第1章 量子力学基础 2
1.1 从经典力学到早期量子论 2
1.1.1 黑体辐射与能量量子化 2
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 8
1.2.1 实物粒子的波粒二象性 8
1.2.2 Schr？dinger方程 10
1.2.3 波函数的概率解释 12
1.2.4 不确定原理 13
1.2.5 量子力学公设 16
1.3 阱中粒子的量子特征 25
1.3.1 一维无限深势阱中的粒子 25
1.3.2 三维无限深势阱中的粒子 29
1.4 隧道效应 31
习题 32
参考文献 36
第2章 原子结构 38
2.1 单电子原子的Schr？dinger方程及其解 38
2.1.1 单电子原子Schr？dinger方程的建立 38
2.1.2 坐标变换与变量分离 39
2.1.3 方程的求解：原子轨道与能级 41
2.1.4 virial定理与零点能 46
2.2 原子轨道和电子云的图形表示 48
2.2.1 作图对象与作图方法：三元函数的降维 48
2.2.2 轨道和电子云的径向部分与角度部分的对画图 50
2.2.3 轨道和电子云的等值面图与界面图：函数参数化 55
2.2.4 轨道和电子云的网格图：坐标参数化 59
2.2.5 电子云黑点图 60
2.2.6 原子轨道的宇称 60
2.3 量子数与可测物理量 62
2.3.1 算符与可测物理量 62
2.3.2 角动量的空间量子化 65
2.4 多电子原子的结构 67
2.4.1 多电子原子Schr？dinger方程的近似求解 67
2.4.2 构造原理与Slater行列式 70
2.5 原子结构参数 73
2.5.1 电离能 73
2.5.2 电子亲和势 74
2.5.3 电负性 75
2.5.4 化学硬度 76
2.6 原子光谱项 77
2.6.1 组态与状态 77
2.6.2 L-S矢量耦合模型 78
2.6.3 原子光谱项和光谱支项的求法 79
2.6.4 基谱项的确定：Hund规则 83
2.6.5 跃迁选律 85
2.6.6 Zeeman效应 89
习题 90
参考文献 94
第3章 双原子分子结构与化学键理论 94
3.1 分子轨道理论 97
3.1.1 H2+的Schr？dinger方程与B．O．近似 98
3.1.2 变分原理及其证明 98
3.1.3 H2+的Schr？dinger方程的变分求解 101
3.1.4 共价键的本质 107
3.1.5 分子轨道理论要点 112
3.1.6 分子轨道的类型 115
3.1.7 双原子分子的价层轨道与电子组态 118
3.2 价键理论 127
3.2.1 H2的Schr？dinger方程的变分求解 127
3.2.2 电子配对法的量子力学基础 129
3.2.3 原子轨道的杂化 130
3.3 MO理论与VB理论的比较 135
3.4 双原子分子的光谱项 137
3.4.1 分子谱项及支项 137
3.4.2 非等价组态的谱项 139
3.4.3 等价组态的谱项 139
3.4.4 混合组态的谱项 140
3.4.5 分子谱项的宇称和反映对称性 140
习题 142
参考文献 146
第4章 分子对称性与群论初步 148
4.1 对称性概念 148
4.2 分子的对称操作与对称元素 151
4.2.1 旋转与旋转轴 152
4.2.2 反映与镜面 153
4.2.3 反演与对称中心 153
4.2.4 旋转反映与映轴（旋转反演与反轴） 154
4.3 分子点群 155
4.3.1 单轴群 156
4.3.2 双面群 160
4.3.3 高阶群 165
4.3.4 无旋转轴群 172
4.3.5 确定分子点群的流程图 174
4.4 分子对称性与偶极矩、旋光性的关系 174
4.4.1 分子对称性与偶极矩 175
4.4.2 分子对称性与旋光性 176
4.5 群的表示与应用初步 183
4.5.1 群的概念 184
4.5.2 相似变换与共轭类 184
4.5.3 群的表示与特征标 184
4.5.4 群论在化学中的应用实例 190
习题 196
参考文献 201
第5章 多原子分子的结构与性质 203
5.1 非金属单质的结构化学：8-N法则 203
5.2 非共轭分子几何构型与VSEPR规则 207
5.3 分子几何构型与Walsh规则 209
5.4 共轭分子与SHMO法 214
5.4.1 丁二烯离域大π键的SHMO处理 214
5.4.2 简并轨道的求解与等贡献规则 217
5.4.3 单环和直链共轭体系本征值的图解法 220
5.4.4 分子图：π电子密度、π键级、自由价 220
5.4.5 共轭效应 223
5.4.6 共轭分子在现代科技中的应用 225
5.4.7 超共轭效应 227
5.5 饱和分子的正则轨道与定域轨道 228
5.6 缺电子分子的结构 233
5.6.1 缺电子原子化合物的三种类型 233
5.6.2 硼烷中的多中心键 234
5.6.3 金属烷基化合物中的多中心键 239
5.7 等瓣类似性关系 240
5.7.1 等瓣类似性概念 240
5.7.2 八面体构型金属-配体碎片与有机碎片的等瓣类似性 241
5.7.3 其他构型的金属-配体碎片与有机碎片的等瓣类似性 245
5.7.4 各种配位的分子碎片的等瓣类似关系小结 247
5.7.5 等瓣类似性原理的应用实例 248
5.8 多原子分子的谱项 249
5.8.1 电子组态与分子谱项 249
5.8.2 荧光与磷光 252
5.9 配位场理论 256
5.9.1 晶体场理论 256
5.9.2 配位场理论 260
5.9.3 T-S图与电子光谱 263
5.10 分子轨道对称性守恒原理 264
5.10.1 前线轨道理论 264
5.10.2 相关图理论 269
习题 278
参考文献 284
第6章 超分子化学简介 286
6.1 超分子的概念 286
6.2 分子间相互作用 287
6.2.1 van der Waals作用 288
6.2.2 氢键 289
6.2.3 π-π堆积作用 295
6.2.4 疏水效应 296
6.3 分子识别与自组装 296
6.3.1 分子识别 296
6.3.2 自组装 297
6.3.3 模板效应 298
6.4 超分子实例 299
6.4.1 具有分形结构的树状大分子 299
6.4.2 杯芳烃／球碳配合物 301
6.4.3 球碳的超分子 302
6.4.4 卟啉类分子组装的人工天线系统 303
6.4.5 轮烷、索烃和纽结 303
6.4.6 超分子多面体和“分子胶囊” 305
6.4.7 超分子“架、梯、格、楼” 306
6.5 晶体工程 307
习题 308
参考文献 310
第7章 晶体的点阵结构与X射线衍射法 310
7.1 晶体的性质与结构特征 312
7.2 现代科技中的晶体材料 315
7.3 晶体结构的周期性和点阵 319
7.3.1 结构基元与点阵 319
7.3.2 点阵单位和晶格 333
7.3.3 平移群 336
7.3.4 晶胞 338
7.4 晶体结构的对称性 340
7.4.1 晶体的对称操作和对称元素 341
7.4.2 32种晶体学点群 351
7.4.3 7种晶系和6种晶族 355
7.4.4 14种空间点阵型式 360
7.4.5 点阵点、直线点阵、平面点阵的指标 366
7.4.6 空间群 370
7.4.7 晶体对称性各种概念的相互关系 378
7.5 X射线衍射法 379
7.5.1 晶体对X射线的相干散射 379
7.5.2 衍射方向与晶胞参数 381
7.5.3 衍射强度与晶胞中原子的分布 385
7.5.4 多晶粉末衍射 389
7.6 实际晶体中的缺陷 396
7.6.1 固有点缺陷 397
7.6.2 杂质点缺陷 397
习题 398
参考文献 402
第8章 金属晶体与离子晶体的结构 402
8.1 金属单质的晶体结构 405
8.1.1 等径圆球最密堆积：A1,A3型结构 405
8.1.2 最密堆积结构中的空隙类型 411
8.1.3 非最密堆积结构 414
8.1.4 空间利用率 415
8.1.5 金属原子半径 418
8.2 合金的结构 419
8.2.1 金属固溶体 419
8.2.2 金属化合物 420
8.2.3 间隙化合物与间隙固溶体 423
8.3 离子晶体的结构和性质 424
8.3.1 离子键和晶格能 424
8.3.2 离子半径 429
8.3.3 离子半径比与配位数的关系 430
8.3.4 离子堆积与晶体结构 434
8.3.5 二元离子晶体的结晶化学规律 443
8.3.6 多元离子晶体的结晶化学规律：Pauling规则 443
8.3.7 硅酸盐的结构简介 446
8.3.8 钙钛矿型结构 451
8.3.9 离子极化效应 452
8.3.10 结晶化学定律与键型变异原理 454
8.4 固体能带理论简介 455
8.4.1 近自由电子近似模型 455
8.4.2 紧束缚近似模型 459
习题 466
参考文献 471
第9章 新型功能材料的结构简介 473
9.1 液晶 473
9.1.1 液晶的结构特点与分类 473
9.1.2 液晶的应用 475
9.2 非晶态材料 476
9.2.1 非晶态固体及其结构特征 476
9.2.2 非晶态合金 477
9.2.3 非晶态半导体 477
9.3 准晶态材料 481
9.4 高温超导材料 486
9.5 新型合金材料 488
9.5.1 储氢合金 488
9.5.2 形状记忆合金 490
9.6 纳米材料 491
9.6.1 纳米材料 491
9.6.2 纳米材料的基本物理效应 493
9.6.3 球碳 493
9.6.4 碳纳米管 497
9.6.5 氮化硼纳米管 501
9.6.6 单层石墨 502
9.6.7 扫描探针显微技术 503
9.6.8 纳米材料在信息技术方面的应用 506
9.7 光子晶体 508
9.8 左手材料 510
9.9 仿生材料 511
习题 514
参考文献 516
第10章 结构分析原理 519
10.1 分子中的量子化能级 519
10.2 分子光谱 520
10.2.1 转动光谱 521
10.2.2 振动光谱 526
10.2.3 电子光谱 540
10.3 核磁共振谱 544
10.3.1 核自旋磁矩的量子化与核磁能级 544
10.3.2 核磁共振 546
10.3.3 化学位移 547
10.3.4 自旋耦合与自旋分裂 550
10.3.5 一级谱的简单规律性 552
10.4 电子自旋共振谱 554
10.4.1 电子自旋磁矩的量子化与自旋磁能级 554
10.4.2 电子自旋共振（顺磁共振） 556
10.4.3 自旋-轨道耦合 557
10.4.4 超精细结构 557
10.4.5 ESR谱的应用 560
10.5 光电子能谱 561
10.5.1 基本原理 562
10.5.2 仪器 565
10.5.3 紫外光电子能谱 566
10.5.4 X射线光电子能谱 568
10.5.5 Auger能谱 569
习题 571
参考文献 577
第11章 计算化学简介 580
11.1 量子化学计算基本原理 580
11.1.1 从头计算方法 580
11.1.2 本征方程的矩阵表述与厄米方阵对角化 581
11.1.3 HFR方程 583
11.1.4 计算方法 585
11.1.5 基组 587
11.2 三种基本的任务类型：SP、OPT、FREQ 589
11.2.1 Gaussian程序简介 589
11.2.2 分子几何构型的输入 590
11.2.3 分子势能面上的驻点 596
11.2.4 单点能量计算 597
11.2.5 分子几何构型优化 605
11.2.6 频率分析 609
11.3 Gaussian在科学研究中的应用 614
11.3.1 电子给体-电子受体之间的相互作用 614
11.3.2 双自由基损耗臭氧的机理研究 615
11.3.3 高精度能量模型：G2方法 616
11.3.4 IRC与反应途径 617
11.3.5 NMR化学位移的计算 618
11.3.6 溶液中的分子 618
11.3.7 分子间相互作用的计算 618
11.3.8 洋葱算法 619
11.4 HyperChem程序应用简介 619
11.4.1 概述 619
11.4.2 分子模型的构建 620
11.4.3 分子几何构型的优化 621
11.4.4 单点能计算 622
11.4.5 红外光谱的计算 623
11.4.6 电子光谱的计算 625
11.4.7 分子势能曲线的计算 627
11.4.8 生物大分子的构建 628
11.5 一些常用计算程序简介 629
11.5.1 材料模拟软件Materials Studio 629
11.5.2 纳米器件模拟软件ATK 631
11.5.3 计算机辅助药物设计软件Sybyl 631
习题 632
参考文献 635
第12章 结构信息与QSAR 638
12.1 结构与物性数据的采掘 638
12.1.1 QSAR中常用的结构参数及理论计算 639
12.1.2 Internet上的结构化学信息资源 642
12.2 2D-QSAR 647
12.2.1 多元线性回归 647
12.2.2 模式识别方法 648
12.2.3 人工神经网络 655
12.2.4 支持向量机简介 659
12.3 3D-QSAR:CoMFA和CoMSIA 659
12.4 3D以上的QSAR简介 663
习题 664
参考文献 667
附录A 669
附录B 习题参考答案选 681