本书由兰州大学教材建设基金资助,是国家精品课程配套教材之一。全书分为七章,涵盖结构化学基本内容,介绍量子力学和波粒二象性概念;求解薛定谔方程得到原子轨道和能量;求解氢分子离子推出分子轨道理论,并用其处理不同类型分子的结构问题;介绍分子对称性及其判断方法和应用;讲解各类分子光谱及其磁光谱的产生和分析原理;讲解晶体的结构特性及其键型变异规律,晶体的X射线衍射和应用等。
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目录
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前言
第1章 量子力学基础 （1）
1.1 经典物理的局限及对策 （1）
1.1.1 黑体辐射与量子概念 （1）
1.1.2 光电效应与光的波粒二象性 （2）
1.1.3 氢原子光谱与玻尔模型 （3）
1.1.4 实物微粒的波粒二象性 （5）
1.1.5 测不准关系 （7）
1.2 量子力学基本假设 （8）
1.2.1 假设一 状态与波函数 （8）
1.2.2 假设二 力学量与算符 （9）
1.2.3 假设三 薛定谔方程 （11）
1.2.4 假设四 态叠加原理 （12）
1.2.5 假设五 泡利原理 （13）
1.3 箱中粒子的薛定谔方程 （13）
1.3.1 一维势箱与零点能 （13）
1.3.2 三维势箱与简并态 （15）
习题 （17）
第2章 原子结构 （19）
2.1 单电子体系的薛定谔方程 （19）
2.1.1 玻恩-奥本海默近似 （19）
2.1.2 坐标变换与变量分离 （20）
2.1.3 Φ 方程的解 （22）
2.1.4 Θ 方程的解 （24）
2.1.5 R方程的解 （26）
2.1.6 本征态和波函数 （29）
2.1.7 Y方程的解与电子的角动量 （31）
2.1.8 原子轨道的图像 （36）
2.1.9 电子云与径向分布函数 （36）
2.2 多电子原子的薛定谔方程 （39）
2.2.1 单电子近似 （40）
2.2.2 中心力场模型 （40）
2.2.3 屏蔽模型 （40）
2.2.4 哈特里-福克自洽场方法 （41）
2.2.5 维里定理 （41）
2.3 电子自旋 （42）
2.3.1 自旋波函数、空间波函数和全波函数 （42）
2.3.2 全同粒子和斯莱特行列式 （42）
2.3.3 电子自旋与物质的磁性 （43）
2.4 原子光谱与原子光谱项 （45）
2.4.1 原子光谱精细结构 （45）
2.4.2 微扰法与相对论效应 （46）
2.4.3 原子中电子的组态和状态 （49）
2.4.4 原子光谱项与能级 （49）
2.4.5 单电子原子光谱项 （49）
2.4.6 多电子原子光谱项 （51）
2.4.7 塞曼效应 （54）
2.5 X射线光电子能谱 （57）
2.5.1 X射线的产生 （57）
2.5.2 X射线光电子能谱 （57）
2.5.3 俄歇电子能谱 （59）
2.6 元素的周期性与原子的电负性 （60）
2.6.1 元素周期表 （60）
2.6.2 原子轨道能级 （60）
2.6.3 原子的电负性 （61）
2.6.4 电负性的光谱定义 （61）
习题 （61）
第3章 分子结构 （63）
3.1 H2+的薛定谔方程及其解 （63）
3.1.1 H2+的薛定谔方程 （63）
3.1.2 变分原理与线性变分法 （64）
3.1.3 线性变分法求解H2+ 的薛定谔方程 （65）
3.1.4 成键、反键轨道与共价键的本质 （68）
3.1.5 H2 的薛定谔方程及其解 （69）
3.2 分子轨道理论 （71）
3.2.1 分子中的单电子波函数 （71）
3.2.2 原子轨道线性组合为分子轨道MO-LCAO （72）
3.2.3 成键三原则 （72）
3.2.4 分子轨道理论与价键理论比较 （74）
3.3 双原子分子结构 （76）
3.3.1 同核双原子分子 （77）
3.3.2 异核双原子分子 （80）
3.4 饱和分子结构 （83）
3.4.1 杂化轨道理论 （83）
3.4.2 离域分子轨道与离域键 （95）
3.4.3 定域分子轨道与定域键 （98）
3.4.4 定域和离域分子轨道的关系 （99）
3.5 共轭分子结构 （100）
3.5.1 丁二烯的π电子薛定谔方程 （100）
3.5.2 休克尔分子轨道法求解 （101）
3.5.3 电荷密度、键级、自由价和分子图 （105）
3.5.4 其他离域π键 （106）
3.5.5 共轭分子与光催化 （107）
3.6 缺电子分子的结构 （110）
3.6.1 三中心两电子键与硼烷分子结构 （110）
3.6.2 其他缺电子分子 （112）
3.6.3 缺电子化合物与路易斯酸 （114）
3.7 配位化合物结构 （115）
3.7.1 定域分子轨道方法 （115）
3.7.2 分子轨道方法 （117）
3.7.3 配位场方法 （120）
习题 （122）
第4章 分子的对称性 （124）
4.1 对称图形、对称操作与对称元素 （125）
4.1.1 旋转与旋转轴 （125）
4.1.2 反映与对称面 （125）
4.1.3 反演与对称中心 （126）
4.1.4 旋转反演与反轴 （126）
4.1.5 旋转反映与映轴 （126）
4.1.6 对称元素组合规则 （128）
4.2 分子点群 （128）
4.2.1 群论的概念 （128）
4.2.2 对称操作的矩阵表示 （129）
4.2.3 分子点群的分类 （130）
4.2.4 分子所属点群的判断 （135）
4.2.5 群的表示 （135）
4.3 分子对称性和性质的关系 （140）
4.3.1 分子对称性和偶极性 （140）
4.3.2 分子对称性和旋光性 （141）
4.4 分子轨道对称性与反应机理 （142）
4.4.1 前线分子轨道理论 （142）
4.4.2 分子轨道对称守恒原理 （144）
习题 （147）
第5章 分子结构分析原理 （148）
5.1 分子中的量子化能级 （148）
5.2 分子光谱 （149）
5.2.1 转动光谱 （149）
5.2.2 振动光谱 （152）
5.2.3 振动-转动光谱 （156）
5.2.4 红外光谱 （156）
5.2.5 拉曼光谱 （158）
5.2.6 紫外-可见吸收光谱 （160）
5.2.7 荧光和磷光发射光谱 （161）
5.2.8 紫外光电子能谱 （162）
5.3 核磁共振谱 （166）
5.3.1 原子核自旋 （166）
5.3.2 核磁塞曼效应 （167）
5.3.3 核磁共振谱 （168）
5.4 电子顺磁共振谱 （171）
5.4.1 电子顺磁塞曼效应 （171）
5.4.2 电子顺磁共振谱的精细结构 （171）
5.4.3 电子顺磁共振谱的超精细结构 （171）
习题 （173）
第6章 晶体结构 （175）
6.1 晶体的结构特征与性质 （175）
6.2 晶体与点阵 （176）
6.2.1 点阵的概念 （176）
6.2.2 平移群 （178）
6.2.3 晶胞与分数坐标 （179）
6.2.4 晶面与晶面指标 （179）
6.3 晶体的对称性 （181）
6.3.1 宏观对称性 （181）
6.3.2 微观对称性 （181）
6.4 晶体的分类 （182）
6.4.1 化学键分类 （182）
6.4.2 晶胞参数分类 （183）
6.4.3 点阵格子分类 （184）
6.4.4 点群分类 （186）
6.4.5 空间群分类 （187）
6.5 金属晶体和能带理论 （189）
6.5.1 等径圆球密堆积模型 （189）
6.5.2 堆积型式与原子半径 （190）
6.5.3 合金结构 （192）
6.5.4 自由电子模型 （195）
6.5.5 能带理论 （196）
6.6 离子晶体 （196）
6.6.1 不等径圆球堆积与离子半径 （197）
6.6.2 典型离子晶体结构 （198）
6.7 共价晶体 （203）
6.7.1 金刚石晶体结构 （203）
6.7.2 氧化锆晶体结构 （203）
6.7.3 硫化锌晶体结构 （203）
6.7.4 氧化硅、硅酸盐及分子筛晶体结构 （204）
6.8 分子晶体 （206）
6.8.1 单原子分子晶体结构 （206）
6.8.2 干冰晶体结构 （207）
6.8.3 C60 晶体结构 （207）
6.9 混合键型晶体 （207）
6.9.1 石墨晶体结构 （207）
6.9.2 CdI2 晶体结构 （208）
6.10 戈尔德施米特结晶化学定律 （209）
6.10.1 范德华力与原子的范德华半径 （209）
6.10.2 离子键与晶格能 （211）
6.10.3 玻恩-哈伯循环 （212）
6.10.4 离子的极化性能与键型变异规律 （212）
6.10.5 戈尔德施米特结晶化学规律 （213）
习题 （213）
第7章 晶体结构分析原理 （215）
7.1 X射线在晶体中的衍射 （215）
7.1.1 劳厄方程 （215）
7.1.2 布拉格方程 （216）
7.2 衍射强度与系统消光 （217）
7.2.1 晶体的衍射强度 （217）
7.2.2 点阵的系统消光 （218）
7.3 照相法 （220）
7.3.1 劳厄照相法 （220）
7.3.2 旋转照相法 （220）
7.3.3 粉末照相法 （221）
7.4 衍射仪法 （222）
7.4.1 粉末衍射仪法 （222）
7.4.2 单晶衍射仪法 （223）
7.5 物相分析方法 （224）
习题 （227）
参考文献 （228）
附录 （229）
附录1 物理常数表（2010年） （229）
附录2 元素周期表 （230）
后记 （231）
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