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第一章量子力学基础1

第一节 量子力学实验基础与基本概念的引出1

一、能量量子化与光的波粒二象性1

二、实物粒子的波动性假设与实验证实4

三、德布罗意波的统计解释7

第二节 不确定关系8

一、不确定关系的表述8

二、应用9

第三节 量子力学的基本假设10

一、波函数11

二、力学量的算符表示14

三、量子力学的基本方程18

四、平均值假设19

五、全同性原理20

第四节 金属中自由电子的运动与能量量子化23

一、能量25

二、波函数26

第五节 关于量子力学基本理论的争论28

第六节 基本例题解29

习题31

第二章 原子的结构和性质32

第一节 类氢原子体系的薛定谔方程及解32

一、类氢原子体系的薛定谔方程32

二、分离变量法33

三、三个方程的求解与量子数34

四、类氢原子的波函数39

第二节 量子数的物理意义42

一、主量子数n42

二、角动量与角量子数l42

三、磁量子数m43

第三节 原子轨道和电子密度图形44

一、概述44

二、原子轨道与电子密度径向分布44

三、原子轨道角度分布与电子密度角度分布46

第四节 多电子原子51

一、氦原子的薛定谔方程51

二、中心力场近似52

三、屏蔽效应和钻穿效应54

四、原子体系的哈特里自洽场方法55

第五节 电子的自旋与自旋波函数57

一、斯特恩-格拉克实验57

二、乌仑贝克-古德斯米特电子自旋假设57

三、自旋与自旋在磁场方向分量的表达式58

四、自旋轨道与自旋波函数58

第六节 基态原子核外电子排布的原则59

一、泡利不相容原理59

二、能量最低原理59

三、洪德规则60

第七节 原子的量子态和光谱项60

一、多电子原子相互作用的分类61

二、电子组态与原子量子态62

三、原子光谱项64

第八节 原子电离能、电子亲和能和电负性68

一、原子电离能和电子亲和能的定义68

二、原子的电负性69

第九节 关于价电子的讨论73

一、电子在原子核周围有一个相对较大的活动空间73

二、库仑力是决定原子结构的主要作用力73

三、价电子层74

四、价电子的重要性75

第十节 基本例题解75

习题77

第三章 分子的对称性79

第一节 对称操作与对称元素79

一、旋转轴和旋转操作80

二、镜面和反映操作81

三、对称中心和反演操作82

四、象转轴和旋转反映操作82

第二节 分子点群83

一、群的数学定义83

二、对称操作群84

三、群的乘法表85

四、分子点群的分类86

五、分子点群的判别90

第三节 分子的对称性和分子偶极矩、旋光性的预测91

一、分子的偶极矩91

二、分子的旋光性92

第四节 群的表示初步93

一、对称操作的矩阵表示93

二、点群的表示94

三、特征标97

第五节 浅谈对称性98

一、晶体学与群论99

二、对称性与守恒定律99

三、全同多粒子体系交换对称性对波函数的限制99

四、分子轨道对称守恒原理100

五、未来的发展100

第六节 基本例题解100

习题101

第四章 分子轨道理论103

第一节 氢分子离子与变分法103

一、氢分子离子的薛定谔方程104

二、原子单位105

三、变分法简介105

四、用线性变分法求解H+2的薛定谔方程106

五、变分法处理H+2所得主要结果的分析108

第二节 简单分子轨道理论112

一、简单分子轨道理论的要点113

二、应用简单分子轨道理论处理H2的结果117

第三节 分子轨道的类型、符号和能级顺序119

一、类型和符号119

二、能级顺序120

第四节 双原子分子的结构和性质121

一、分子的电子组态与键级121

二、同核双原子分子122

三、异核双原子分子125

第五节 休克尔分子轨道法和共轭分子结构127

一、休克尔分子轨道法128

二、离域π键形成条件和类型137

三、离域效应139

四、超共轭效应140

第六节 前沿轨道理论与分子轨道对称守恒原理140

一、前沿轨道理论140

二、分子轨道对称守恒原理142

第七节 当前分子轨道理论的概况144

一、哈特里-福克-罗汤方程144

二、计算方法145

第八节 基本例题解146

习题148

第五章 价键理论150

第一节 海特勒-伦敦处理氢分子的结果150

一、海特勒-伦敦法解H2分子结构简介150

二、海特勒-伦敦法对氢分子形成共价键的认识156

第二节 价键理论的要点及对简单分子的应用156

一、价键理论的要点156

二、价键理论对简单分子的应用156

第三节 价键理论与简单分子轨道理论的比较157

一、理论比较157

二、实验检验159

第四节 杂化轨道理论159

一、杂化轨道理论要点159

二、等性杂化轨道的主要类型161

三、sp不等性杂化163

第五节 价电子对互斥理论164

一、VSEPR判断分子几何构型的规则164

二、应用VSEPR分析实例164

第六节 价键理论的发展166

一、价键理论的早期工作166

二、广义价键理论166

三、价键理论的新进展167

第七节 基本例题解167

习题169

第六章 配合物的化学键理论170

第一节 概述170

第二节 配合物的价键理论171

第三节 晶体场理论172

一、中心离子d轨道能级的分裂172

二、中心离子d电子的排布——高自旋态和低自旋态175

三、晶体场稳定化能176

四、扬-特勒效应177

第四节 配体场理论简介178

一、dl轨道能级在Oh场中的分裂178

二、dN原子谱项在配体场中的分裂181

第五节 配合物的分子轨道理论初步183

一、金属离子的原子轨道分组183

二、配体的σ群轨道183

三、π分子轨道185

第六节σ-π配键及有关配合物187

一、金属羰基配合物中的σ-π配键187

二、π配合物的σ-π配键188

三、金属夹心配合物188

第七节 配合物化学键理论简述189

一、价键理论189

二、晶体场理论190

三、配体场理论190

四、分子轨道理论190

第八节 基本例题解191

习题192

第七章 簇合物和团簇193

第一节 主族簇合物193

一、硼烷193

二、多面体碳烷200

第二节 过渡金属簇合物200

一、金属簇合物中的M—M键及其特征200

二、簇合物的十八电子规则和金属-金属键的键数202

三、过渡金属簇合物的分类203

第三节 团簇206

一、概述206

二、几种团簇介绍207

第四节 簇合物的催化作用209

一、金属簇催化209

二、团簇催化210

第五节 基本例题解210

习题212

第八章 分子的物理性质及次级键213

第一节 分子的电学性质213

一、偶极矩213

二、小分子的极化213

三、极化率与电容率的关系215

四、极化作用与频率的关系218

第二节 分子的磁学性质219

一、磁化率219

二、物质的磁性分类220

三、分子磁矩221

四、铁磁性、反铁磁性与亚铁磁性221

五、摩尔顺磁磁化率与磁矩的关系222

第三节 分子间作用力223

一、范德华力的组成224

二、兰纳-琼斯势226

三、分子间作用力对物质物理性质的影响227

四、原子的范德华半径与分子的大小和形状227

第四节 次级键229

一、氢键230

二、非金属原子间的次级键234

三、金属原子间的次级键234

四、分子间配键235

第五节 基本例题解235

习题236

第九章 结构分析方法简介238

第一节 分子光谱238

一、概述238

二、吸收光谱239

三、双原子分子的转动光谱241

四、双原子分子的振动光谱244

五、双原子分子的振动-转动光谱248

六、多原子分子的振动光谱250

七、红外光谱252

八、拉曼光谱简介255

九、紫外-可见光谱及其应用258

第二节 光电子能谱262

一、X射线光电子能谱263

二、紫外光电子能谱264

第三节 核磁共振265

一、核自旋265

二、核磁共振267

三、化学位移267

四、核磁共振谱示例269

第四节 基本例题解270

习题272

第十章 晶体的对称性与X射线衍射法275

第一节 晶体结构的周期性和点阵275

一、晶体的宏观通性275

二、晶体结构的周期性276

三、点阵276

四、14种空间点阵型式278

第二节 晶胞、晶棱和晶面280

一、晶胞和晶胞中微粒的位置280

二、晶面指标281

三、晶棱指标282

四、点阵与晶体之间的对应关系283

第三节 晶体的宏观对称性283

一、晶体的宏观对称元素与对称操作284

二、晶体的32种宏观对称类型286

三、七个晶系287

第四节 晶体的微观对称性288

一、平移轴与平移操作289

二、螺旋轴与螺旋旋转操作289

三、滑移面与滑移反映操作290

第五节 实际晶体的缺陷291

一、实际晶体与理想晶体291

二、实际晶体缺陷的种类291

三、单晶体、多晶体和微晶体293

第六节X射线晶体结构分析原理293

一、X射线的产生293

二、X射线衍射的基本原理294

三、晶体衍射方程294

四、X射线的衍射强度297

五、系统消光300

六、常用X射线衍射分析方法301

第七节 基本例题解308

习题309

第十一章 晶体结构与功能材料310

第一节 固体能带理论310

一、晶体中电子的波函数310

二、能带理论的基本原理与能带的种类312

三、能带理论的导出314

四、绝缘体、导体和半导体316

五、半导体的能带结构317

第二节 等径圆球的密堆积与最密堆积空隙318

一、等径圆球密堆积318

二、最密堆积空隙320

第三节 金属晶体321

一、金属键321

二、单质金属晶体的结构和金属原子半径322

三、合金的结构及性质323

第四节 离子晶体325

一、离子晶体的几种典型的结构形式326

二、点阵能的计算327

三、离子半径329

四、不等径圆球的堆积与多面体空隙331

五、离子堆积规律333

六、离子的极化335

第五节 离子晶体结构的鲍林规则与离子晶体举例336

一、鲍林规则336

二、离子晶体举例——尖晶石结构338

第六节 共价晶体与分子晶体339

一、共价晶体339

二、分子晶体339

第七节 功能材料晶体340

一、超导材料340

二、磁性材料341

三、有机非线性光学材料342

四、液晶高分子材料344

第八节 基本例题解346

习题347

部分习题参考答案349

主要参考文献355

附录356

附录1基本常数356

附录2能量单位换算356