物质结构导论 李俊清何天敬 编 王俭刘凡镇 图书馆藏 中国科学技术大学出版社 1990合肥 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要传播
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前 言 本书是我们在中国科学技术大学讲授“物质结构”课程所编 讲义的基础上多次补充、修改而成的， 目前，用量子理论处理原子、分子和固体的结果已能根据微 观粒子的相互作用来解释和预言很多宏观上所能观察到的规律， 因此，这门课的目的在于使化学、材料科学、生物等专业的学生 能在量子理论的基础上了解化学和化学物理的有关现象与物质的 微观结构的本质联系，以及掌握有关揭示物质微观结构的理论和 实验方法.本书从量子理论的建立和发展讲起，并在了解原子的 电子结构的基础上，进而讨论原子的集合体 一分子和固体的结 构。本书主要由四部分组成：(1)非相对论量子力学的基本原 理，（2)原子的电子结构和原子光谱，(3)分子结构和分子光 谱，（4)固体结构。 本书在选材上尽量用较新的科研成果和量子观点（分子轨道 里论，能带论等)来阐明物质的微观结构，比一般的物质结构教 科书增加了算符理论、微扰理论、群表示理论、分子轨道的主要 计算方法（从头计算法等）、多原子分子光谱、固体的电子结构 和能带理论等内容。这样，本书就包括了量子力学、量子化学、 分子光谱学和固体物理学中的基本内容，以使学生打下了更为坚 实的理论基础. 考虑到化学系的学生往往不习惯于将其所学到的数理知识应 用于对具体科研问题的理论分析和处理，因此本书在写法上有意 加强了这方面的训练：对于重要的结果，或用较少的数学运算就 能得到的结果，并不廻避用高等数学进行严格推导，且对其物理 意义作理论分析。对于那些需用冗长的数学运算而又易弄混其物 理轮廓的问题，本文直接给出结果并分析其物理意义。 书中的第四章是相对独立部分，亦可作为量子化学课群论部 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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分的教材 限于作者的学术和教学水平，书中的不妥之处在所难免，恳 请读者给予批评指正。 本书在编写过程中得到辛厚文、俞书勤教授的帮助与支持， 在此顺致谢意。 编者 1990年1月 于中国科学技术大学近代化学系 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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月 录 前言 第一章量子力学基础 1,1量子概念的提出.(1) 1.1.1光的波动性与黑体辐射 .（1) 1.1.2量子概念的提出.（4) 】.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) 1.23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) 1.3.2汤姆森(Thomson)的原子模型.（11) 1.3.3原子核的发现.（11) 1.3,4卢瑟福(Ruther ford)的原子模型.（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 1.5.1微观粒子的状态.（18)1 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 1.5.4态迭加原理.（21) 16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) 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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1.6.3能量和时间的不确定关系.（26 1.7薛定诗(Schr odinger)方程.（27) 1.7.1Schrǒdinger方程的得来线索.（27) 1.7.2定态Schrǒdinger方程.(30) 1.8在势箱中运动的粒子.（32) 1.8.1 Schrodinger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) l.9.2线性算符和厄密(Her mite)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) 1.9.5 Hermite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.l0氢原子Schrodinger方程的解.（45) 1.l0.1原子的玻恩-奥本海默(Born-Oppenheimer) 近似.(45) 1.10,2分离变量.（47) 1.10.3重（φ）方程的解.（48) 1.10.4⊙(0)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波函数中。1m是在，ǜ2和.的共同本征函数 .(59) 4 1,l1.2塞曼（Zeeman))效应.（64) ◆1.11.3氢原子的维里(virial)定理.（65) 1,12氢原子的电子分布图.，（67) 、1.12,1径向分布图.： (67) 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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1.12.2角度分布图. (69): 1.12.3空间分布图. (72), 1.13电子自旋和角动量耦合. (72) 1,13.1电子自旋.(72) 1.13.2角动量耦合.（77) 习题.(79) 第二章多电子原子 2.1变分法 .(82) 2.1.1变分原理.（82) 2,12变分法.(83) 2.2氯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氨原子基态的变分处理.(89) 2,3自洽场方法.（94) 23.1氨原子总能量的表达式.(94) 2.3.2哈特利-福克(Hartr ee-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(Hu1d)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原宇光谱项.(112) ii过 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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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) 28,2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氨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 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) 3.1.2H生的线性变分处理.(139) 3.1.3积分6，B和S的计算 (141) 3.1.4H生的共价键.(145) 3.2分子轨道理论.(149) 3.2.1Born-Oppenheimer近似和非相对论近似.(149) 3.2.2单电子近似（轨道近似）.(150) 3.2.3LCAO近似. (151) 3.2.4电子的填充规则.(152) 3.3形成共价键的条件.(153) 3.3,1能量相近原则. .(153) 3.3.2最大重选原则.(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) iv 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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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第二周翔的同核双原子分子.(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.(16) 3.6双原子分子的光谱项.(170) 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H,分子的处理.(]78) 3.7.1海特勒-伦敦(Heitler-London)对H: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 41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对称操作的乘积、乘法表.(191) 4.2.1对称操作的乘积.(191) 4.2.2对称元素和对称操作之间的一般关系.(192) 4.2.3分子全部对弥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) 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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44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群的表示.(212) 4.5.1对称操作的矩阵形式· (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 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群论在化学健和分子力学中的应用.(240) 4.9.1杂化轨道(D对称性).(240) 4.9.2休克尔(Huckel)分子轨道(HMO)理论 苯分子.(242) 4,9,3分子振动H,0分子.(245) 4.10直乘积表示、分支规则. (247) 410.1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) 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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:第五章多原子分子 5,1从头计算法(ab initio).(257) 5,l.】哈特利-福克-罗汤(Hartree-Fock Roothaan)方程(HFR)方程.(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) 52.1CND0法. (264) 5,2,2EHM0法.(265) 5.3 Hackel分子轨道法. (266) 5.3.1 Hackel近似. (266) 5.3.2丁二烯HM0久期方程的解.(268) 5.3.3离域能.（272) 5.4HM0方法的应用.(273) 5.4.1链共轭多烯和单环平面共轭多烯.(273) 5.4.2无机共轭分子.(274) 5.4.3离域元键形成的条件.(276) 5.4.4电荷密度.（277) 5.4.5键级.(277) 5,4.6自由价. (273) 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) 5.5.3Sp,sp2和sp3等性杂化轨道. (284) 5.5.4不等性杂化轨道.(288) 5.5.5d-$一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) vii 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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