目录 绪言 第一章量子力学基础知识…………………………………3 11微观粒子的运动特征…………………………3 黑体辐射和能量量子化 光电效应和光子 D垂由 ·甲卓..罪 3实物微粒的波粒二象性……………………………7 测不准原理………………… ………12 1.2量子力学基本假设……………… 1-波函数和微观粒子的状态 16 2-力学量和算符…………18 3-本征态、本征值和 Schrodinger方程……………20 态叠加原理………23 5- Pauli j原理…………………24 1.3箱中粒子的 Schrodinger方程及其解…………26 习题一 參考文献…………………………………………36 第二章原子的结构和性质 ……38 21单电子原子的 Schrodinger方程及其解 1-单电子原子的 Schrodinger方程…41 2变数分离法……43 3-φ芹程的解………… 4-单电子原子的波函数………………46 22量子数的物理意义 …49 2.3波函数和电子云的图形……………………………53
1-图和y2r图…………………………………53 径向分布图 ……………55 原子轨道等值线图……………………………57 2.4多电子原子的结构…………………………………61 -1-多电子原子的 Schrodinger方程及其近似解………61 -2-原子轨道能和电子结合能…………………64 3-基态原子的电子排布…………………………………72 25元素周期表与元素周期性质…… 74 1-元素周期表………………………………………………74 2原子结构参数…………………………76 原子的电离能………………… 77 电子亲合能……………………………………… 5-电负性… te中甲面也非、自●·山自即面b -6-相对论效应对元素周期性质的影响………………83 2.6原子光谱……… 87 -1-原子光谱和光谱项 7 2·电子的状态和原子的能态……………………89 -3-单电子原子的光谱项和原子光普………………91 多电子原子的光谱项 5-原子光谱的应用…01 习题二………………………………………………105 参考文献………………………………………………107 第三章双原子分子的结构和性质…………………………108 3.1H扌的结构和共价键的本质…………… 1-H的 Schrodinger方程………………………109 -2-变分法解 Schrodinger方程……………110 -3-积分H、H、S2的意义和H的结构…………112 4-共价键的本质………………………………116 3.2分子轨道理论和双原子分子的结构… 117
-1-简单分子轨道理论………………………117 2-分子轨道的分布特点和分类…… …121 -3-同核双原子分子的结构 …125 -4-异核双原子分子的结构………………131 33H2分子的结构和价键理论 …132 1-价键法解H2的结构 132 2-价键理论………………………………………………136 -3-价键理论(vB〕和分子轨道理论(MO)的比较……137 3.4分子光谱…………………………………………141 1分子光谱简介…………………………141 -2-双原子分子的转动光谱 b●省·自萨 ……………144 3-双原子分子的振动光谱………147 4- Raman光谱…………………………157 5分子的电子光谱………158 3.5光电子能谱………………………………………160 原理 160 -2-双原子分子的紫外光电子能谐……………163 3x射线光电子能谐………… I68 习题三 单P非·。·,。目,●面看值s··。●带。节●道。·D●音●·●b●山s曲自b 参考文献……… ……………………………173 第四章分子的对称性 174 4.1对称操作和对称元素………………………………175 1-旋转轴和旋转操作… 175 2-对称中心和反演操作………178 镜面和反映操作……………………179 4反轴和旋转反演操作…… 180 5映轴和旋转反映操作………………"……181 4.2对称操作群与对称元素的组合… ●值曲●●击省d山 183 1群的定义…………………………183
2群的乘法表……………………… 184 对称元素的组合…………………186 43分子的点群…………………………………………188 1分子点群的分类……188 2-分子所属点群的判别… 195 44分子的偶极矩和极化率… 197 -1-分子的偶极矩和分子的结构……………197 2-分子的诱导偶极矩和极化率… 20l 4.5分子的对称性和分子的旋光性……………………203 46群的表示…………………………… -1-对称操作的表示矩阵…206 -2-特征标的性质和特征标表……… 209 -3-特征标表应用举例……… ■看..●···垂由自中血 习题四……16 参考文献 218 第五章多原子分子的结构和性质 220 5.1价电子对互斥理论( VSEPR) ………220 5.2杂化轨道理论…… 5,3离域分子轨道理论 54HMO法…… …………235 1~HMO法的基本内容… 235 2-丁二烯的HMO处理…………………237 3-环状共轭多烯的HMO处理 e非非曲 242 5.5离域π键和共轭效应 ……………244 -1-离域π键的形成和表示法…………………244 2共轭效应………246 3-肽健… …248 4-超共軛效应………………249 56分子轨道的对称性和反应机理 ……251 Ⅳ
1-有关化学反应的一些原理和概念…………………251 2-前线轨道理论………252 3-分子轨道对称守恒原理…………256 5.7共价键的键长和键能 1-共价键的键长和原子的共价半径……………………259 2-共价键键能 aps自a●a●d●aad 261 5.8分子间作用力和分子的大小形状……………………265 1-分子间作用力…………………265 2-范德华引力和范德华半径…… 266 3-分子的大小和形状……… …………270 5.9核磁共振谱………………………………………273 1-核磁矩和核磁共振的一般原理 73 2-化学位移………………………276 3-核的自旋自旋耦合作用…………279 习题五 参考文献…………………………………………………285 第六章配位化合物的结构和性质……………………287 6.1概述…………………………………287 1-配位体………………………………287 2-配位化合物结构理论的发展…………289 6.2配位场理论……………………………………292 1-MI6八面体的分子轨道………………292 2-八面体场的分裂能△∴……294 3-配位场稳定化能与配位化合物的性质…………296 -4-配位化合物的热力学稳定性……………301 -5-其他多面体的配位场…… …303 6.3a-π配键与有关配位化合物的结构和性质…………306 1-金属羰基配位化合物和小分子配位化合物……………306 不饱和烃配位化合物 308
环多烯和过渡金属的配位化合物 ……309 4-等瓣相似规则…………………………311 -5-配位化合物中原子的原子价………………314 6配位催化作用 316 6.4过渡金属原子簇化合物的结构和性质……………317 -1-18电子规则和簇合物的几何构型…………318 -2-簇合物中M-M间的多重键………………320 -3-篾合物的催化性能……………… 习题六 ,,带、、、垂,,、、、B、 325 参考文献… 、自看面 省·。 ●日●益 327 第七章晶体的点阵结构和晶体的性质……………………328 7.1晶体结构的周期性和点阵…………………328 1-晶体结构的特征………………………328 -2-点阵和结构基元… 3-点阵单位………………………………335 -4-晶体的缺陷·…………………337 7.2晶体结构的对称性 ………339 r-晶体的对称元素和对称操作………339 2-晶胞 343 3-晶系 4-晶体的空间点阵型式……………………346 -5-晶体学点群…… 348 6-空间群… 7-点阵点、直线点阵和平面点阵的指标…"……353 7.3晶体结构的表达及应用………………………356 7.4晶体的X射线衍射 着·, -1-X射线的产生及其性质…………………………363 行射方向 ●。由由自。·4D·中甲垂目.中· 3-衍射强度…………………………………368 Ⅵ
4-单晶衍射法………t……………371 5-多晶衍射法…………………………373 习题七 ●,甲,·曲D击自自、面国 1看·甲●看。看。自。曲 379 参考文献………………………………………………………385 第八章金属的结构和性质… 8.1金属键和金属的一般性质… 1-金属键的“自由电子模型………………386 -2-固体能带理论 390 8.2球的密堆积和金属单质的结构……………………392 1-等径圆球的堆积…… -2-金属单质的结构概况………………397 金属原子半径 399 83合金的结构和性质…… 400 1-金属固溶体的结构……………………………401 2金属化合物的结构……………………………………403 金属间隙化合物的结构……………405 84固体表面的结构和性质………………………406 习题八 408 参考文献 ……“…"………410 第九章离子化合物的结构化学…… 412 91离子晶体的若干简单结构型式 412 92离子键和点阵能……………………… 417 -1-点阵能的计算和测定… 417 2-点阵能的应用…………………423 3-键型变异原理…………425 9.3离子半径………………………………………429 -1-离子半径的测定……………………429 2有效离子半径………………………………432 -3-离子半径的变化趋势… 434
9.4离子配位多面体及其连接规律 435 1-正负离子半径比和离子的配位多面体…………435 2-配位多面体的连接…………………437 离子晶体结构的 Pauling 规则……… ·438 键价方法 440 9.5硅酸盐的结构化学………………………………443 1-概述……………………………………443 2-SO2的结构…………………………………445 3-各类硅酸盐的结构点 …447 4-沸石分子筛……………………………………451 习题九 454 参考文献 458 第十章非金属元紊的结构化学……………………………459 10.1非金属元素的结构特征 ………………459 非金属单质的结构特征 459 非金属化合物的结构特征 …463 10.2硼烷和有关化合物的结构…………………………467 1-硼烷………………………………………468 2-金属烷基化合物………………472 10.3氢的结构化学…………………………………………473 1-氢的成键型式…………………………………473 -2-氢键 …………………477 水的结构化学 ●看甲节·甲目自即罪日。,看面 习题十 …488 参考文献…………………………………………………490 附录I实习 491 实习1原子轨道空间分布图的描绘… 491 实习2H能量曲线的绘制 ··:·●·望垂 493 实习3分子的立体构型和分子的性质………………494
实习4苯的HMO处理…… 496 实习5点阵和晶胞 ………………………497 实习6多晶X射线衍射法……… 498 实习7等径圆球的堆积 ……………500 实习8离子晶体的结构…… 502 附录1单位物理常数和换算因子… 附录Ⅱ习题答案(摘选)…… ……506 索引 513
绪言 结构化学是研究原子、分子和晶体的微观结构,研究原子和分 子运动规律,研究物质的结构和性能关系的科学,是化学的一个重 要分支。这里所指的结构和运动规律,涉及原子和分子层次的空间 排布,涉及微观粒子所遵循的量子力学规律,它包括原子中电子的 分布和能级、分子的化学组成、分子的空间构型和构象、分子中电 子的分布、化学键的性质和分子的能量状态、晶体中原子的空间排 布、晶体的能量状态等内容。结构化学根据结构决定性能性能反 映结构的基本原则,探讨物质的结构与性能间的联系。随着科学的 发展,结构化学已成为化学中的一个重要分支。 结构化学包含许多有用的概念和知识,许多重要的规律和原 理,并且发展和改进许多研究方法和实验手段,它的内容在不断发 展,它对化学学科的重要性日益增加。一方面结构化学利用现代技 术,不断武装自己,丰富自已的内容,现在每年都积累大量的结构 数据,为归纳总结结构化学的规律和原理作基础;另一方面结构化 学根据总结所得的规律和理论,指导化学实践,将结构和性能联系 起来,用以设计合成的途径,探讨产品的分析方法,改进产品的质 量,开拓产品的用途。 在学习结构化学时,要重视从衍射法、光谱法和磁共振法等实 验所得的实验数据以及产品表现出来的性能,这是我们认识物质 结构的第一性内容。切概念和原理都来源于实践,而所得理论的 正确性又要由实践来检验。要重视微观粒子运动所遵循的量子力 学规律,掌握微观现象的待点,努力把物理概念和数学表达式密切 地联系起来。要重视结构和性能间的联系,了解各种物质具有其特 性的结构根源,了解各种结构所必然出现的性能,了解理论的实际 1107371
