矿物物理学概论PDF电子书下载

第一章 理论准备 1

第一节 量子力学的基本原理 1

一、微观粒子的波粒二象性 1

二、波函数的统计解释和态叠加原理 1

三、Schr？dinger（薛定谔）方程 2

四、力学量的算符表示 3

五、表象理论 7

六、氢原子和类氢离子 11

七、电子自旋和Pauli（泡利）不相容原理 17

八、量子力学的近似方法——微扰法和变分法 18

九、多电子原子和中心场近似 21

十、原子中的磁相互作用 30

一、定义 32

第二节 群论初步 32

二、群的矩阵表示 34

三、正交关系 35

四、特征标 36

五、表示的直积 37

六、群表示论在量子力学中的某些应用 37

第二章 配位场理论 41

第一节 晶体场势 41

第二节 dl和dy组态的晶体场分裂 44

一、立方场中的晶体场分裂 44

二、低对称场中的晶体场分裂 46

第三节 多电子问题——弱场图象 48

一、在点群对称环境中自由离子谱项的分裂 48

二、对称群不可约表示的基函数 49

三、能量的计算 49

一、强场组态与强场项 53

第四节 多电子问题——强场图象 53

二、强场波函数 54

三、微扰能 57

第五节 矿物中过渡金属离子的晶体场谱 59

一、刚玉中V3+（d2组态）的吸收光谱 59

二、高自旋Mn2+和Fe3+（d5组态）的晶体场谱 60

三、Cr3+（d3组态）的晶体场跃迁 61

四、Fe2+（d6组态）的晶体场谱 62

第六节 过渡金属离子电子顺磁共振谱（EPR）的配位场解释 64

一、自旋Hamilton（哈密顿）算符 64

二、自旋Hamilton参量的计算 67

第七节 57Fe的M？ssbauer谱中的核四极距分裂 70

一、核四极矩相互作用 70

二、电场梯度（EFG）张量 71

第八节 晶体场稳定能与过渡金属化合物的晶体化学和热力学性质 73

一、分子轨道理论中常用的近似方法 76

第三章 分子轨道理论 76

第一节 分子轨道理论的基本原理 76

二、分子轨道理论的基本假设 78

三、原子轨道的线性组合 79

四、分子轨道的特点 81

五、氢分子离子 83

第二节 Hartree-Fock-Roothaan（HFR，哈特里-福克-罗特汉）方程 87

一、Hartree近似和Hsrtree自洽场方程 88

二、Hartree-Fock（HF）方程 88

三、闭壳层分子的Roothaan方程 90

四、开壳层分子的HFR方程 92

五、电离能、电荷密度、键级和离解能 93

第三节 分子轨道理论的计算方法 95

一、从头计算（ab initio）方法 95

二、EHMO法 97

三、CNDO法、INDO法和NDDO法 98

四、Xa法 101

第四节 分子轨道理论的矿物学应用 104

一、硅酸盐和石英族矿物的分子轨道理论研究 104

二、硫化物矿物的分子轨道理论研究 109

三、其他矿物的分子轨道理论研究 112

第四章 固体能带理论初步 115

第一节 引言 115

第二节 晶体的平移对称性和Bloch（布洛赫）定理 116

第三节 倒易格子和Brillouin（布里渊）区 118

一、倒易格子 118

二、Brillouin区 119

第四节 自由电子近似和弱束缚近似 120

一、自由电子近似（一维情况） 121

二、弱束缚近似（一维情况） 123

三、弱束缚近似（二维和三维情况） 127

第五节 紧束缚近似 128

第六节 晶体中的电子跃迁 131

第五章 原子外层电子能级的矿物谱学 134

第一节 矿物吸收光谱学 134

一、吸收光谱的基本原理 135

二、吸收光谱仪器 139

三、吸收光谱在矿物学中的应用 141

第二节 矿物反射光谱学 148

一、反射光谱的基本原理 148

二、反射光谱和矿物光性特征、颜色指数 152

三、反射光谱光学参数的色散关系和调制反射光谱 156

四、反射光谱测量装置和测量用标样 158

五、反射光谱在矿物学中的应用 158

一、发光光谱的基本概念 164

二、矿物发光机制 164

第三节 矿物发光光谱学（LS） 164

三、矿物发光分类 168

四、发光光谱的测量装置 169

五、发光光谱在矿物学和地质学中的应用 172

第四节 矿物电子顺磁共振谱学（EPR） 181

一、电子顺磁共振的基本原理 181

二、电子顺磁共振谱仪 189

三、电子顺磁共振谱在矿物学中的应用 190

第六章 原子内层电子能级的矿物谱学——X射线矿物谱学 199

第一节 矿物X射线发射谱学（XES） 199

一、X射线发射谱的基本原理 199

二、X射线发射谱在矿物学中的应用 203

第二节 矿物X射线吸收谱学（XAS） 205

一、X射线吸收谱的基本原理 205

二、外延X射线吸收精细结构谱（EXAFS） 208

四、X射线吸收谱用于矿物和玻璃的研究 210

三、X射线吸收谱仪 210

第三节 矿物光电子能谱学（PES） 213

一、光电子能谱的基本原理 213

二、光电子能谱仪 219

三、光电子能谱在矿物学中的应用 220

第四节 矿物Auger电子谱学（AES） 223

一、Auger电子谱的基本原理 223

二、Auger电子谱在矿物研究中的应用 228

第七章 原子核能级的矿物谱学 231

第一节 矿物核磁共振谱学（NMR） 231

一、核磁共振原理 231

二、宽谱线核磁共振的实验装置 237

三、宽谱线核磁共振在矿物学中的应用 238

四、固体高分辨核磁共振在矿物学中的应用 241

一、核四极矩共振谱的基本原理 244

第二节 矿物核四极矩共振谱学（NQR） 244

二、核四极矩共振谱的实验观测 246

三、核四极矩共振谱在矿物研究中的应用 247

第三节 矿物M？sbauer谱学 248

一、M？ssbauer谱的基本原理 248

二、M？ssbauer谱仪 255

三、M？ssbauer谱在矿物学中的应用 255

第八章 矿物振动光谱学 263

第一节 矿物红外光谱学（IR） 263

一、双原子分子的简正振动模式 263

二、多原子分子的简正振动模式 265

三、红外光谱的选择定则 267

四、红外光谱测试的方法 268

五、红外光谱在矿物学中的应用 270

一、Raman光谱的基本原理 273

第二节 矿物Raman光谱学 273

二、Raman散射的经典理论 275

三、Raman散射的选择定则 275

四、退偏振比 276

五、共振Raman光谱 277

六、非线性Raman效应 277

七、Raman光谱的实验技术 278

八、Raman技术的新发展 279

九、矿物的Raman光谱研究 280

第九章 晶格动力学和矿物热物理性质的研究 292

第一节 晶格动力学简述 292

一、一维晶格振动的分析 293

二、一维复式晶格振动的分析 295

三、声子 297

四、声子色散曲线的测定 298

二、热导率的测量方法 299

第二节 矿物的热传导 299

一、热传导的基本原理 299

三、矿物热传导性能研究的某些进展 301

第三节 矿物的热膨胀 307

一、热膨胀的基本概念 307

二、固体热膨胀的测量方法 309

三、热膨胀与键型、配位数及熔点的关系 312

四、矿物的热膨胀研究 313

第四节 矿物的热辐射 317

一、热辐射的本质 317

二、热辐射的基本定律 318

三、矿物热发射率测试方法概述 320

四、矿物热发射率的研究 321

第一节 基本原理 326

一、主要电学参数 326

第十章 矿物的电学性质 326

二、电荷传递机制和电极化作用 327

三、去极化场 330

四、介质损耗 330

五、极化弛豫 332

六、动态介电常数 333

第二节 矿物电学性质的测量方法 335

第三节 矿物的电阻率 337

第四节 矿物的介电性质 338

一、概述 338

二、影响矿物介电特性的因素 338

第五节 温度和压力对矿物电学性质的影响 349

一、温度和压力对矿物电阻率的影响 349

二、FeO、Al2O3和Fe2O3 349

二、温度和压力对矿物介电常数的影响 351

第六节 研究矿物电学性质的意义 353

一、理论意义 354

三、在微波遥感和雷达探测中的作用 354

二、在材料科学研究中的作用 354

四、在地质学和地球物理学中的作用 356

第十一章 Grüneisen状态方程与高压下物质的熔融关系 358

第一节 Grüneisen关系 358

第二节 状态方程的Debye（德拜）近似 360

第三节 熔融方程 362

一、Lindemann（林德曼）熔融方程 362

二、Simon熔融方程 363

第四节 Grüneisen参量与弹性参数的关系 365

第五节 绝热过程 367

第六节 Grüneisen值的测量 368

一、某些流体的Grüneisen参量和压力的关系 368

二、某些金属的Grüneisen参量在高压下的行为 369

一、金、银、铜的高压熔融 370

第七节 某些金属和合金的高压熔融 370

二、Ⅷ族金属的熔融曲线 372

三、某些合金的高压熔融 373

第八节 硅酸盐矿物的高压熔融 373

一、钠长石和透辉石的高压熔融 373

二、铁橄榄石的高压熔融 375

三、镁橄榄石的高压熔融 376

四、镁铝榴石的高压熔融 377

五、铁橄榄石-正铁辉石体系的高压熔融 378

六、镁铝榴石-镁橄榄石体系的高压熔融 378

第九节 硅酸盐岩石的高压熔融 379

一、深海玄武岩的高压熔融 379

二、橄榄岩包裹体的高压熔融 380

第十节 部分熔融程度与压力、组分的关系 382

一、基础概念 385

第十二章 高压下的矿物相变 385

第一节 相变过程的热力学关系 385

二、热力学关系 386

第二节 实验研究方法 389

第三节 主要氧化物的高压相变 393

一、MgO和CaO 393

三、SiO2 396

第四节 主要硅酸盐的高压相变 399

一、正长石和其他含钾铝硅酸盐 399

二、钠长石和其他含钠铝硅酸盐 400

三、镁铝榴石和铁铝榴石 402

四、辉石 403

五、橄榄石 407

一、地球内部温度的估算 409

第一节 与地幔热物理有关的参量及其相互关系 409

第十三章 地幔热物理和热模式 409

二、热膨胀的Grüneisen关系 411

三、地幔电导率与温度的关系 412

第二节 地幔的热传导机制 415

一、声子热传导 416

二、光子的辐射热传导 416

三、激子热传导 417

四、电子热传导 418

第三节 热传导方程和岩石圈热模式 418

附录 对称群的特征标表 421

参考文献 435

索引 465

后记 475