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第1章 量子力学基础 1

1.1 量子力学的诞生 1

1.1.1 19世纪末的物理学 1

1.1.2 三个重要实验 1

1.1.3 德布罗意物质波 4

1.1.4 “测不准”关系 5

1.2 量子力学的基本假设 7

1.2.1 假设Ⅰ——状态波函数和概率 7

1.2.2 假设Ⅱ——力学量与线性自共轭算符 9

1.2.3 假设Ⅲ——Schr？dinger方程 10

1.2.4 假设Ⅳ——态叠加原理 11

1.2.5 假设Ⅴ——Pauli不相容原理 13

1.3 量子力学的简单应用 13

1.3.1 一维势箱中的自由粒子 13

1.3.2 三维势箱中的自由粒子 16

1.3.3 应用 17

1.4 量子力学的一些基本概念 19

1.4.1 全同粒子 19

1.4.2 表象 20

1.4.3 隧道效应 20

1.4.4 维理定理 22

习题1 23

参考文献 24

第2章 原子结构 26

2.1 类氢离子的Schr？dinger方程 26

2.1.1 引言 26

2.1.2 变数分离 28

2.1.3 解φ方程 28

2.1.4 Θ方程的解 29

2.1.5 R方程的解 30

2.2.1 量子数的物理意义 31

2.2 类氢离子波函数及轨道能级 31

2.2.2 主量子数n与能级 33

2.2.3 径向分布函数 34

2.2.4 角度分布函数 37

2.3 多电子原子的结构 41

2.3.1 核外电子排布与电子组态 41

2.3.2 中心力场近似和自洽场方法 43

2.3.3 电离能与电子亲和能 44

2.3.4 电负性 47

2.4 原子光谱项 48

2.4.1 定义 48

2.4.2 原子光谱项的推导 50

2.4.3 组态的能级分裂 52

2.4.4 基态光谱项 53

习题2 55

参考文献 56

第3章 分子对称性与点群 57

3.1 对称元素与点群 57

3.1.1 对称性、对称操作与对称元素 57

3.1.2 旋转轴与转动 59

3.1.3 对称面与反映 60

3.1.4 对称心和反演 60

3.1.5 映转轴和旋转反映 61

3.1.6 对称点群 61

3.2 分子对称点群 64

3.2.1 对称点群分类 64

3.2.2 Cn群 64

3.2.3 Cnv群 65

3.2.4 Cnh群 66

3.2.5 Dn群 67

3.2.6 Dnh群 68

3.2.7 Dnd群 70

3.2.8 Sn群 71

3.2.9 高阶群 72

3.2.10 分子点群的判别 77

3.3 群的表示理论 79

3.3.1 可约表示与不可约表示 79

3.3.2 特征标表 80

3.3.3 应用 82

3.4 分子对称性与旋光性偶极矩 84

3.4.1 分子旋光性 84

3.4.2 分子的偶极矩 86

习题3 89

参考文献 91

4.1.2 化学键理论 92

4.1.1 原子间相互作用力 92

4.1 化学键理论简介 92

第4章 双原子分子 92

4.1.3 结构与性质的关系 94

4.2 变分法与H+、2分子结构 94

4.2.1 H+、2的结构和共价键的本质 94

4.2.2 变分法解Schr？dinger方程 95

4.2.3 Haa、Hab、Sab的物理意义 98

4.3 分子轨道理论和双原子分子结构 99

4.3.1 分子轨道理论 99

4.3.2 双原子分子轨道的特点 100

4.3.3 同核双原子分子 103

4.3.4 异核双原子分子 105

4.4 价键理论和H2分子结构 108

4.4.1 价键理论 108

4.4.2 H2的价键处理 108

习题4 111

参考文献 112

第5章 多原子分子结构（一） 113

5.1 杂化轨道理论 113

5.1.1 杂化轨道 113

5.1.2 杂化轨道的方向 114

5.1.3 成键能力 115

5.1.4 应用 116

5.2 价电子互斥理论 119

5.3 离域π键 121

5.3.1 一般π键 121

5.3.2 离域π键 121

5.3.3 共轭效应 123

5.4 HMO方法 124

5.4.1 HMO方法简介 124

5.4.2 丁二烯的HMO处理 125

5.4.3 电荷集居与分子图 127

5.4.4 环烯烃体系 128

5.5 分子轨道先定系数法 130

5.5.1 介绍 130

5.5.2 直链偶分子 132

5.5.3 直链奇分子 133

5.5.4 共轭环链之一 134

5.5.5 共轭环链之二 136

5.5.6 复杂共轭体系 137

5.6 共价键能与半径 139

5.6.1 共价键键能 139

5.6.2 键长和共价半径 140

5.6.3 范德华半径 141

5.7 前线轨道理论和轨道对称守恒原理 143

5.7.1 前线轨道理论 143

5.7.2 分子轨道对称守恒原理 144

习题5 149

参考文献 150

6.1 缺电子多中心键 151

6.1.1 硼烷的结构 151

第6章 多原子分子结构（二） 151

6.1.2 BnHn+m的拓扑结构 152

6.1.3 封闭硼笼BnH2-、n与Wade规则 153

6.1.4 其他缺电子多中心键 154

6.2 配合物的化学键 156

6.2.1 简介 156

6.2.2 σ键配合物的结构 157

6.2.3 金属羰基配合物（σ-π配键） 159

6.2.4 烯烃配位化合物 160

6.3 配位场理论 161

6.3.1 中心离子电子组态的谱项 162

6.3.2 原子轨道在不同环境中的能级分裂 163

6.3.4 强场方案 165

6.3.3 弱场方案 165

6.4 过渡金属原子簇化合物 168

6.4.1 簇合物中M-M间多重键 168

6.4.2 金属簇合物的几何构型与电子计数法 169

6.5 原子团簇 170

6.5.1 富勒烯碳笼 171

6.5.2 碳纳米管 173

6.6 次级键 175

6.6.1 非金属原子间次级键 176

6.6.2 非金属原子与金属原子间次级键 176

6.6.3 金属原子间次级键 177

6.7 氢键 178

6.7.1 氢键产生的条件和影响 178

6.7.2 几种重要化合物的氢键 180

习题6 184

参考文献 186

第7章 晶体学基础 187

7.1 晶体结构的周期性和点阵 187

7.1.1 晶体及其性质 187

7.1.2 周期性与点阵结构 189

7.1.3 实际晶体 192

7.2 晶体的宏观对称性 193

7.2.1 晶面 193

7.2.2 7个晶系 195

7.2.3 14种空间点阵形式 196

7.2.4 32个晶体学点群 197

7.3 晶体的微观结构 199

7.3.1 晶体结构的对称元素和对称操作 199

7.3.2 晶胞 202

7.3.3 空间群 202

7.4.1 引言 204

7.4 X射线晶体衍射 204

7.4.2 X射线的产生 205

7.4.3 衍射方向 205

7.4.4 衍射强度 208

7.4.5 倒易点阵与反射球 209

7.4.6 系统消光 210

7.4.7 X射线相干散射简介 211

7.5 X射线衍射的应用 214

7.5.1 单晶衍射法 214

7.5.2 多晶衍射法 216

7.5.3 应用 217

习题7 221

参考文献 224

第8章 金属和合金结构 225

8.1 金属键理论 225

8.1.1 自由电子模型 225

8.1.2 能带理论 226

8.2 等径球密堆积 229

8.2.1 等径球密堆积 229

8.2.2 密堆与空隙 230

8.3 金属单质结构 233

8.3.1 金属单质结构 233

8.3.2 金属原子半径 234

8.4 合金的结构 236

8.4.1 金属固溶体 237

8.4.2 金属化合物 238

8.4.3 金属间隙化合物 240

8.5 准晶 241

8.5.1 准晶的发现 241

8.5.2 各种准晶 243

8.5.3 二十面体密堆 245

8.6.1 简介 246

8.6 非晶态合金 246

8.6.2 非晶态合金的结构特征 247

8.6.3 非晶态合金的制备与分类 248

8.6.4 性能与应用 249

8.7 液晶 250

8.7.1 液晶的定义与分类 250

8.7.2 液晶的结构特点 251

8.7.3 液晶的应用 253

习题8 253

参考文献 255

第9章 离子化合物 257

9.1 晶格能 257

9.1.1 晶格能的静电模型 257

9.1.2 晶格能的热力学模型 259

9.2 几种典型的二元离子晶体结构 259

9.2.3 ZnS型 260

9.2.1 NaCl型 260

9.2.2 CsCl型 260

9.2.4 CaF2型 261

9.2.5 TiO2（金红石）型 262

9.3 离子半径 263

9.3.1 引言 263

9.3.2 离子半径与周期表 264

9.3.3 离子堆积规则 266

9.4 离子极化 267

9.4.1 离子极化的概念 267

9.4.2 离子极化对结构的影响 268

9.5 多元离子化合物 271

9.5.1 主要多元离子化合物 271

9.5.2 Pauling规则 272

9.5.3 硅酸盐的结构 274

9.6.1 高温超导晶体 275

9.6 功能材料晶体 275

9.6.2 非线性光学晶体 278

9.6.3 磁性材料 280

9.6.4 功能转化材料 282

习题9 283

参考文献 285

附录 286

附录1 实习 286

附录2 单位、物理常数和换算因子 290

附录3 原子轨道能级／R（实验测定） 293

附录4 32个晶体学点群极射赤道平面投影图 294

附录5 点群特征标表 296

附录6 晶体的230个空间群的记号 307

附录7 国际晶体结构数据库概况 309

附录8 部分习题参考答案 312