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12 量子力学基础 1

12．1 量子论的形成 2

12．1．1 经典物理学的局限性 2

12．1．2 黑体辐射和普朗克的量子假设 2

12．1．3 光电效应和爱因斯坦的光量子假设 4

12．1．4 氢原子光谱和玻尔理论 5

12．2 实物粒子的波粒二象性 8

12．2．1 光的波粒二象性 8

12．2．2 实物粒子的波粒二象性 9

12．3 物质波的表达及意义 11

12．3．1 光波的表达 11

12．3．2 物质波的表达 11

12．3．3 物质波的统计意义 12

12．4 测不准原理 13

12．5 量子力学的基本假设与薛定谔(Schrodinger)方程 15

12．5．1 假设Ⅰ——波函数与概率密度 15

12．5．3 假设Ⅲ——薛定谔方程 16

12．5．2 假设Ⅱ——态叠加原理 16

12．5．4 假设Ⅳ——力学量与算符 18

12．6 势阱中自由粒子的运动 22

12．6．1 一维势阱模型 22

12．6．2 一维势阱中粒子的薛定谔方程及其解 23

12．6．3 解的物理意义 24

12．6．4 三维势箱中自由粒子的运动 26

小结 28

思考题 29

习题 29

科学家及其思想方法——从量子假设看普朗克的思想方法 31

科学展望——超晶格和量子阱的研究 33

13 原子结构与性质 34

13．1 单电子原子的薛定谔方程及其解 34

13．1．1 单电子原子的薛定谔方程 34

13．1．2 分离变量法 35

13．1．3 方程的求解 36

13．2．1 量子数和原子轨道 40

13．2 单电子原子的状态 40

13．2．2 简并态和简并度 41

13．2．3 原子轨道函数的组成 41

13．3 原子轨道和电子云的图形表示 45

13．3．1 原子轨道(Ψ)和电子云(|Ψ|~2)的径向分布 45

13．3．2 原子轨道(Ψ)和电子云(|Ψ|~2)的角度分布 47

13．3．3 原子轨道(Ψ)和电子云(|Ψ|~2)的空间分布 48

13．4．1 主量子数n和能量E 50

13．4 量子数和力学量 50

13．4．2 电子离核的平均距离r 51

13．4．3 角量子数及角动量 52

13．4．4 角量子数与磁矩 52

13．4．5 磁量子数及角动量在磁场方向的分量 53

13．4．6 角动量和磁矩在空间的取向 53

13．5 电子的自旋运动与泡利原理 54

13．5．1 电子的自旋运动 55

13．5．2 泡利原理 56

13．6．1 氦原子的薛定谔方程 58

13．6 多电子原子的结构 58

13．6．2 单电子近似模型 59

13．6．3 中心力场模型 60

13．6．4 原子轨道能 62

13．6．5 原子核外电子的排布原则 64

13．7 原子的电子层结构和元素周期系 71

13．7．1 原子的电子层结构与周期的关系 71

13．7．2 元素的族与分区 72

13．8．1 原子半径 74

13．8 元素基本性质的周期性 74

13．8．2 原子半径的周期性变化规律 75

13．8．3 电离能 77

13．8．4 电子亲合能 79

13．8．5 电负性 80

13．9 原子的能级和光谱 83

13．9．1 原子的状态和原子量子数 83

13．9．2 原子光谱项 85

13．9．3 原子能级和洪特规则 86

13．9．4 原子光谱 88

思考题 90

小结 90

习题 91

科学家及其思想方法——光量子论的建立和爱因斯坦的思想方法 93

14 双原子分子的结构 95

14．1 离子键理论 95

14．1．1 离子键理论 95

14．1．2 离子键的键能 96

14．2 氢分子离子的结构 96

14．2．1 氢分子离子的薛定谔方程 97

14．2．2 变分法原理 98

14．2．3 用线性变分法求解H_2~+的薛定谔方程 99

14．2．4 积分S_(ab)、H_(aa)、H_(ab)和能量 102

14．2．5 H_2~+的两种状态和共价键本质 104

14．3 分子轨道理论 106

14．3．1 分子轨道近似和原子轨道的线性组合 106

14．3．2 LCAO-MO的基本原则 107

14．3．3 分子轨道的类型符号和电子填充规则 112

14．4．1 氢分子结构和海特勒-伦敦解法 114

14．4 氢分子的结构 114

14．4．2 氢分子的单态和三重态 117

14．5 价键理论 119

14．6 同核双原子分子的结构 120

14．6．1 分子轨道理论处理同核双原子分子 120

14．6．2 价键法处理同核双原子分子 124

14．7 异核双原子分子的结构 125

14．7．1 分子轨道理论处理异核双原子分子 125

14．7．2 价键理论处理异核双原子分子 127

思考题 128

小结 128

习题 129

科学家及其思想方法——原子结构的量子理论和玻尔的思想方法 129

15 分子的对称性 131

15．1 对称元素和对称操作 131

15．1．1 恒等元素Z和恒等操作E 131

15．1．2 旋转轴C和旋转操作C 132

15．1．3 对称面σ和反映操作σ 133

15．1．4 对称中心i和反演操作i 133

15．1．6 反轴I_n和旋转反演操作I_n 134

15．1．5 像转轴S_n和旋转反映操作S_n 134

15．2 分子点群 135

15．2．1 无轴群 135

15．2．2 轴向群 136

15．2．3 二面体群 138

15．2．4 立方体群 141

15．3 分子点群的确定 142

15．4 分子的对称性和旋光性 143

思考题 145

小结 145

习题 146

科学家及其思想方法——类比法与波动力学的形成 147

科学展望——绿色化学 149

16 多原子分子的结构 151

16．1 杂化轨道理论 151

16．1．1 非共轭多原子分子的σ键和π键 151

16．1．2 杂化轨道理论提出的实验基础 152

16．1．3 杂化轨道理论 153

16．1．4 杂化轨道理论的应用 156

16．1．5 s-p不等性杂化 159

16．1．6 不同价态原子采用的杂化轨道 159

16．2 定域和离域MO及饱和多原子分子结构 163

16．2．1 定域分子轨道 163

16．2．2 离域分子轨道 165

16．2．3 定域轨道和离域轨道的关系 166

16．3 缺电子分子的结构 168

16．3．1 缺电子分子 168

16．3．2 缺电子分子的结构 169

16．3．3 其他缺电子分子 170

小结 171

思考题 171

习题 171

科学家及其思想方法——鲍林的科学贡献和研究方法 172

17 共轭分子的结构 174

17．1 休克尔分子轨道法(HMO) 174

17．1．1 共轭体系和共轭效应 175

17．1．2 休克尔分子轨道法(HMO) 175

17．1．3 用HMO法处理丁二烯分子 177

17．1．4 结果讨论 178

17．2 苯的离域π键 180

17．3 离域π键的形成条件和类型 184

17．3．1 离域π键的形成条件 184

17．3．2 离域π键的类型 185

17．4 分子图和共轭分子的性质 188

17．4．1 布居分析和分子图 188

17．4．2 分子图与分子的性质 190

17．4．3 离域π键和共轭分子的性质 191

17．5 分子轨道的对称性和反应机理 195

17．5．1 前线分子轨道理论 195

17．5．2 分子轨道对称守恒原理 197

小结 200

思考题 201

习题 201

科学展望——分子设计与分子工程学 203

18．1．1 偶极矩 205

18．1 分子的电学性质 205

18 分子的电学性质、磁学性质和分子间作用力 205

18．1．2 分子的极化 206

18．1．3 极化率与介电常数的关系 208

18．1．4 极化作用与频率的关系 209

18．1．5 偶极矩与分子结构 210

18．2 分子的磁学性质 213

18．2．1 磁化率 213

18．2．2 物质的磁性与微观结构的关系 214

18．3 分子间的作用力 215

18．3．1 范德华引力的本质 216

18．3．2 林纳德-琼斯势 219

18．3．3 疏水基团相互作用力 220

18．4 范德华引力与物质物理化学性质的关系 221

18．4．1 范德华引力对熔点和沸点的影响 221

18．4．2 范德华引力与溶解度 222

18．4．3 分子间力对吸附的影响 222

18．4．4 空间位阻效应 222

18．5．1 氢键的存在 223

18．5 氢键 223

18．5．2 氢键的本质 224

18．5．3 氢键的类型 225

18．5．4 氢键对物质物理化学性质的影响 228

18．6 分子的键参数和几何构型 228

18．6．1 分子中电子的电离能Ii和分子的总能量EM 229

18．6．2 解离能和键能 229

18．6．3 分子的键长、键角和几何构型 230

小结 234

思考题 235

习题 236

科学展望——分子的自组装和超分子 238

19 原子簇化学 239

19．1 导论 239

19．1．1 原子簇的定义 239

19．1．2 原子簇分类 239

19．1．3 研究原子簇的意义 240

19．1．4 我国簇合物的研究概况 240

19．2．1 硼烷的组成及其通性 241

19．2 硼烷 241

19．2．2 硼烷的键型和结构 243

19．2．3 硼烷的合成 246

19．3 主族簇合物和团簇 247

19．3．1 主族簇合物 247

19．3．2 团簇 249

19．4 过渡金属簇合物 254

19．4．1 概述 254

19．4．2 双核簇合物 255

19．4．3 三核簇合物 257

19．4．4 四核簇合物 259

19．4．5 六核簇合物 260

19．4．6 过渡金属簇合物的结构理论 261

19．5 过渡金属簇合物的催化作用 263

19．5．1 CO加氢反应 263

19．5．2 烯烃的羟甲基化反应 264

19．5．3 聚合反应 265

19．5．4 固氮酶的催化作用 266

思考题 269

小结 269

习题 270

科学展望——分子生物学的形成与发展 271

20 分子光谱 273

20．1 分子光谱概述 273

20．1．1 分子的运动形式和能量 273

20．1．2 分子光谱的分类 274

20．2 双原子分子的转动光谱 276

20．2．1 刚性转子模型 276

20．2．2 转动光谱的选择定律 277

20．2．3 非刚性转子模型 278

20．2．4 转动光谱的应用 279

20．3 双原子分子的振动光谱 280

20．3．1 谐振子模型 280

20．3．2 振动光谱的选择定律 281

20．3．3 非谐振子模型 282

20．3．4 振动光谱的应用 284

20．3．5 振动-转动光谱的精细结构 288

20．4．1 拉曼散射效应 290

20．4 拉曼光谱 290

20．4．2 双原子分子的拉曼光谱 292

20．5 分子的电子光谱 294

20．5．1 概述 294

20．5．2 电子能级和跃迁类型 295

20．5．3 生色基 297

20．5．4 电子光谱带的一般结构 299

20．5．5 弗兰克-康登原理 300

小结 302

习题 303

思考题 303

科学展望——化学的发展与前沿 305

21 晶体结构 306

21．1 晶体结构的周期性和点阵理论 306

21．1．1 晶体的特征 306

21．1．2 点阵 307

21．1．3 晶胞 310

21．1．4 七个晶系与14种布拉维格子 311

21．1．5 晶面和晶面指数 313

21．2 晶体结构的对称性 314

21．2．1 晶体的宏观对称性 314

21．2．2 晶体的32个点群 315

21．2．3 晶体的微观对称性 315

21．2．4 空间群 320

21．3 密堆积原理和金属晶体结构 320

21．3．1 晶体结构的密堆积原理 320

21．3．2 金属晶体的结构和金属原子半径 322

21．3．3 晶体结构的能带理论 323

21．3．4 合金的结构 326

21．4 离子晶体的结构 328

21．4．1 离子晶体的结构型式 328

21．4．2 离子晶体的晶格能 329

21．4．3 离子半径 331

21．4．4 离子的极化 333

21．5 非金属元素单质的晶体和分子晶体结构简介 333

21．6 共价键型晶体和混合键型晶体简介 335

21．7 晶体的X射线衍射 336

21．7．1 劳埃方程 337

21．7．2 布拉格方程 338

21．7．3 衍射强度与晶胞中原子的分布 341

21．8 粉末衍射法和物相分析 344

21．8．1 粉末法原理 344

21．8．2 粉末法X射线物相分析 345

21．9 X射线单晶结构分析简介 347

小结 349

习题 350

思考题 350

科学展望——材料科学的发展 351

参考文献 353

附录 355

Ⅰ．国际单位制(SI) 355

Ⅱ．一些物理和化学的基本常数(1986年国际推荐值) 356

Ⅲ．常用的换算因数 357

中外文人名对照表 359

关键词索引 362

后记 369