学向高速领域的推广导向相对论力学1

3. 经典力学向微观领域的推广导向量子论2

4. 光能的不连续性——光电效应和光子学说3

5. 康普顿效应5

6. 原子能量的不连续性——氢原子光谱和玻尔理论6

7. 旧量子论的衰落10

1-2 从旧量子论到量子力学10

1. 光的二象性11

2. 实物粒子的波动性、德布罗意关系14

3. 测不准关系17

4. 量子力学的基本方程——薛定谔方程19

5. 实例——一维方势箱中的粒子22

1-3 氢原子或类氢离子的状态函数28

1. 氢原子或类氢离子的薛定谔方程28

2. 氢原子或类氢离子的基态28

3. 表示电子云几率分布的几种方法30

4. 氢原子或类氢离子的其他s态31

5. 氢原子或类氢离子的薛定谔方程的一般解31

6. 氢原子或类氢离子的波函数和电子云的图示37

7. 氢原子或类氢离子中电子的平均动能和平均势能43

8. 算符的初步概念46

参考书目48

问题与习题48

第二章原子的电子层结构和原子光谱51

2-1 原子单位制51

2-2 原子轨道52

1. 中心势场模型53

2. 自洽场方法55

3. 屏蔽常数的计算——改进的斯莱特法59

4. 轨道能量60

2-3 电子自旋和泡利原理69

1. 电子自旋69

2. 电子的等同性和泡利原理70

3. 哈特里-福克方程72

2-4 核外电子的配布和元素周斯表74

1. 核外电子配布的原则74

2. 原子的电子组态和元素周期表75

3. 离子的电子层结构80

2-5 原子的电离能、电子亲合能和电负性81

2-6 原子的量子数、能级图和原子光谱项88

1. 单电子原子的量子数88

2. 自旋-轨道相互作用90

3. 多电子原子的量子数92

4. 多电子原子中的剩余相互作用93

5. 原子光谱项94

6. 原子能级图和洪特规则98

2-7 原子光谱99

1. 原子光谱的选律100

2. 碱金属原子的光谱100

3. 原子光谱的超精细结构104

4. X射线光谱104

2-8 原子的磁矩和塞曼效应107

1. 电子的轨道磁矩107

2. 电子的自旋磁矩107

3. 单电子原子的磁矩107

4. 多电子原子的磁矩108

5. 塞曼效应109

6. 核自旋和核磁矩110

参考书目111

问题与习题112

第三章双原子分子的结构113

3-1 氢分子离子的近似解——线性变分法113

1. 氢分子离子的薛定谔方程113

2. 氢分子离子的线性变分法处理114

3. 氢分子离子的两种状态115

4. 氢分子离子的能量曲线117

5. 氢分子离子的波函数119

6. 氢分子离子的高级近似解121

7. 积分Sab、Haa和Hab的意义121

3-2 氢分子的结构124

1. 氢分子的薛定谔方程式和海特勒-伦敦解法124

2. 氢分子的波函数, 1∑g3∑u态128

3-3 价键理论和分子轨道理论要点129

1. 价键理论的要点130

2. 分子轨道理论的要点133

3. σ轨道与σ键136

4. π轨道与π键140

5. 分子轨道的符号141

6. 分子轨道和原子轨道的相关图141

3-4 同核双原子分子的结构145

1. 分子轨道的能级顺序145

2. 第二周期各元素的同核双原子分子的结构147

3-5 异核双原子分子的结构151

参考书目154

问题与习题154

第四章分子对称性与群论初步157

4-1 对称操作157

4-2 群的概念和点群161

1. 群的定义161

2. 点群162

3. 群的乘法表163

4. 子群、共轭类和群的同构165

4-3 群的表示和特征标166

1. n维矢量空间的线性变换166

2. 群的表示168

3. 不可约表示174

4. 特征标和特征标表174

5. 不可约表示的性质176

6. 波函数作为不可约表示的基178

7. 直积178

8. 对称性匹配函数和投影算符180

参考书目182

问题与习题182

第五章多原子分子的结构184

5-1 非共轭多原子分子的成键原理184

1.σ键的形成和原子的共价184

2.σ配键的形成186

3.π键的形成186

4. p→dπ配键的形成和无机含氧酸的结构188

5.δ键的形成189

5-2 非共轭多原子分子的几何构型——价层电子对互斥理论190

5-3 杂化轨道理论194

1. 杂化轨道理论的要点195

2. 原子轨道杂化的对称性要求199

3. sp杂化轨道及有关分子的结构202

4. sp2杂化轨道及有关分子的结构204

5. sp3杂化轨道及有关分子的结构205

6. 不等性的s-p杂化轨道及有关分子的结构206

7. 具有张力的分子210

8. d-s-p杂化轨道211

9. f-d-s-p杂化轨道216

5-4 非定域分子轨道217

5-5 缺电子分子的结构和原子簇的结构规则221

1. 缺电子原子的化合物221

2. 乙硼烷的结构和三中心双电子键223

3. 金属的甲基化合物225

4. 原子簇化合物226

5. 利普斯康关于硼烷结构的styx分析227

6. 惠特的三角多面体骨架电子对理论230

7. 唐敖庆关于硼烷结构的拓扑规则233

8. 唐敖庆关于过渡金属簇化合物的(9n-L)规则236

9. (nxcπ)结构规则237

参考书目237

问题与习题237

第六章共轭分子的结构239

6-1 休克尔分子轨道法239

1. 共轭体系与共轭效应239

2. 休克尔分子轨道法要点240

3. 休克尔分子轨道法应用实例241

4. 共轭直链多烯245

5. 共轭环多烯246

6. 含杂原子的共轭体系248

7. 无机共轭分子250

6-2 大π键的生成条件和类型251

1. 大π键的生成条件251

2. 大π键的分类251

3. 特种大π键和超共轭效应253

6-3 HMO法处理结果与共轭分子的性质间的关系254

1. 布居分析和分子图254

2. 共轭分子的静态性质与有机化合物的同系线性规律257

3. 共轭分子的化学性质260

6-4 分子轨道对称守恒原理264

1. 协同反应的选律264

2. 分子轨道对称守恒原理267

6-5 前线轨道理论272

1. 电环化反应273

2. σ键迁移反应273

6-6 HMO 法的改进与同系线性规律274

1. 同系物与HMO法的同系规律274

2. 同系线性规律275

3. HMO 法和同系线性规律的改进276

参考书目278

问题与习题278

第七章配位场理论和络合物的结构280

7-1 晶体场理论280

1. 晶体场模型281

2. 在化学环境中能级和谱项的分裂281

3. 微扰理论284

4. 弱场和强场287

5. d1组态289

6. d2组态的弱场方案处理292

7. d2组态的强场方案处理297

8. 能级图,△和B＇299

7-2 络合物的结构和性质303

1. 紫外-可见吸收光谱303

2. 络合物的磁性305

3. 立体化学308

4. 络合物的热力学和动力学性质310

7-3 分子轨道理论与配位场理论311

1. 分子轨道理论的要点311

2. 配位场理简介316

7-4 σ-π配键与有关络合物的结构316

1. 金属羰化物317

2. 金属亚硝酰络合物319

3. 金属的膦和胂络合物膦319

4. 分子氮络合物319

7-5 多原子π键络合物的结构320

1. 金属离子和不饱和烃类的络合物320

2. 金属夹心化合物322

参考书目325

问题与习题326

第八章原子价和分子结构小结328

8-1 原子价概念的发展328

1. 历史的回顾328

2. 原子价概念的分裂328

3. 氧化态的定义329

4. 氧化态规则330

5. 电中性原理331

6. 配位数的定义331

7. 泡令的原子价(共价)定义333

8. 原子价(共价)的量子化学定义334

9. 十八电子规则335

8-2 共价的定义和原子价规则336

1. 共价的新定义336

2. 原子价规则一:分子总价和键级的关系337

3. 原子价规则二:从结构式计算共价的规则337

4. 原了价规则三:共价与价轨道数及未成对电子数的关系339

5. 规则三的应用(一) 由元素在周期表中的位置预测反磁性化合物的共价342

6. 规则三的应用(二) 预测顺磁性络合物中未成对电子数Ns342

7. 规则三的应用(三) 固体化合物中原子的共价与磁矩344

8. 原子价规则四:配位数是共价与氧化态的平均值347

9. 原子价规则五:H,C,N,O,F五元素的共价不变性348

8-3 分子的分类和（nxcπ）结构规则350

1. 引言——对数以百万计的分子进行分类的必要性350

2. 分子由分子片所组成351

3. 配体的分类和决定配体价电子数的规则352

4. 分子片可按周期表形式排布353

5. 分子片的共价354

6. 广义的“八隅律”354

7. 分子的总价V和分子片之间的键级B355

8. 应用举例——由原子簇的分子式预测结构式356

9. 分子的结构类型和（nxcπ）数358

10. 结构类型与稳定性361

11. 分子片取代规则361

8-4 （nxcπ）结构规则的应用362

1. 分子结构类型的分类法362

2. 分子片取代规则的应用364

3. 预见新的原子簇化合物及其可能的合成途径366

问题与习题368

第九章分子光谱(一) 双原子分子光谱371

9-1 分子光谱概论371

9-2 双原子分子的转动光谱373

1. 一个例子——HCL的转动光谱373

2. 刚性转体模型374

3. 非刚性转体模型376

4. 研究转动光谱得到的结果377

9-3 双原子分子的振动-转动光谱377

1. 双原子分子的振动光谱377

2. 双原子分子的振动-转动光谱383

9-4 双原子分子的电子光谱385

1. 双原子分子的电子能级和选律385

2. 电子-振动光谱387

3. 电子-振动-转动光谱392

9-5 双原子分子的拉曼光谱394

1. 拉曼散射394

2. 异核双原子分子的拉曼光谱395

3. 同核双原子分子的拉曼光谱398

参考书目402

问题与习题403

第十章分子光谱(二) 多原子分子光谱404

10-1 多原子分子光谱概论404

1. 多原子分子光谱的分类404

2. 吸收定律、吸收曲线和振子强度404

3. 光谱选律406

10-2 紫外及可见吸收光谱408

1. 仪器408

2. 有机化合物的紫外及可见吸收光谱410

3. 紫外和可见吸收光谱的应用418

10-3 红外光谱和拉曼光谱420

1. 仪器420

2. 多原子分子的振动能级和振动光谱424

3.化学键的特征振动频率和键的力常数426

4.应用430

10-4 微波谱437

1. 一般介绍437

2. 多原子分子的转动能级和转动光谱438

3. 应用——斯塔克效应和偶极矩的测定441

参考书目443

问题与习题444

第十一章分子的电性、磁性、磁共振谱和光电子能谱446

11-1 偶极矩和分子结构446

1. 偶极矩和极化率446

2. 极化率和介电常数的关系——克劳修斯-莫索第-德拜方程448

3. 偶极矩测定法的原理450

4. 偶极矩和分子结构451

5. 摩尔折射度与分子结构455

11-2 磁化率和分子结构457

1. 磁化率及其测量457

2. 分子的磁矩459

3. 顺磁磁化率和分子结构462

4. 反磁磁化率和分子结构464

11-3 核磁共振谱465

1. 核磁矩和核磁共振465

2. 弛豫过程468

3. 核磁共振谱仪469

4. 化学位移470

5. 自旋偶合474

6. 核磁共振谱在化学中的应用477

7. 镧系位移试剂478

11-4 顺磁共振谱480

1. 顺磁共振的基本原理480

2. 顺磁共振谱仪481

3. 顺磁共振谱中的g因子、精细结构和超精细结构482

11-5 光电子能谱(PES)486

1. 仪器487

2. 紫外光电子能谱489

3. X射线光电子能谱494

4. 俄歇电子能谱497

参考书目499

问题与习题500

第十二章晶体的点阵结构和X射线衍射法503

12-1 晶体结构的周期性和点阵理论503

1. 晶体结构的周期性503

2. 点阵和平移504

3. 点阵、素单位、复单位和格子505

4. 点阵与晶体506

5. 表示晶面的记号和有关定律507

6. 7个晶系和14种空间点阵509

12-2 晶体的宏观对称性和32个点群510

1. 晶体的独立的宏观对称元素510

2. 晶体的32个点群511

3. 国际记号511

12-3 晶体的微观对称性和230个空间群513

1. 螺旋轴和滑移面514

2. 230个空间群516

12-4 晶体对X射线的衍射519

1. X射线的产生519

2. 晶体对X射线的相干散射519

3. 衍射方向和晶胞参数520

4. 衍射强度和晶胞中原子的分布523

12-5 X射线粉末法527

1. 粉末法原理527

2. 粉末法的应用528

12-6 测定气体分子结构的电子衍射法531

1. X射线衍射法与电子衍射法的比较531

2. 气体分子的衍射强度公式及其应用532

3. 电子衍射法测定气体分子几何结构的一些例子534

参考书目536

问题与习题537

第十三章金属键与金属晶体的结构539

13-1 金属的性质和金属键理论539

1. 金属的性质539

2. 金属键理论539

3. 金属中电子的运动541

13-2 金属单质的三种典型结构和石墨的结构547

1. 金属单质的三种黄型结构547

2. 金属原子半径549

3. 石墨的结构550

13-3 合金的结构550

1. 金属固溶体550

2. 金属互化物553

参考书目556

问题与习题556

第十四章离子键和离子型晶体的结构、离子极化和向共价型晶体的过渡558

14-1 点阵能与波恩-哈伯热化学循环558

14-2 点阵能的理论计算558

14-3 离子半径562

1. 哥希密特离子半径563

2. 泡令晶体半径564

3. 离子半径与配位数的关系564

4. 离子半径的规律性564

5. 离子的堆积规则565

14-4 离子极化565

1. 离子的极化率565

2. 离子极化对晶体键型的影响566

3. 离子极化和无机化合物的溶解度567

14-5 二元化合物的晶体结构569

1. AB型二元化合物569

2. AB2型二元化合物570

3. 二元化合物的演变结构572

14-6 硅酸盐晶体的结构与泡令规则572

1. 含有有限硅氧基团的硅酸盐晶体572

2. 链型硅酸盐573

3. 层型硅酸盐574

4. 泡令规则574

参考书目576

问题与习题576

第十五章范德华引力和氢键,分子型和氢键型的晶体结构578

15-1 范德华引力的本质578

1. 静电力(葛生力)578

2. 诱导力(德拜力)579

3. 色散力(伦敦力)580

4. 范德华引力中三种作用能所占的比例580

15-2 非金属单质的晶体结构581

15-3 分子型晶体的结构583

15-4 范德华引力与物质的物理化学性质的关系583

1. 范德华引力与物质的沸点和熔点583

2. 熵效应与熔点的关系585

3. 范德华引力与溶解度585

15-5 氢键的本质586

15-6 分子间氢键及分子内氢键和氢键型晶体591

1. 分子间氢键591

2. 分子内氢键594

15-7 氢键的形成对于化合物的物理和化学性质的影响595

1. 对沸点和熔点的影响595

2. 对溶解度、溶液密度和粘度的影响597

3. 对酸性的影响597

4. 对介电常数的影响598

5. 对红外光谱和拉曼光谱中O-H键或N-H键的特征振动频率的影响598

参考书目598

问题与习题598

附录1 常用物理常数表600

附录2 化学上重要的点群的特征标表601

附录3 何处查阅有关结构化学的数据611

附录4 结构化学中的常用缩写615

附录5 正交曲线坐标系617

附录6 氢分子离子的精确解及σ、π、δ轨道618

附录7 离子半径、共价半径、金属原子半径及范德华半径620

中外文人名对照628