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第1章 量子力学基础知识 1

1.1微观粒子的运动特征 1

1.1.1黑体辐射和能量量子化 1

1.1.2光电效应和光子学说 2

1.1.3实物微粒的波粒二象性 4

1.1.4不确定度关系 6

1.2量子力学基本假设 8

1.2.1波函数和微观粒子的状态 8

1.2.2物理量和算符 10

1.2.3本征态、本征值和 Schrodinger方程 11

1.2.4态叠加原理 13

1.2.5 Pauli（泡利）原理 14

1.3箱中粒子的Schrodinger方程及其解 15

1.3.1箱中粒子 15

1.3.2隧道效应和扫描隧道显微镜 20

习题 21

参考文献 23

第2章 原子的结构和性质 24

2.1单电子原子的Schrodinger方程及其解 26

2.1.1单电子原子的Schrodinger方程 26

2.1.2变数分离法 27

2.1.3 Φ方程的解 28

2.1.4单电子原子的波函数 30

2.2量子数的物理意义 31

2.3波函数和电子云的图形 34

2.3.1 ？-r图和？2-r图 34

2.3.2径向分布图 35

2.3.3原子轨道等值线图 37

2.3.4 f轨道轮廓图 40

2.4多电子原子的结构 41

2.4.1多电子原子的Schrodinger方程及其近似解 41

2.4.2单电子原子轨道能和电子结合能 43

2.4.3基态原子的电子排布 47

2.5元素周期表与元素周期性质 48

2.5.1元素周期表 48

2.5.2原子结构参数 51

2.5.3原子的电离能 51

2.5.4电子亲和能 53

2.5.5电负性 54

2.5.6相对论效应对元素周期性质的影响 55

2.6原子光谱 58

2.6.1原子光谱和光谱项 58

2.6.2电子的状态和原子的能态 59

2.6.3单电子原子的光谱项和原子光谱 60

2.6.4多电子原子的光谱项 63

2.6.5原子光谱的应用 67

习题 69

参考文献 71

第3章 共价键和双原子分子的结构化学 73

3.1化学键概述 73

3.1.1化学键的定义和类型 73

3.1.2键型的多样性 74

3.2 H＋２的结构和共价键的本质 77

3.2.1 H＋２的 Schrodinger方程 77

3.2.2变分法解Schrodinger方程 78

3.2.3积分Haa， Hab ，Sab的意义和H＋2的结构 80

3.2.4共价键的本质 82

3.3分子轨道理论和双原子分子的结构 83

3.3.1简单分子轨道理论 83

3.3.2分子轨道的分类和分布特点 86

3.3.3同核双原子分子的结构 88

3.3.4异核双原子分子的结构 92

3.3.5双原子分子的光谱项 93

3.4 H2分子的结构和价键理论 94

3.4.1价键法解H2的结构 94

3.4.2价键理论 97

3.4.3价键理论和分子轨道理论的比较 98

3.5分子光谱 100

3.5.1分子光谱简介 100

3.5.2双原子分子的转动光谱 102

3.5.3双原子分子的振动光谱 104

3.5.4 Raman光谱 110

3.5.5分子的电子光谱 111

3.6光电子能谱 112

3.6.1原理 112

3.6.2双原子分子的紫外光电子能谱 114

3.6.3 X射线光电子能谱 117

3.6.4俄歇电子能谱 118

习题 119

参考文献 121

第4章 分子的对称性 122

4.1对称操作和对称元素 122

4.1.1旋转操作和旋转轴 122

4.1.2反演操作和对称中心 125

4.1.3反映操作和镜面 125

4.1.4旋转反演操作和反轴 126

4.1.5旋转反映操作和映轴 127

4.2对称元素的组合与对称操作群 128

4.2.1群的定义 128

4.2.2群的乘法表 128

4.2.3对称元素的组合 130

4.3分子的点群 131

4.3.1分子点群的分类 131

4.3.2分子所属点群的判别 136

4.4分子的偶极矩和极化率 137

4.4.1分子的对称性和分子的偶极矩 138

4.4.2分子的诱导偶极矩和极化率 140

4.5分子的对称性和旋光性 142

4.6群的表示 144

4.6.1对称操作的表示矩阵 144

4.6.2特征标的性质和特征标表 145

4.6.3特征标表应用举例 147

习题 150

参考文献 152

第5章 多原子分子的结构和性质 153

5.1多原子分子结构的一些原理和概念 153

5.1.1非金属单质的成键特征 153

5.1.2价电子对互斥（VSEPR）理论 154

5.1.3二面角和扭角 156

5.2杂化轨道理论 157

5.3离域分子轨道理论 161

5.4休克尔分子轨道法（HMO法） 163

5.4.1 HMO法的基本内容 163

5.4.2丁二烯的HMO法处理 165

5.4.3环状共轭多烯的HMO法处理 167

5.5离域π键和共轭效应 168

5.5.1离域π键的形成和表示法 168

5.5.2共轭效应 170

5.5.3肽键 171

5.5.4超共轭效应 172

5.6分子轨道的对称性和反应机理 173

5.6.1有关化学反应的一些概念和原理 173

5.6.2前线轨道理论 174

5.6.3分子轨道对称守恒原理 176

5.7缺电子多中心键和硼烷的结构 178

5.7.1硼烷中的缺电子多中心键 178

5.7.2硼烷结构的描述 179

5.7.3八隅律和分子骨干键数的计算 181

5.8非金属元素的结构特征 182

5.8.1非金属单质的结构特征 182

5.8.2非金属化合物的结构特征 184

5.9共价键的键长和键能 187

5.9.1共价键的键长和原子的共价半径 187

5.9.2共价键键能 188

5.9.3碳和硅化学键的比较 191

习题 192

参考文献 196

第6章 配位化合物的结构和性质 197

6.1概述 197

6.1.1配位体 197

6.1.2配位化合物结构理论的发展 199

6.2配位场理论 200

6.2.1 ML6八面体配位化合物的分子轨道 200

6.2.2八面体场分裂能△。 202

6.2.3配位场稳定化能与配位化合物的性质 203

6.2.4配位化合物的热力学稳定性 207

6.2.5其他多面体配位化合物的配位场 208

6.3 σ-π配键与有关配位化合物的结构和性质 209

6.3.1金属羰基配位化合物和小分子配位化合物 209

6.3.2不饱和烃配位化合物 211

6.3.3环多烯和过渡金属的配位化合物 211

6.4金属-金属四重键和五重键 212

6.5过渡金属簇合物的结构 216

6.5.1十八电子规则和金属-金属键的键数 216

6.5.2等瓣相似、等同键数和等同结构 218

6.5.3簇合物的催化性能 220

6.6物质的磁性和磁共振 222

6.6.1物质的磁性及其在结构化学中的应用 222

6.6.2顺磁共振 225

6.6.3核磁共振 227

习题 233

参考文献 235

第7章 晶体的点阵结构和晶体的性质 236

7.1晶体结构的周期性和点阵 236

7.1.1点阵、结构基元和晶胞 236

7.1.2点阵参数和晶胞参数 240

7.2晶体结构的对称性 241

7.2.1晶体结构的对称元素和对称操作 241

7.2.2晶系、晶族和惯用坐标系 244

7.2.3晶体学点群 246

7.2.4晶体的空间点阵型式 246

7.3点阵的标记和点阵平面间距 250

7.4空间群及晶体结构的表达 252

7.4.1空间群的推导和表达 252

7.4.2晶体结构的表达及应用 254

7.5晶体的结构和晶体的性质 257

7.5.1晶体的特性 257

7.5.2晶体的点群和晶体的物理性质 258

7.5.3晶体的缺陷和性能 259

7.6晶体的衍射 261

7.6.1衍射方向 261

7.6.2倒易点阵和反射球 263

7.6.3衍射强度 266

7.7晶体衍射方法简介 267

7.7.1单晶衍射法 267

7.7.2多晶衍射法 268

7.7.3晶体的电子衍射和中子衍射 272

7.8准晶和液晶的结构化学 275

7.8.1准晶的发现 275

7.8.2准晶的结构特点 276

7.8.3准晶的寻找、制备和应用 277

7.8.4液晶 281

习题 282

参考文献 286

第8章 金属的结构和性质 287

8.1金属键和金属的一般性质 287

8.1.1金属键的“自由电子”模型 287

8.1.2固体能带理论 289

8.2等径圆球的密堆积 292

8.2.1等径圆球的最密堆积 292

8.2.2等径圆球的体心立方密堆积 294

8.2.3等径圆球密堆积中空隙的大小和分布 295

8.3金属单质的结构 296

8.3.1金属单质的结构概况 296

8.3.2金属原子半径 297

8.4合金的结构和性质 298

8.4.1金属固溶体 298

8.4.2金属化合物 300

8.4.3钢铁 301

8.4.4形状记忆合金 303

8.4.5金属间隙化合物 305

8.5固体的表面结构和性质 305

习题 306

参考文献 308

第9章 离子化合物的结构化学 309

9.1离子晶体的若干简单结构型式 309

9.2离子键和点阵能 314

9.2.1点阵能的计算和测定 314

9.2.2点阵能的应用 317

9.2.3键型变异原理 319

9.3离子半径 320

9.3.1离子半径的测定和Pauling离子半径 321

9.3.2有效离子半径 323

9.3.3离子半径的变化趋势 323

9.4离子配位多面体及其连接规律 325

9.4.1正负离子半径比和离子的配位多面体 325

9.4.2配位多面体的连接 326

9.4.3 Pauling离子晶体结构规则 327

9.5硅酸盐的结构化学 328

9.5.1概述 328

9.5.2 SiO2的结构 329

9.5.3各类硅酸盐的结构特点 331

9.5.4沸石分子筛 332

习题 335

参考文献 338

第10章 次级键及超分子结构化学 339

10.1键价和键的强度 339

10.2氢键 341

10.2.1氢键的几何形态 342

10.2.2氢键的强度 343

10.2.3冰和水中的氢键 345

10.2.4氢键和物质的性能 348

10.2.5氢键在生命物质中的作用 350

10.3非氢键型次级键 354

10.3.1非金属原子间的次级键 354

10.3.2金属原子与其他原子间的次级键 355

10.4范德华力和范德华半径 357

10.5分子的形状和大小 360

10.5.1构型和构象 360

10.5.2分子大小的估算 361

10.6超分子结构化学 364

10.6.1超分子稳定形成的因素 364

10.6.2分子识别和超分子自组装 366

10.6.3晶体工程 369

10.6.4超分子和化学信息 371

10.6.5应用 373

10.7纳米材料和软物质的结构化学 375

10.7.1纳米材料概况 375

10.7.2表面效应 376

10.7.3量子尺寸效应和隧道效应 378

10.7.4碳的纳米材料 379

10.7.5软物质 381

10.8结构化学研究方法的新进展 382

习题 385

参考文献 386

附录 单位、物理常数和换算因子 388

表1国际单位制的基本单位 388

表2若干重要的导出单位 388

表3常用物理常数 388

表4能量和其他一些物理量单位间的换算 389

表5原子单位（au） 389

表6用于构成十进倍数和分数单位的词头 389

索引 390