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简明结构化学教程(第二版) - 夏少武
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出版日期:2005年5月
结构化学,主要是研究原子、分子和晶体结构以及结构与性能之间相互关系的一门基础科学。近几十年,这门科学获得迅速发展,结构化学观点不仅渗透到化学各个分支学科领域,同时在生物、材料、矿冶、地质等技术科学中也得到应用。
本书对第一版的内容进行了修改与补充,增加了分子对称性一章(第三章),重写了配合物分子轨道理论初步介绍(第六章四节)与金属键和金属的一般性质(第九章九节)两节。增加了习题答案和索引,改正了原书的印刷错误。
本书在内容的选材上突出了实用性。选择了化学键理论(四、五、六章)、分子光谱(八章)、晶体化学(九章)等为主要内容,使学生通过对化学键理论的学习 ,为深入学习有关的知识打下基础;通过对分子光谱的学习,为应用红外、紫外——可见光谱对物质进行定性定量分析打下基础;通过对晶体组成结构与性能之间关系的学习,为催化、材料科学的学习打下基础。考虑到物质的物理性质在工程中应用较多,还编写了分子的物理性质及弱化学键一章(七章)。其他章节的介绍都是为以上内容服务的。如第一章只讲清楚本书所必需的量子力学基础知识。第二章主要介绍构成化学键的基石——原子轨道。第三章通过对分子对称性的介绍,目的是认识分子结构的特点,以求说明分子的有关性质,并为深入学习广泛应用于化学键理论、光谱和晶体结构等打下基础。章末附有习题,便于学生学习。
结构化学所介绍的理论内容较深,开始学习有一定难度,尤其第一章量子力学基础知识,它是本书的难点。根据多年的教学体会,以戴维逊革末电子衍射实验为中心讲述电子的波粒二象性,阐明德布罗意波的统计解释;以假设形式介绍量子力学基本原理,是比较成功的。
本书主要是为40学时左右的选修课、70学时左右的必修课编写的。对于有“”的标题,40学时选修课可不讲;对有“”的标题,根据教学情况可讲部分内容。对于70学时必修课,则可考虑讲授本书的绝大部分内容。
本书的主要对象是化工类及有关专业的大学生、研究生。
在此特别要感谢南开大学赵学庄教授;福州大学陈天明教授;哈尔滨工业大学徐崇泉教授;北京化工大学曹维良教授;西北轻工业学院李临生教授;广东工学院黄柳书教授;华东理工大学马树人教授等提出的宝贵意见,作者根据这些意见对本书进行了修改和补充。
本书是山东省改革试点课程系列教材之一,获得2001年山东省教学成果奖。
由于本人水平有限,书中的缺点和错误,敬请读者批评指正。
夏少武
2001年于青岛
简明结构化学教程(第二版)目录
第一章量子力学基础知识1
一、量子力学实验基础1
1.光的波粒二象性1
2.实物粒子的波粒二象性2
3.德布罗意波的统计解释4
二、不确定关系6
三、量子力学的基本假设8
1.态函数9
2.力学量与算符12
3.薛定谔(Schrodinger)方程14
4.态叠加原理16
5.态函数的合格条件16
四、金属中自由电子的运动18
1.能量21
2.态函数22
五、基本例题解24
习题27
第二章原子的结构和性质29
一、类氢原子体系的薛定谔方程及解29
1.类氢原子体系的薛定谔方程29
2.分离变量法31
3.三个方程的求解与量子数32
4.类氢原子的态函数37
5.原子轨道38
二、角量子数和磁量子数的物理意义40
1.主量子数n40
2.角量子数l40
3.磁量子数m41
三、类氢原子的原子轨道和电子云图形42
1.概述42
2.原子轨道的径向部分与电子云径向部分43
3.原子轨道角度分布与电子云角度分布46
四、多电子原子50
1.氦原子的薛定谔方程51
2.中心力场模型52
3.N电子原子的薛定谔方程54
4.屏蔽效应和钻穿效应55
五、电子的自旋58
1.施登盖拉赫(SternGerlach)实验58
2.电子自旋假设59
六、基态原子核外电子排布的原则61
1.保里(Pauli)原理61
2.能量最低原理64
3.洪特(Hund)规则65
七、原子光谱项66
1.原子状态66
2.原子光谱项69
八、原子的电负性70
1.电负性的表示71
2.电负性与物质的性质73
九、基本例题解75
习题79
第三章分子的对称性81
一、对称操作与对称元素81
1.对称轴和旋转操作82
2.对称面和反映操作84
3.对称中心和反演操作85
4.旋映轴和旋转反映操作86
二、分子点群87
1.群的数学定义87
2.分子点群88
3.群的乘法表90
4.分子点群的分类90
5.分子点群的确定95
三、分子的对称性和分子的物理性质97
1.分子的偶极矩97
2.分子的旋光性98
四、基本例题解100
习题102
第四章分子轨道理论104
一、氢分子离子105
1.氢分子离子的薛定谔方程105
2.线性变分原理106
3.用线性变分法求解H+2的薛定谔方程107
4.变分法处理H+2所得主要结果的分析110
二、分子轨道理论115
1.简单分子轨道理论的要点116
2.应用实例119
三、分子轨道的类型、符号和能级顺序122
1.类型和符号122
2.能级顺序123
四、双原子分子的结构和性质125
1.同核双原子分子125
2.异核双原子分子129
五、休克尔分子轨道理论和共轭分子132
1.休克尔分子轨道法132
2.离域π键形成条件和类型143
3.离域效应145
4.超共轭效应147
六、分子轨道对称守恒原理147
1.前线分子轨道理论147
2.分子轨道对称守恒原理151
七、基本例题解155
习题159
第五章价键理论161
一、海特勒伦敦处理氢分子的结果161
1.处理结果161
2.氢分子的完全态函数164
二、价键理论的要点及对简单分子的应用165
1.价键理论的要点166
2.价键理论对简单分子的应用166
三、杂化轨道理论167
1.杂化轨道理论要点168
2.等性杂化轨道的主要类型171
3.sp不等性杂化174
四、价电子对互斥理论(VSEPR)175
1.VSEPR判断分子几何构型的规则176
2.应用VSEPR分析实例176
五、基本例题解178
习题182
第六章配合物的化学键理论183
一、概述183
二、配合物的价键理论184
三、晶体场理论185
1.中心离子d轨道能级的分裂186
2.配合物的紫外可见光谱190
3.中心离子d电子的排布——高自旋态和低自旋态191
4.晶体场稳定化能193
5.姜泰勒(JohnTeller)效应194
四、配合物的分子轨道理论初步介绍195
1.σ键196
2.π键200
3.σπ配键202
五、过渡金属配合物的荷移光谱205
六、基本例题解206
习题207
第七章分子的物理性质及弱化学键209
一、分子的电学性质209
1.偶极矩209
2.分子的极化作用210
3.极化率与介电常数的关系213
4.极化作用与频率的关系217
5.偶极矩的应用219
二、分子的磁学性质221
1.磁化率221
2.分子磁矩223
3.摩尔顺磁磁化率与磁矩的关系224
三、分子间作用力225
1.范德华力的本质226
2.兰纳琼斯(LennardJones)势229
3.分子间作用力对物质物理性质的影响231
4.原子和基团的范德华半径与分子的大小和形状232
四、弱化学键作用235
1.氢键235
2.分子间配键240
五、基本例题解241
习题243
第八章分子光谱245
一、分子光谱简介245
二、吸收光谱的几种表示法249
1.光的吸收基本定律——朗伯比尔(LambertBeer)定律249
2.吸收光谱的几种表示法251
三、双原子分子转动光谱253
1.刚性转子模型253
2.转动跃迁选律255
四、双原子分子的振动光谱257
1.谐振子模型257
2.振动跃迁选律259
3.双原子分子势能曲线261
4.非谐振子模型262
五、双原子分子的振动转动光谱264
六、多原子分子的振动光谱268
1.多原子分子的简正模式268
2.特征谱带区和指纹区272
3.红外光谱的应用274
七、拉曼光谱简介276
1.拉曼光谱原理276
2.拉曼光谱仪278
3.拉曼光谱的特点278
八、紫外可见光谱及其应用279
1.概述279
2.电子跃迁的类型281
3.发色团和助色团282
4.应用283
九、基本例题解286
习题290
第九章晶体结构293
一、晶体结构的周期性和点阵概念293
1.直线点阵295
2.平面点阵295
3.空间点阵296
二、十四种空间点阵型式297
1.布拉维(Brarisa)法则297
2.十四种空间点阵型式297
三、空间点阵与晶体299
四、晶胞中的微粒、晶棱和晶面指标300
1.微粒的分数坐标301
2.晶棱指标302
3.晶面指标(hkl)302
五、晶体的宏观对称性303
1.晶体的宏观对称元素与对称操作304
2.晶体的32种宏观对称类型307
3.七个晶系308
六、晶体学点群310
七、晶体的微观对称性312
八、X射线衍射法312
1.衍射原理313
2.布拉格方程式313
3.粉末法315
九、金属键和金属的一般性质319
1.固体的能带理论319
2.半导体的能带结构323
3.费米能级325
十、金属的晶体结构和原子半径326
1.等径圆球的堆积326
2.金属原子半径328
十一、离子晶体和点阵能计算330
1.离子晶体的最简单结构形式331
2.点阵能的计算332
十二、离子半径337
1.离子半径的引出337
2.离子半径的变化趋势339
十三、离子晶体结构的鲍林(Pauling)规则与典型的离子晶体339
1.鲍林规则339
2.介绍几种离子晶体342
十四、共价晶体与分子晶体346
1.共价晶体346
2.分子晶体347
十五、实际晶体的缺陷348
1.实际晶体与理想晶体348
2.实际晶体的缺陷348
3.单晶体、多晶体、微晶体352
十六、基本例题解352
习题354
附录1357
附录2习题答案360
习题答案366
附录3索引366
参考文献372
本书可作为高等院校应用化学专业和化学工艺专业的结构化学教材,也可作为科技人员的参考用书。
简明结构化学教程(第二版)内容介绍:
本书从工科院校化工类专业的培养目标和教学特点出发,简明扼要地讲述了结构化学的基本内容。在选材上突出了实用性、注重理论与应用的结合。全书共分九章:量子力学基础知识、原子结构和性质、分子的对称性、分子轨道理论、价键理论、配合物的化学键理论、分子的物理性及弱化学键、分子光谱、晶体结构、每章附有基本例题解。并附有习题、习题答案及索引。全书主题清晰、文字深入浅出。在基本概念、原理的介绍上尽量反映当代水平。本书可作为高等院校应用化学专业和化学工艺专业的结构化学教材,也可作为科技人员的参考用书。
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