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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n 42

二、角动量与角量子数l 42

三、磁量子数m 43

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