上篇 结构化学基础 3
第1章 量子力学基础 3
1.1 从经典力学到早期量子论 3
1.1.1 黑体辐射与能量量子化 3
1.1.2 光电效应与光量子化 4
1.1.3 原子光谱与轨道角动量量子化 5
1.2 量子力学的建立 7
1.2.1 实物微粒的波粒二象性 7
1.2.2 Schrodinger方程 9
1.2.3 波函数的概率解释 10
1.2.4 不确定原理 12
1.2.5 量子力学公设 14
1.3 阱中粒子的量子特征 22
1.3.1 一维无限深势阱中的粒子 22
1.3.2 三维无限深势阱中的粒子 26
习题 27
参考文献 31
第2章 原子结构 33
2.1 单电子原子的Schrodinger方程及其解 33
2.1.1 单电子原子Schrodinger方程的建立 33
2.1.2 坐标变换与变量分离 33
2.1.3 方程的求解：原子轨道与能级 35
2.1.4 virial定理与零点能 41
2.2 原子轨道和电子云的图形表示 42
2.2.1 作图对象与作图方法：三元函数的降维 42
2.2.2 轨道和电子云的径向部分与角度部分的对画图 44
2.2.3 轨道和电子云的等值面图与界面图：函数参数化 49
2.2.4 轨道和电子云的网格图：坐标参数化 51
2.2.5 电子云黑点图 52
2.2.6 原子轨道的宇称 53
2.3 量子数与可测物理量 53
2.3.1 算符与可测物理量 53
2.3.2 角动量的空间量子化 56
2.4 多电子原子的结构 58
2.4.1 多电子原子Schrodinger方程的近似求解 58
2.4.2 构造原理与Slater行列式 61
2.5 原子结构参数 63
2.5.1 电离能 63
2.5.2 电子亲和势 63
2.5.3 电负性 64
2.5.4 化学硬度 65
2.6 原子光谱项 65
2.6.1 组态与状态 65
2.6.2 L-S矢量耦合模型 66
2.6.3 原子光谱项和光谱支项的求法 67
2.6.4 基谱项的确定：Hund规则 71
2.6.5 跃迁选律 72
习题 75
参考文献 79
第3章 双原子分子结构与化学键理论 82
3.1 分子轨道理论 82
3.1.1 H＋ 2的Schrodinger方程与B.O.近似 83
3.1.2 变分原理及其证明 83
3.1.3 H＋ 2的Schrodinger方程的变分求解 85
3.1.4 共价键的本质 87
3.1.5 分子轨道理论要点 92
3.1.6 分子轨道的类型 94
3.1.7 双原子分子的价层轨道与电子组态 96
3.2 价键理论 102
3.2.1 H2的Schrodinger方程的变分求解 102
3.2.2 电子配对法的量子力学基础 103
3.2.3 原子轨道的杂化 105
3.3 双原子分子的光谱项 108
3.3.1 分子谱项及支项 108
3.3.2 非等价组态的谱项 109
3.3.3 等价组态的谱项 110
习题 111
参考文献 114
第4章 分子对称性与群论初步 117
4.1 对称性概念 117
4.2 分子的对称操作与对称元素 122
4.2.1 旋转与旋转轴 123
4.2.2 反映与镜面 124
4.2.3 反演与对称中心 124
4.2.4 旋转反映与映轴（旋转反演与反轴） 124
4.3 分子点群 125
4.3.1 单轴群 126
4.3.2 双面群 129
4.3.3 高阶群 132
4.3.4 无旋转轴群 136
4.3.5 确定分子点群的流程图 137
4.4 分子对称性与偶极矩、旋光性的关系 138
4.4.1 分子对称性与偶极矩 138
4.4.2 分子对称性与旋光性 139
4.5 群的表示与应用初步 143
4.5.1 群的概念 143
4.5.2 相似变换与共轭类 144
4.5.3 群的表示与特征标 144
4.5.4 群论在化学中的应用实例 149
习题 152
参考文献 156
第5章 多原子分子的结构与性质 159
5.1 非金属单质的结构化学：8—N法则 159
5.2 非共轭分子几何构型与VSEPR规则 162
5.3 共轭分子与SHMO法 164
5.3.1 丁二烯离域大π键的SHMO处理 164
5.3.2 直链和单环共轭体系本征值的图解法 167
5.3.3 分子图：π电子密度、π键级、自由价 168
5.3.4 共轭效应 170
5.4 饱和分子的正则轨道与定域轨道 173
5.5 缺电子分子的结构 177
5.5.1 缺电子原子化合物的三种类型 177
5.5.2 硼烷中的多中心键 178
5.5.3 金属烷基化合物中的多中心键 181
5.6 多原子分子的谱项 182
5.7 配位场理论 184
5.7.1 晶体场理论 184
5.7.2 配位场理论 187
5.7.3 T-S图与电子光谱 192
5.8 分子轨道对称性守恒原理 193
5.8.1 前线轨道理论 193
5.8.2 相关图理论 197
习题 201
参考文献 207
第6章 超分子化学简介 210
6.1 超分子的概念 210
6.2 分子间相互作用 211
6.2.1 van der Waals作用 211
6.2.2 氢键 212
6.2.3 π—π堆积作用 216
6.2.4 疏水效应 217
6.3 分子识别与自组装 217
6.3.1 分子识别 217
6.3.2 自组装 217
6.4 超分子实例 218
6.4.1 具有分形结构的树状大分子 219
6.4.2 杯芳烃／球碳配合物 219
6.4.3 球碳的超分子 220
6.4.4 卟啉类分子组装的人工天线系统 220
6.4.5 轮烷、索烃和纽结 220
6.4.6 超分子多面体和“分子胶囊” 221
6.5 晶体工程 223
习题 223
参考文献 225
第7章 晶体的点阵结构与X射线衍射法 227
7.1 晶体的性质与结构特征 227
7.2 现代科技中的晶体材料 229
7.3 晶体结构的周期性和点阵 230
7.3.1 结构基元与点阵 230
7.3.2 点阵单位和晶格 238
7.3.3 平移群 241
7.3.4 晶胞 242
7.4 晶体结构的对称性 244
7.4.1 晶体的对称操作和对称元素 244
7.4.2 32种晶体学点群 251
7.4.3 7种晶系和6种晶族 253
7.4.4 14种空间点阵型式 258
7.4.5 点阵点、直线点阵、平面点阵的指标 261
7.4.6 空间群 263
7.4.7 晶体对称性各种概念的相互关系 266
7.5 X射线衍射法 266
7.5.1 晶体对X射线的相干散射 267
7.5.2 衍射方向与晶胞参数 268
7.5.3 衍射强度与晶胞中原子的分布 272
7.5.4 多晶粉末衍射 275
7.6 实际晶体中的缺陷 278
7.6.1 固有点缺陷 278
7.6.2 杂质点缺陷 278
习题 279
参考文献 284
第8章 金属晶体与离子晶体的结构 286
8.1 金属单质的晶体结构 286
8.1.1 等径圆球最密堆积：A1，A3型结构 286
8.1.2 最密堆积结构中的空隙类型 290
8.1.3 非最密堆积结构 294
8.1.4 空间利用率 294
8.1.5 金属原子半径 297
8.2 离子晶体的结构和性质 298
8.2.1 离子键和晶格能 298
8.2.2 离子半径 302
8.2.3 离子半径比与配位数的关系 303
8.2.4 离子堆积与晶体结构 305
8.2.5 二元离子晶体的结晶化学规律 314
8.2.6 多元离子晶体的结晶化学规律：Pauling规则 314
8.2.7 硅酸盐的结构简介 317
8.2.8 钙钛矿型结构 321
8.2.9 离子极化效应 322
8.2.10 结晶化学定律与键型变异原理 323
习题 324
参考文献 329
下篇 结构化学选学 333
第9章 新型功能材料的结构简介 333
9.1 准晶态材料 333
9.2 高温超导材料 337
9.3 储氢合金 338
9.4 纳米材料 339
9.4.1 碳纳米管 340
9.4.2 氮化硼纳米管 343
9.4.3 单层石墨（石墨烯） 344
9.4.4 分子器件与分子机器 346
9.5 光子晶体 348
9.6 左手材料 349
习题 350
参考文献 352
第10章 结构分析原理 355
10.1 分子中的量子化能级 355
10.2 分子光谱 356
10.2.1 转动光谱 356
10.2.2 振动光谱 360
10.2.3 电子光谱 367
10.3 核磁共振谱 369
10.3.1 核自旋磁矩的量子化与核磁能级 369
10.3.2 核磁共振 371
10.3.3 化学位移 372
10.3.4 自旋耦合与自旋分裂 375
10.3.5 一级谱的简单规律性 376
10.4 光电子能谱 378
10.4.1 基本原理 378
10.4.2 仪器 382
10.4.3 紫外光电子能谱 382
10.4.4 X射线光电子能谱 384
10.4.5 Auger能谱 386
习题 387
参考文献 392
第11章 计算化学简介 395
11.1 量子化学计算基本原理 395
11.1.1 从头计算方法 395
11.1.2 本征方程的矩阵表述与厄米方阵对角化 395
11.1.3 HFR方程 397
11.1.4 计算方法 398
11.1.5 基组 400
11.2 三种基本的任务类型：SP，OPT，FREQ 402
11.2.1 Gaussian程序简介 402
11.2.2 分子几何构型的输入 403
11.2.3 分子势能面上的驻点 409
11.2.4 单点能量计算 409
11.2.5 分子几何构型优化 416
11.2.6 频率分析 420
11.3 HyperChem程序应用简介 424
11.3.1 概述 424
11.3.2 分子模型的构建 424
11.3.3 分子几何构型的优化 426
11.3.4 单点能计算 427
11.3.5 红外光谱的计算 429
11.3.6 电子光谱的计算 430
11.3.7 分子势能曲线的计算 432
11.3.8 生物大分子的构建 432
习题 434
参考文献 437
附录 439