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1量子理论和原子结构 1

1.1地球化学—自洽原子的历史 1

目录 1

1.2量子理论的早期阶段 2

1.2.1氢原子的卢瑟福—玻尔模型和“旧量子论”的三个假设 2

1.2.2氢原子轨道半径和能量计算 4

1.2.3原子结构和光谱；氢原子线光谱的计算 4

1.2.4光谱的精细结构和索末菲对玻尔理论的发展；量子数 7

1.3量子力学的基本方程——薛定谔方程 10

1.3.1物理基础 10

1.3.2薛定谔方程的推导 14

1.4.1薛定谔方程解的物理意义 19

1.4.2原子轨道的物理意义 19

1.4原子轨道（薛定谔方程的解） 19

1.4.3原子轨道的s、p、d、f分类 24

1.5轨道半径（薛定谔方程的解） 26

1.5.1关于多电子原子的电子结构计算 26

1.5.2轨道半径和原子波函数 28

1.6电子自旋 30

1.7电子组态和元素周期系 32

1.8谱项符号和原子态 36

1.8.1原子态的描述 36

1.8.2谱项符号 38

1.8.3从电子组态推导谱项 39

1.8.4自由原子能级和哈密顿算符 41

1.8.5原子光谱学与矿物、岩石和矿石的光谱化学分析；光谱学—宇宙化学一天 42

体物理学 42

2晶体场理论 44

2.1.1在晶体场中原子轨道的对称性；特征标和不可约表示的概念 45

2.1晶体场对原子轨道和谱项的作用 45

2.1.2不同点群对称类型的相关表 54

2.1.3与对称类型有关的选律 56

2.2晶体场中离子行为的三种类型：弱、中和强晶体场 59

2.3铁族：晶体场作用下谱项的分裂 61

2.3.1电子组态、谱项、立方场分裂（定性图） 61

2.3.2晶体场参量；Tanabe-Sugano图 64

2.3.3由于自旋轨道相互作用、Jahn-Te1ler效应和对称性降低造成的分裂 69

3分子轨道理论 75

3.1引言 75

3.2化学键的一般性理论；分子轨道法；价键法 78

3.2.1分子轨道的描述和分类 78

3.2.2分子轨道能量和系数的计算（以H2？分子离子为例） 84

3.2.3过渡金属和非过渡元素离子的八面体和四面体络合物的分子轨道计算 91

3.2.4价键法；杂化原子轨道 102

概念 106

3.3分子轨道体系的分析：从分子轨道获得的信息和化学键理论的基本 106

3.3.1分子轨道法中的库伦积分HAA—电离势—价态电离能（VSIE）；自洽性的 107

深刻含义；电负性 107

3.3.2原子轨道线性组合（LCAO）系数ci和电子布居数分析；化学键的离子一 112

共价性和有效电荷；化合价和电荷 112

3.4分子轨道法的进一步发展 120

3.4.1关于孤立原子团分子轨道计算的方法 120

3.4.2大原子团的分子轨道 121

3.4.3键轨道模型 122

4能带理论和矿物的反射光谱 122

4.1能带理论的基本原理和方法 123

4.1.1自由电子情况中的波矢量k 124

4.1.2能带理论的两种近似：近自由电子模型和紧束缚模型 125

4.1.3k空间和布里渊区的概念 126

4.1.4晶体中的轨道按对称类型的分类 128

4.1.5能带结构图 130

4.1.7能带结构计算方法 132

4.1.6能带的占据；态密度；费米面 132

4.2能带体系的分析和矿物的反射光谱 133

4.2.1本征吸收和反射光谱；测定的和计算的参数 134

4.2.2 NaCl—MgO—PbS的结构类型 135

4.2.3闪锌矿（立方ZnS）的结构类型 138

4.2.4纤锌矿（六方ZnS）的结构类型 138

4.2.5其它矿物的资料 139

5光谱学和化学键 140

5.1固体谱学概述和谱学参数 140

5.2从谱学观点看化学键的基本概念和主要参数 144

6.1光学吸收光谱参数 149

6.1.1光学跃迁能量的度量单位 149

6光学吸收光谱和矿物颜色的本质 149

6.1.2吸收强度 150

6.1.3漫反射光谱 154

6.2光学吸收光谱的类型和选律 155

6.3过渡金属离子光谱的分析和实验观测 159

6.4矿物颜色的本质 185

6.4.1矿物颜色的类型 185

7结构和化学键 188

7.1现代的固体化学键的描述和计算方法 188

7.1.1对于方英石和石英结构键轨道方法的推广 190

7.2离子晶体的晶格能 193

7.3晶格和、晶体场参数、谱学参数、晶体内的分布 199

7.4原子和离子半径、轨道半径和平均半径 206

7.4.1离子半径和分子轨道 207

7.4.2加和的离子半径和原子半径体系 210

7.4.4轨道半径 212

7.4.3加和性半径体系的评价 212

7.4.5原子大小的X射线实验测定和电子衍射测定 213

8某些矿物类和矿物族中的化学键 215

8.1固体中化学键复杂现象的各个方面 215

8.2硅酸盐中的化学键 217

8.2.1根据计算的分子轨道图对SiO4？-中化学键的描述 217

8.2.2依据X射线谱和化学分析用电子能谱（ESCA）确定SiO4？-的分子轨道图 217

8.2.3硅酸盐和铝硅酸盐中硅和铝的有效电荷 219

8.2.4二氧化硅同质多象变体：能带体系、键轨道模型以及电子结构和性质的计算 220

8.2.5硅酸盐晶体结构中的阳离子多面体 220

8.2.6根据电子顺磁共振（EPR）谱的超精细结构确定阳离子多面体中离子一共 221

价性的程度 221

8.2.7硅酸盐中的结构位置能、稳定能和内晶体场 222

8.2.9硅酸盐中核磁共振（NMR）参数的晶体化学涵义 223

8.2.10键长和键角的变化；桥式氧和非桥式氧 223

8.2.8硅酸盐矿物中铁的化学键状态和位置布居数在穆斯堡尔谱上的特征 223

8.2.11层状硅酸盐的层间键和表面能的计算 225

8.2.12地幔性质、高压谱学和硅酸盐的电子结构 226

8.3硫化物和有关化合物中的化学键 226

8.3.1硫化物及有关化合物中化学键的各个方面及理论概要 227

8.3.2硫化物中的能隙、晶体类型和光学跃迁类型；离子性和能带图 228

8.3.3过渡金属硫化物中M—M和M—S—M相互作用及其与性质和结构的关系 230

8.3.4依据穆斯堡尔谱参数确定硫化物中铁的态 234

8.3.5依据核四极共振（NQR）资料确定硫化物及As、Sb、Bi含硫盐中的极性和 235

施主—受主键 235

8.3.6从电子结构的观点看硫化物和有关化合物的结构特征 237

8.3.7关于硫化物中化学键资料的综述 241

8.4在其他的矿物类中化学键的特征 243

参考文献 247

索引 265

附录本书常见英文缩写及其意义 271