结构和物性 化学原理的应用PDF电子书下载

绪言 1

第1章 原子结构和元素周期性质 2

1.1 原子和元素 2

思考与探索 关于“原子量”和“分子量” 5

1.2 微观粒子运动的描述方法和量子效应 6

1.3 氢原子的结构 8

1.3.1 单电子原子的Schr？dinger方程及其解 9

1.3.2 量子数的物理意义 10

1.3.3 波函数和电子云的图形 12

1.4 多电子原子结构 14

1.4.1 屏蔽效应和穿透效应 14

1.4.2 基态原子的电子排布 15

1.5 元素周期表 16

1.6 元素性质的周期性 19

1.6.1 原子的电离能 19

1.6.2 原子的电子亲和能 20

1.6.3 原子的电负性 21

1.7 相对论效应对元素周期性质的影响 24

1.8 化合物中元素的周期性质 31

1.8.1 化合物中元素的氧化态 31

1.8.2 从周期表看化合物的性质 33

1.8.3 过渡金属元素化学性质的变化规律 33

1.9 原子光谱和电子能谱的应用 34

1.9.1 原子光谱 34

1.9.2 电子能谱 35

习题 38

第2章 共价键和分子结构 40

2.1 物质的性质和化学键类型 40

2.2 H2+的结构和共价键的本质 43

2.2.1 H2+的Schr？dinger方程及其解 43

2.2.2 共价键的本质 46

2.3 价键理论和分子轨道理论 47

2.3.1 价键理论 47

2.3.2 分子轨道理论 48

2.3.3 分子轨道的分布特点和分类 49

2.4 双原子分子的结构和性质 52

2.4.1 同核双原子分子 52

2.4.2 异核双原子分子 55

2.5 多原子分子的结构和表示法 56

2.5.1 分子的构型和构象 56

2.5.2 分子的点电子结构式 57

2.5.3 价电子对互斥理论 58

2.5.4 等电子原理 60

2.5.5 杂化轨道理论 61

2.6 共轭分子中的离域π键 62

2.6.1 共轭分子及其形成条件 62

2.6.2 共轭效应及其对物质性质的影响 63

2.7 配位键 64

2.7.1 配位键的成键形式 64

2.7.2 配位化合物的构型 66

思考与探索 贝壳是怎样长大的？ 68

2.8 分子的对称性 69

2.8.1 对称操作和对称元素 70

2.8.2 分子的点群 74

思考与探索 对称性在文学中的内涵 75

2.9 原子的共价半径和共价键键长 76

2.10 氢键 78

2.10.1 氢键的成键类型 78

2.10.2 氢键的形成和物质的性能 79

思考与探索 H3N—BH3分子间是什么作用力？ 81

2.11 分子间作用力 81

2.11.1 概述 81

2.11.2 van der Waals力 83

2.11.3 分子识别、超分子和有序高级结构 85

2.12 分子的大小和形状 86

2.12.1 van der Waals半径 86

2.12.2 分子大小的估算 88

习题 90

第3章 氢和氧的化学 93

3.1 氢 93

3.1.1 氢的分布和同位素 93

3.1.2 氢的成键类型 94

3.1.3 氢气的性质和制备 96

3.2 氧 97

3.2.1 氧的分布和性质 97

3.2.2 氧的成键特征和氧化物 98

3.3 水的结构和性质 101

3.3.1 水分子和冰的结构 102

3.3.2 水的性质 103

3.3.3 液态水的结构模型 106

思考与探索 水：一辈子也探索不尽的课题 108

3.4 溶液 109

3.4.1 溶液浓度表示法 109

3.4.2 溶解度 110

3.4.3 溶度积常数 111

3.5 酸和碱 112

3.5.1 酸和碱的定义与常用的酸和碱 112

思考与探索 氟的化学性质像菜刀：一边锋利，一边很钝 114

3.5.2 水溶液中酸碱强弱的表示 115

3.5.3 酸碱强度的估计 116

3.5.4 缓冲溶液 117

3.6 氧化还原反应 119

3.6.1 氧化反应和还原反应 119

3.6.2 电极电势及其应用 120

3.6.3 氧化还原平衡 121

习题 122

第4章 碳和氮的化学 124

4.1 碳 124

4.1.1 碳的三种同素异构体 124

思考与探索 石墨转变为金刚石的微观结构根据 127

4.1.2 三族有机化合物的结构特征 128

4.1.3 碳的同位素 129

4.2 氮 130

4.2.1 氮的分布和性质 130

4.2.2 氨和铵盐 131

4.2.3 氮的氧化物和含氧酸 132

4.2.4 1992年明星分子：NO 135

4.3 官能团和有机化合物分类 138

4.4 手性药物 142

4.4.1 手性和旋光性 142

4.4.2 手性药物分子 145

思考与探索 中药青蒿素的研究和应用 147

4.5 生物化学（1） 148

4.5.1 人体中的元素 148

4.5.2 糖类 149

思考与探索 糖类化合物是否可不再用其他名称？ 152

4.5.3 油脂 153

4.6 生物化学（2） 154

4.6.1 氨基酸和蛋白质 154

4.6.2 核酸 158

思考与探索 左旋DNA双螺旋存在吗？ 161

4.6.3 酶 161

习题 163

第5章 能源化学 164

5.1 能源和能源的利用 164

5.1.1 能源化学面临的问题 164

5.1.2 能源的利用和热力学函数 165

思考与探索 学习企鹅高效利用能量 168

5.2 化学能 169

5.2.1 化学能和键能 169

5.2.2 反应热和反应性质 171

5.3 氢能和核能 172

5.3.1 氢能源 172

5.3.2 核能 175

5.4 石油 178

5.4.1 石油的炼制 178

5.4.2 石油化工 181

5.4.3 催化反应和催化剂 182

5.5 煤炭 184

5.5.1 煤的组成和结构 184

5.5.2 煤的综合利用 186

5.6 天然气和可燃冰 187

5.6.1 天然气 188

5.6.2 可燃冰 188

思考与探索 百慕大三角的“魔鬼” 189

5.7 电池 190

5.7.1 常用的干电池和蓄电池 191

5.7.2 燃料电池 193

5.7.3 金属腐蚀的微电池机理 195

习题 196

第6章 环境化学 198

6.1 环境问题和绿色化学 198

思考与探索 白色污染怎样防治？ 201

6.2 水的环境化学 201

6.2.1 水的质量和分布 201

6.2.2 硬水和海水的处理和利用 202

6.2.3 水体的污染 204

6.2.4 污水治理 206

6.3 大气化学 208

6.3.1 大气圈概况 208

6.3.2 大气污染物 210

6.3.3 大气环境问题 212

6.3.4 臭氧层的损耗 214

6.4 环境与资源保护 217

思考与探索 从“蝶恋花”看化学信息物的作用 218

思考与探索 落叶和枯草的处理和利用 219

习题 220

第7章 界面化学 222

7.1 水溶液的表面化学 222

7.1.1 水溶液的表面张力 222

7.1.2 表面活性剂 223

7.1.3 疏水效应 226

7.2 固-气表面化学 227

7.2.1 固体表面的结构 227

7.2.2 固体表面吸附 229

7.2.3 合成氨反应过程的催化机理 231

7.3 固-液和固-固界面化学 232

7.3.1 固体表面的润湿性能 232

7.3.2 钎焊：铝材的焊接 233

7.3.3 氧化物和盐类在载体表面自发单层分散 235

7.4 纳米材料和纳米技术 237

7.4.1 纳米材料 237

7.4.2 扫描探针显微技术 237

7.5 膜的化学 240

7.5.1 分离功能膜 240

7.5.2 生物功能膜 241

7.5.3 能量转化功能膜 242

7.5.4 膜电位和离子选择电极 243

习题 245

第8章 晶体的结构和性质 246

8.1 晶体结构的周期性和点阵 246

8.1.1 晶胞和点阵 246

8.1.2 点阵点、直线点阵和平面点阵的标记 250

8.2 晶体结构的对称性 252

8.2.1 晶体结构的对称元素 252

8.2.2 晶系和晶族 253

8.2.3 晶体学点群 255

8.2.4 空间点阵型式 257

8.3 晶体的结构和晶体的物理性质 258

8.3.1 晶体的通性 258

8.3.2 晶体的点群和晶体的物理性质 259

8.4 晶体缺陷 262

8.5 人工晶体和晶体生长 263

8.5.1 人工晶体 263

8.5.2 晶体生长 264

思考与探索 晶体生长的大小有没有限度？ 266

8.6 准晶和液晶 267

8.6.1 准晶 267

8.6.2 液晶 268

习题 270

第9章 金属材料 272

9.1 金属材料的发展和分类 272

思考与探索 从铜牛看金属材料的应用 274

9.2 金属键和金属的通性 274

9.3 金属单质的晶体结构 278

9.3.1 等径圆球的堆积 278

9.3.2 金属单质的结构和金属原子半径 284

思考与探索 什么效应使晶体保持长周期的结构？ 285

9.3.3 镧系收缩及其对元素周期性质的影响 286

9.4 钢铁 288

9.4.1 钢铁的冶炼 288

9.4.2 钢铁的相组成和钢铁的性能 289

9.5 新型金属材料 292

9.5.1 非晶态合金 292

9.5.2 形状记忆合金 294

思考与探索 补牙为什么用汞齐合金？ 295

习题 296

第10章 无机非金属材料 298

10.1 离子键和点阵能 298

10.2 离子晶体的结构和性质 301

10.2.1 常见的离子晶体结构 301

10.2.2 影响离子晶体结构的因素 305

10.2.3 离子半径 306

10.3 室温下液态离子化合物 309

10.4 硅酸盐材料 311

10.4.1 硅酸盐结构的特点 311

10.4.2 石英 313

思考与探索 水晶文化的联想 316

10.4.3 水泥 317

思考与探索 水泥的历史应超过两千多年 317

10.4.4 沸石分子筛 318

10.5 玻璃和陶瓷 320

10.5.1 玻璃 320

10.5.2 陶瓷 323

习题 325

第11章 磁性材料 327

11.1 物质磁性的起源 327

11.2 配合物中金属原子的未成对电子数 329

11.3 物质磁性的分类 333

11.4 磁性材料的类别和应用 340

11.4.1 永磁材料 340

11.4.2 软磁材料 342

11.4.3 磁信息材料和特种磁性材料 343

习题 344

第12章 光学材料 346

12.1 光和颜色 346

12.1.1 光和颜色的关系 346

12.1.2 颜色的起因 347

思考与探索 天上的佛光和地上的佛像是怎样形成的？ 348

12.2 发色的化学机理和色料 349

12.2.1 原子激发和分子振动 349

12.2.2 过渡金属原子的能级在配位场中的变化 350

12.2.3 共轭效应和有机染料 351

12.2.4 电荷转移效应和颜料 353

12.2.5 电子在固体能带间跃迁产生颜色 355

12.2.6 变色材料 356

思考与探索 火焰山的“火焰”是怎样形成的？ 358

12.3 发光材料 359

12.3.1 概述 359

12.3.2 发光材料基质的晶体结构 361

12.3.3 发光材料的应用 364

12.4 非线性光学晶体 367

习题 370

第13章 电学材料 372

13.1 物质的结构和导电性能 372

13.1.1 能带结构和电导 372

13.1.2 离域π键和非金属导体 373

13.1.3 离子晶体缺陷和电导 374

13.2 半导体材料 375

13.2.1 本征半导体和掺杂半导体 375

13.2.2 p-n结及其应用 378

13.3 超导材料 378

13.4 固体离子导体 382

13.4.1 α-AgI 383

13.4.2 β-氧化铝 385

13.4.3 固体氧离子导体 386

13.5 压电材料 387

13.6 铁电材料 389

习题 392

第14章 合成高分子材料 394

14.1 高分子材料的发展、合成和结构特点 394

14.1.1 高分子工业的发展 394

14.1.2 高分子的合成——聚合反应 395

14.1.3 高分子的结构特点 398

14.2 功能高分子材料 399

14.2.1 医用高分子材料 400

14.2.2 导电高分子材料 401

14.2.3 高吸水性高分子材料 401

14.3 热塑性高分子材料 403

14.3.1 塑料和纤维 403

14.3.2 若干热塑性高分子的结构、性质和应用 405

思考与探索 富有弹力的聚氨酯的应用 410

14.4 热固性高分子材料 410

14.5 弹性体高分子材料 412

14.6 复合材料 415

习题 417

思考与探索 小荷才露尖尖角——对读者的期望 418

附录 419

附录Ⅰ 参考文献 419

附录Ⅱ 单位、物理常数和换算因子 421

附录Ⅲ 部分习题答案 424

索引（按汉字笔画排列） 429