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前言 1

第一章 量子力学基础 1

1.1量子概念的提出 1

1.1.1光的波动性与黑体辐射 1

目录 1

1.1.2量子概念的提出 4

1.2辐射的粒子性 6

1.2.1光电效应 6

1.2.2康普顿（Compton）效应 8

1.2.3辐射的波粒二象性 9

1.3关于原子结构的早期理论 10

1.3.1电子的确定 10

1.3.4卢瑟福（Rutherford）的原子模型 11

1.3.2汤姆森（Thomson）的原子模型 11

1.3.3原子核的发现 11

1.3.5原子结构的玻尔（Bohr）理论 12

1.4 物质的波动性 15

1.4.1德布洛意（de Broglie）假设 15

1.4.2微观粒子的波动性 16

1.5微观粒子状态的描述 17

1.5.1微观粒子的状态 18

1.5.2波函数的统计解释 19

1.5.3波函数的标准化条件 21

1.5.4态迭加原理 21

1.6不确定（测不准）原理 22

1.6.1平面波迭加成波包 22

1.6.2坐标和动量的不确定关系 24

1.6.3能量和时间的不确定关系 26

1.7薛定谔（Schr？dinger）方程 27

1.7.1 Schr？dinger方程的得来线索 27

1.7.2定态Schr？dinger方程 30

1.8在势箱中运动的粒子 32

1.8.1 Schr？dinger方程的求解 32

1.8.2解的讨论 35

1.9算符和力学量 38

1.9.1算符的一般概念 38

1.9.2线性算符和厄密（Hermite）算符 38

1.9.3本征值方程 39

1.9.4算符和力学量的关系 40

1.9.5Hermite算符的两个性质 41

1.9.6力学量的平均值 43

1.9.7对易算符及其力学量 44

1.10氢原子Schr？dinger方程的解 45

1.10.1原子的玻恩－奥本海默（Born-Oppenheimer）近似 45

1.10.2分离变量 47

1.10.3Ф（？）方程的解 48

1.10.4？（θ）方程的解 49

1.10.5R（r）方程的解 52

1.11关于氢原子解的讨论 59

1.11.1波函数ψn1m是？,？2和？？的共同本征函数 59

111.2塞曼（Zeeman）效应 64

1.11.3氢原子的维里（virial）定理 65

1.12.1径向分布图 67

1.12氢原子的电子分布图 67

1.12.2角度分布图 69

3.6 双原子分子的光谱项 （1 70

1.12.3空间分布图 72

1.13.1电子自旋 72

1.13电子自旋和角动量耦合 72

1.13.2角动量耦合 77

习题 79

第二章 多电子原子 82

2.1 变分法 82

2.1.1变分原理 82

2.1.2变分法 83

2.2 氦原子基态的变分处理 85

2.2.1氦原子的Schr？dinger方程 85

2.2.2原子单位 86

2.2.3单电子近似 86

2.2.4反对称波函数和泡利（Pauli）原理 88

2.2.5氦原子基态的变分处理 89

2.3 自洽场方法 94

2.3.1氦原子总能量的表达式 94

2.3.2哈特利－福克（Hartree-Fock）方程 97

2.4 中心力场近似 100

2.4.1中心力场近似 100

2.4.2屏蔽常数和轨道指数 103

2.5 原子内电子的排布 107

2.5.1 Pauli原理 107

2.5.2能量最低原理 108

2.5.3洪特（Hund）规则 110

2.6原子的状态和原子光谱项 110

2.6.1电子组态与原子状态 110

2.6.2原子光谱项 112

2.6.3举例说明原子光谱项的写法 114

2.7 原子光谱 119

2.7.1原子发射光谱和原子吸收光谱 119

2.7.2原子光谱项所对应的能级 120

2.7.3原子光谱的选择定则 123

2.8 定态微扰理论 124

2.8.1非简并情况下的定态微扰理论 124

2.8.2简并情况下的定态微扰理论 129

2.9 定态微扰理论的简单应用 130

2.9.1氦原子基态的微扰处理 130

2.9.2氢原子的一级斯达克（Stark）效应 133

习题 135

第三章 双原子分子 137

3.1 氢分子离子 137

3.1.1分子轨道表示为原子轨道的线性组合 137

3.1.2 H＋2的线性变分处理 139

3.1.3积分α,β和S的计算 141

3.1.4 H＋2的共价键 145

3.2分子轨道理论 149

3.2.1 Born-Oppenheimer近似和非相对论近似 149

3.2.2单电子近似（轨道近似） 150

3.2.3 LCAO近似 151

3.2.4电子的填充规则 152

3.3.1能量相近原则 153

3.3形成共价键的条件 153

3.3.2最大重迭原则 156

3.3.3对称性匹配原则 157

3.4 同核双原子分子 159

3.4.1双原子分子的分子轨道的类型和符号 159

3.4.2从H到F的原子轨道能量和基电子组态 162

3.4.3第一周期的同核双原子分子和离子 162

3.4.4第二周期的同核双原子分子 163

3.5异核双原子分子 167

3.5.1异核分子轨道的形成和键矩 167

3.5.2异核双原子分子的成键情况举例 168

3.6.1双原子分子的分子轨道分类 170

3.6.2双原子分子的光谱项 171

3.6.3常见电子组态的光谱项 173

3.6.4分子状态的对称性 173

3.6.5双原子分子的光谱项举例 178

3.7价键理论及其对H2分子的处理 178

3.7.1 海特勒－伦敦（Heitler-London）对H2的处理 178

3.7.2价键理论的要点 182

习题 183

第四章 分子的对称性与群论基础 186

4.1对称元素和对称操作 186

4.1.1对称元素和对称操作的定义 186

4.1.2对称元素和对称操作的类型 187

4.2.1对称操作的乘积 191

4.2对称操作的乘积、乘法表 191

4.2.2对称元素和对称操作之间的一般关系 192

4.2.3分子全部对称操作集合的性质乘法表 194

4.3群的基本概念 196

4.3.1群的定义 196

4.3.2群的几个例子 197

4.3.3子群、类和群的同构 198

4.4对称点群 200

4.4.1对称点群 200

4.4.2分子对称性的系统分类法 206

4.4.3实例 208

4.5.1对称操作的矩阵形式 212

4.5群的表示 212

4.5.2群的表示 217

4.6群的不可约表示的性质 222

4.6.1 “广义正交定理”及其推论 222

4.6.2群的特征标表 226

4.6.3可约表示的分解 230

4.7基函数 233

4.7.1基函数 233

4.7.2对称性匹配的线性组合（SALC）投影算子 234

法 234

4.8群论和量子力学 237

4.8.1本征函数是不可约表示的基 237

4.8.2能级的简并度等于不可约表示的维数 239

4.9.1杂化轨道（D3h对称性） 240

4.9群论在化学键和分子力学中的应用 240

4.9.2休克尔（Hückel）分子轨道（HMO）理论 242

苯分子 242

4.9.3分子振动H2O分子 245

4.10直乘积表示、分支规则 247

4.10.1直积表示 247

4.10.2对称直积和反称直积 249

4.10.3选择定则 250

4.10.4分支规则 251

习题 253

5.1.1 哈特利-福克-罗汤（Hartree-Fock- 257

Roothaan）方程（HFR）方程 257

5.1 从头计算法（ab initio） 257

第五章 多原子分子 257

5.1.2 从头计算法 260

5.1.3 基函数的选择 261

5.2 分子轨道的近似计算方法 263

5.2.1 CNDO法 264

5.2.2 EHMO法 265

5.3 Hückel分子轨道法 266

5.3.1 Hüekel近似 266

5.3.2 丁二烯HMO久期方程的解 268

5.3.3 离域能 272

5.4 HMO方法的应用 273

5.4.1 链共轭多烯和单环平面共轭多烯 273

5.4.6 自由价 273

5.4.2 无机共轭分子 274

5.4.3 离域π键形成的条件 276

5.4.4 电荷密度 277

5.4.5 键级 277

5.4.7 分子图 279

5.5 杂化轨道理论 280

5.5.1 杂化轨道 280

5.5.2 杂化轨道中的系数 282

5.5.3 sp,sp2和sp3等性杂化轨道 284

5.5.4 不等性杂化轨道 288

5.5.5 d—s—p杂化 289

5.6 离域分子轨道和定域分子轨道 289

5.6.1 两种分子轨道的特点 289

5.6.2 两种分子轨道间的变换 292

5.7.1 硼烷的电子结构 296

5.7 缺电子分子和多中心键 296

5.7.2 其它缺电子分子 298

5.8 分子的几何构型 299

5.8.1 三原子分子的几何构型——沃尔斯（Walsh）规则 300

5.8.2 多原子分子的几何构型——价电子对互斥理论 304

习题 304

第六章 络合物结构和配位场理论 306

6.1 络合物的价键理论 306

6.1.1 价键理论 306

6.1.2 价键理论的成功和局限性 308

6.2 晶体场理论 309

6.2.1 正八面体配位场的势能函数 309

6.2.2 在正八面体配位场中d轨道的能级分裂 312

6.2.3 正四面体场中d轨道的能级分裂 318

6.2.4 高自旋态和低自旋态 320

6.2.5 晶体场稳定化能（CFSE） 322

6.2.6 络合物的畸变和姜－泰勒（Jahn-Teller）效应 323

6.3 络合物的分子轨道理论 324

6.3.1 配位体群轨道 324

6.3.2 络合物的分子轨道 327

6.3.3 络合物中的π键 329

习题 330

第七章 分子光谱 331

7.1 光的吸收和发射 331

7.1.1带状光谱 331

7.1.2微扰理论 333

7.1.3光的吸收和发射 335

7.2 Born-Oppenheimer近似 340

7.2.1 Born-Oppenheimer近似 340

7.2.2双原子分子 342

7.2.3双原子分子的平动 342

7.2.4双原子分子的相对运动 344

7.2.5双原子分子的转动 345

7.2.6双原子分子的振动 346

7.3 双原子分子的转动光谱 352

7.3.1双原子分子转动的能级和波函数 352

7.3.2选择定则 352

7.3.3转动光谱 354

7.3.4非刚性转子模型 355

7.3.5同位素效应 357

7.4.1选择定则 358

7.4 双原子分子的振动光谱 358

7.4.2振动光谱 359

7.4.3非谐振子模型 359

7.4.4势能曲线和离解热的计算 362

7.4.5振－转相互作用，谱带的精细结构 364

7.5 双原子分子的电子光谱 367

7.5.1双原子分子的电子状态和电子跃迁的选择定则 367

7.5.2谱带系的一般结构 369

7.5.3夫兰克－康登（Franck-Condon）原理 371

7.5.4电子跃迁的离解 373

7.5.5谱带的精细结构 374

7.6.1 Raman效应 375

7.6 双原子分子的喇曼（Raman）光谱 375

7.6.2振动Raman光谱 378

7.6.3转动Raman光谱 379

7.6.4振-转Raman光谱 380

7.7 多原子分子的转动光谱 381

7.7.1转动动能 382

7.7.2多原子分子的转动光谱 384

7.7.3多原子分子的转动Raman光谱 386

7.8 多原子分子的振动光谱 387

7.8.1正则振动 387

7.8.2特征频率 397

7.8.3影响吸收谱的因素 398

7.9.1跃迁类型 400

7.9 多原子分子的电子光谱 400

7.9.2生色基和助色基 401

7.9.3自由电子模型 401

7.10 光电子能谱（PES） 402

7.10.1紫外光电子能谱（UPS） 404

7.10.2 X光电子能谱（XPS） 408

7.10.3俄歇（Auger）电子能谱 410

习题 411

第八章 分子的电性、磁性和分子间力 412

8.1极化与分子的偶极矩 412

8.1.1 电介质中的静电现象 412

8.1.2内场强的计算 414

8.1.3变形极化 415

8.1.4取向极化 417

8.1.5偶极矩和极化率的测定 419

8.1.6偶极矩与分子的对称性 423

8.2 分子间作用力 423

8.2.1取向作用 424

8.2.2诱导作用 426

8.2.3色散作用 429

8.3 磁化率与分子结构 433

8.3.1分子的磁性与分子结构 433

8.3.2磁化率的测定 439

8.4 核磁共振（NMR） 440

8.4.1核的磁矩 440

8.4.3化学位移 443

8.4.2核磁共振 443

8.4.4自旋-自旋耦合 445

8.5 电子顺磁共振（EPR） 447

8.5.1电子自旋磁矩 447

8.5.2电子顺磁共振 447

8.5.3顺磁共振谱的精细结构和超精细结构 448

习题 450

第九章 晶体的几何结构和X射线衍射 452

9.1 晶体的特征 452

9.1.1稀释态和凝聚态物质 452

9.1.2晶体的特征 453

9.2.1结点 456

9.2 空间点阵 456

9.2.2周期 457

9.2.3原胞 457

9.2.4布喇菲（Bravai s）格子 458

9.3 晶格的周期性和基矢 458

9.3.1一维的Eravai s格子 458

9.3.2一维的复式格子 459

9.3.3三维情况 460

9.4 分数坐标和晶面符号 467

9.4.1晶列和晶面 467

9.4.2分数坐标 469

9.4.3晶面符号 470

9.5 晶体的对称性 471

9.5.1 n重旋转轴 471

9.5.2 n重象转轴 474

9.5.4滑移反映面 475

9.5.3 n重螺旋轴 475

9.6 晶系和Bravais原胞 476

9.6.1三斜晶系 477

9.6.2单斜晶系 477

9.6.3正交晶系 478

9.6.4四方晶系 478

9.6.5三方晶系 478

9.6.6六方晶系 478

9.6.7立方晶系 478

9.6.8群的国际符号 480

9.7 圆球的堆积 482

9.7.1等径圆球的堆积 482

9.7.2不等径圆球的堆积 485

9.8 晶体几何结构的常见类型 488

9.8.1 Cu型（A1型） 488

9.8.2α-Fe型（A2型） 489

9.8.3 Mg型（A3型） 489

9.8.5石墨型（A9型） 490

9.8.6 NaCl型 490

9.8.4金刚石型（A4型） 490

9.8.8闪锌矿型（立方ZnS型） 491

9.8.9纤锌矿型（六方ZnS型） 491

9.8.7 CsCl型 491

9.8.10红镍矿（NiAs）型 492

9.8.11萤石（CaF2）型 492

9.8.12金红石（TiO2）型 493

9.9晶体衍射的一般介绍 494

9.9.1 X射线衍射 494

9.9.2电子衍射和中子衍射 495

9.10 X射线衍射方程 495

9.10.1劳厄（Laue）方程 496

9.10.2布拉格（Bragg）方程 498

9.11衍射强度与原子的分布 501

9.11.1原子的散射因子 501

9.11.2几何结构因子 503

9.11.3电子密度ρ与结构因子Fhkl关系的推导 507

9.12 晶体的X射线衍射图及其应用 509

9.12.1 Laue法 509

9.12.2回转法 510

9.12.3粉末法 511

9.13 固体样品的物相分析 516

9.13.1粉末衍射卡片 516

9.13.2物相定性分析 518

习题 522

10.1.1共价键 525

10.1 晶体的键型 525

10.1.2离子键 525

第十章 固体的电子结构 525

10.1.3金属键 529

10.1.4氢键 530

10.1.5范德瓦尔斯（van der Waals）力 531

10.1.6混合键 532

10.2 原子的各种半径 532

10.2.1共价半径 533

10.2.2离子半径 534

10.2.3金属的原子半径 536

10.2.4 van der Waal s半径 536

10.3 固体能带的定性描述 537

10.3.1紧束缚近似 537

10.3.2近自由电子近似 540

10.4 金属中的电子气 544

10.4.1势箱中的自由电子 544

10.4.2周期性边界条件下的电子气 545

10.5 电子气的费密（Fermi）能量 549

10.5.1电子气的能量分布 549

10.5.2 Fermi能量的计算 550

10.5.3 Fermi面 553

10.6.1电子的平均能量 554

10.6.2电子气的热容量 554

10.6 金属中电子气的热容量 554

10.7 布洛赫（Bloch）波和倒格子 555

10.7.1 Bloch波 555

10.7.2倒格子 558

10.8 克龙尼克-潘纳（Kronig-Penney）势 562

10.8.1 Kronig-Penney势场中的Schr？dinger方程 562

10.8.2 Kronig-Penney势场中Schr？dinger方程的解 563

10.9 周期场中电子的微扰法处理 568

10.9.1非简并的情况 568

10.9.2简并的情况 571

10.10 晶体中电子的速度和加速度 576

10.10.1电子的速度 576

10.10.2电子的加速度和有效质量 578

1 0.11 金属、半导体和绝缘体 580

10.11.1导体和绝缘体的能带 581

10.11.2半导体的能带 585

10.11.3空穴 586

10.12 三维情况的B10ch定理 587

10.12.1理想晶体的单电子波函数 588

10.12.2布里渊（Brillouin）区 590

10.13 紧束缚近似——LCAO法计算能带 594

10.13.1模型与微扰计算 594

10.13.2实例 598

10.14 原子簇的量子化学计算 599

10.14.1原子簇模型的选取 599

10.14.2赝势法 601

10.14.3 Xα方法 601

习题 603

附录 615

1．化学上重要对称群的特征标表 615

习题答案和提示 615

2．Oh群的相关表 631

3．不可约表示的直积 632

4．常用的物理常数 633

5．能量转换因子 634

9.6.9晶体的32个点群 840