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第Ⅰ部分 化学键理论基础2

第一章 量子理论导论2

1.1 波粒二象性和测不准原理2

1.1.1 光和实物粒子的波粒二象性2

1.1.2 测不准原理和几率概念3

1.2 电子的波函数和几率密度函数4

1.3 电子的波动方程:Schrodinger方程7

1.4 Schrodinger方程的简单应用10

1.4.1 一维箱中粒子10

1.4.2 三维箱中粒子12

1.4.3 环中的粒子14

参考文献15

第二章 原子的电子结构16

2.1 氢原子16

2.1.1 氢原子的Schrodinger方程及其变数分离16

2.1.2 氢原子轨道的角度部分17

2.1.3 氢原子轨道的径向部分和总波函数19

2.1.4 原子轨道的形状23

2.1.5 氢原子的能级24

2.2 氦原子和Pauli不相容原理25

2.2.1 氦原子:基态25

2.2.2 行列式型波函数和Pauli不相容原理28

2.2.3 氦原子激发态:Is12s1电子组态30

2.3 多电子原子:电子组态和光谱项32

2.3.1 多电子原子的Schrodinger方程及近似解32

2.3.2 多电子原子的基态电子组态33

2.3.3 电子组态和光谱项33

2.3.4 关于谱项的Hund规则37

2.4 原子结构参数和元素的性质38

2.4.1 电离能和电子亲合能38

2.4.2 电负性的光谱标度(Xs)41

2.4.3 相对论效应对元素性质的影响45

参考文献49

第三章 分子中的共价键50

3.1 氢分子离子:成键和反键分子轨道50

3.1.1 变分法用于分子体系50

3.1.2 氢分子离子：能量51

3.1.3 氢分子离子：波函数53

3.1.4 分子轨道理论简述55

3.2 氢分子：分子轨道理论和价键理论的处理56

3.2.1 氢分子的分子轨道模型56

3.2.2 氢分子的价键模型56

3.2.3 分子轨道模型和价键模型的等当性59

3.3 双原子分子60

3.3.1 同核双原子分子61

3.3.2 异核双原子分子64

3.4 线性三原子分子和spn杂化方式67

3.4.1 BeH267

3.4.2 线性三原子分子的杂化理论68

3.4.3 CO269

3.4.4 spn杂化轨道71

3.4.5 原子的共价半径75

3.5 HMO处理共轭多烯体系76

3.5.1 用Huckel理论处理π共轭体系76

3.5.2 Woodward-Hoffmann和Fukui理论79

参考文献82

第四章 固体中的化学键83

4.1 固体的化学分类83

4.2 离子键86

4.2.1 离子的大小：离子半径86

4.2.2 离子化合物的点阵能88

4.3 金属键和能带理论91

4.3.1 基于分子轨道理论的化学处理92

4.3.2 半导体93

4.3.3 4d和5d过渡金属晶体结构型式的变异95

4.3.4 金属元素的熔点、沸点和原子化焓96

参考文献97

第五章 分子间相互作用和超分子结构98

5.1 分子间相互作用98

5.1.1 概述98

5.1.2 范德华作用的物理根源98

5.1.3 分子间相互作用的势能和原子的范德华半径100

5.2 固体中氢键结合的组合体101

5.3 超分子化学基础103

5.3.1 从分子化学到超分子化学103

5.3.2 历史的发展103

5.3.3 大环配体稳定的碱金属负离子盐和电子盐104

5.3.4 分子识别105

5.3.5 晶体工程107

5.3.6 自组装108

5.3.7 超分子合成子108

5.4 晶体工程中氢键的作用110

5.4.1 氢键和晶体堆积111

5.4.2 晶体工程中氢键的式样112

5.4.3 氢键和晶体设计115

5.5 配位键的超分子化学120

5.5.1 超分子的主要类型120

5.5.2 合成的谋略124

5.5.3 分子多边形体和分子管125

5.5.4 分子多面体128

5.6 晶体工程中系统的研究133

5.6.1 金刚石型网络133

5.6.2 由南瓜尼构成的转子结构138

参考文献141

第Ⅱ部分 化学中的对称性143

第六章 对称性和群论基础143

6.1 对称操作和对称元素143

6.1.1 对称操作和对称元素的分类143

6.1.2 对称操作的矩阵表示144

6.1.3 对称操作的“乘法”146

6.2 群的定义和性质147

6.3 点群的分类和分子的点群148

6.3.1 点对称元素的组合148

6.3.2 点群的分类和分子的点群150

6.4 不可约表示和特征标表155

6.4.1 可约表示和不可约表示155

6.4.2 不可约表示的性质156

6.4.3 特征标表157

6.5 直积及其应用160

6.5.1 直积160

6.5.2 鉴定非零积分和光谱选律161

6.6 特征标表在分子谱项中的应用163

参考文献166

附录6.1 常用点群的特征标表167

第七章 群论在分子结构中的一些应用176

7.1 分子轨道理论176

7.1.1 Ahn（n=2-6）分子176

7.1.2 环共轭多烯的Huckel理论184

7.2 杂化轨道的构建189

7.2.1 杂化作用方案189

7.2.2 杂化轨道的系数矩阵和分子轨道波函数间的关系190

7.2.3 有d轨道参加的杂化轨道191

7.3 分子的振动192

7.3.1 对称性和正则模式的活性192

7.3.2 几个用作说明的实例195

7.3.3 金属羰基络合物中CO的伸缩振动200

7.3.4 苯和相关化合物的振动光谱205

参考文献211

第八章 配位化合物中的化学键212

8.1 晶体场理论212

8.1.1 八面体和四面体配合物d轨道能级的分裂212

8.1.2 光谱化学系列，高自旋和低自旋配合物216

8.1.3 Jahn-Teller变形和其他晶体场217

8.1.4 光谱项的八面体晶体场分裂219

8.2 八面体配合物能级图220

8.2.1 Orgel图220

8.2.2 d-d跃迁的强度222

8.2.3 Tanabe-Sugano图224

8.2.4 弱场和强场近似的关系225

8.2.5 在配合物中自旋-轨道相互作用：双群227

8.3 八面体配合物的分子轨道理论230

8.3.1 八面体配合物中的σ键230

8.3.2 有π键的八面体配合物232

8.3.3 18电子规则234

8.4 四方平面配合物的电子光谱235

8.4.1 四方平面配合物ML4的能级图235

8.4.2 四方平面卤化物和氰化物的电子光谱237

8.5 在过渡金属配合物中振动-电子相互作用239

参考文献241

第九章 晶体的对称群242

9.1 晶体结构的周期性和点阵242

9.1.1 晶体结构的周期性242

9.1.2 结构基元和点阵243

9.1.3 点阵单位和晶胞245

9.1.4 实际晶体和一些与晶态有关的物质形态246

9.1.5 准晶体249

9.2 晶体结构的对称性254

9.2.1 晶体结构的对称元素254

9.2.2 晶系、晶族和晶胞的划分258

9.2.3 晶面指标和晶面间距260

9.3 晶体学点群261

9.3.1 晶体学点群的推引和分类261

9.3.2 点群的直观表示：极射赤平投影263

9.3.3 晶体学点群的子群和母群266

9.3.4 晶体的点群和晶体中的物理性质267

9.4 晶体的空间点阵类型269

9.5 空间群272

9.5.1 点操作与平移操作的组合272

9.5.2 空间群的推导274

9.5.3 空间群的分类277

9.5.4 空间群图表的内容和安排278

9.5.5 空间群的测定和应用282

9.5.6 晶体所属空间群的分布288

9.6 晶体结构测定289

9.6.1 单晶体样品289

9.6.2 衍射数据的收集和还原290

9.6.3 解出和精修晶体结构291

9.6.4 无序结构和绝对构型的测定295

9.6.5 结构表达和结果讨论296

参考文献300

第十章 无机晶体结构和晶体材料301

10.1 立方最密堆积及有关化合物的结构301

10.1.1 立方最密堆积（ccp）的结构301

10.1.2 NaCI和有关化合物的结构303

10.1.3 CaF2和有关化合物的结构307

10.1.4 立方硫化锌的结构308

10.1.5 尖晶石和有关化合物的结构310

10.2 六方最密堆积和有关化合物的结构311

10.2.1 六方最密堆积（hcp）的结构311

10.2.2 六方硫化锌的结构312

10.2.3 NiAs和有关化合物的结构313

10.2.4 CdI2和有关化合物的结构315

10.2.5 α-Al2O3的结构317

10.2.6 金红石的结构318

10.3 体心立方堆积和有关化合物的结构319

10.3.1 体心立方堆积（bcp）的结构319

10.3.2 α-AgI的结构和性质320

10.3.3 CsCl及有关化合物的结构322

10.4 钛酸钙及有关化合物的结构323

10.4.1 钙钛矿的结构323

10.4.2 钛酸钡的结构324

10.4.3 钙钛矿型超导体326

10.4.4 ReO3及有关化合物的结构327

参考文献328

第Ⅲ部分 化学结构化学选论330

第十一章 氢的结构化学330

11.1 氢的成键类型330

11.2 氢键333

11.2.1 氢键的概念和几何形态333

11.2.2 氢键的强度334

11.2.3 对称氢键335

11.2.4 有机金属固体中的氢键337

11.2.5 氢键的普遍性和重要性338

11.3 非常规的氢键340

11.3.1 X-H…π氢键340

11.3.2 X-H…M氢键342

11.3.3 X-H…H-Y二氢键343

11.4 过渡金属氯化物344

11.4.1 共价型过渡金属氢化物344

11.4.2 间隙型过渡金属氢化物345

11.5 分子氢（H2）的配位化合物347

11.5.1 H2配位化合物的结构和化学键347

11.5.2 X-Hσ键的配位金属化合物349

11.6 C-H-M（agostic）键350

参考文献352

第十二章 硼的结构化学353

12.1 单质硼353

12.2 硼化物356

12.2.1 金属硼化物356

12.2.2 非金属硼化物358

12.3 硼烷和碳硼烷360

12.3.1 硼烷和碳硼烷分子的几何结构360

12.3.2 3c-2e BHB和BBB键的描述362

12.3.3 硼烷结构的拓扑描述和规则363

12.4 键价和硼烷的结构364

12.4.1 分子骨干中的键价364

12.4.2 封闭型硼烷的化学键366

12.4.3 鸟巢型和蛛网型硼烷中的化学键367

12.5 硼酸和硼酸盐370

12.5.1 硼酸370

12.5.2 硼酸盐的结构371

12.5.3 B12H的全取代衍生物374

参考文献375

第十三章 碳和硅的结构化学376

13.1 碳的同素异构体376

13.1.1 金刚石376

13.1.2 石墨377

13.1.3 球碳378

13.1.4 无定形碳381

13.2 碳的化合物383

13.2.1 脂肪族化合物383

13.2.2 芳香族化合物384

13.2.3 球碳族化合物386

13.3 碳的化学键390

13.3.1 碳原子形成的共价键模型390

13.3.2 碳的配位数392

13.3.3 C-C键和C-X键的键长393

13.3.4 影响键长的因素394

13.3.5 C2基团在化合物中的成键型式396

13.4 硅化合物和硅酸盐399

13.4.1 硅和碳的比较399

13.4.2 硅的配位数401

13.4.3 硅酸盐402

参考文献405

第十四章 氮和磷的结构化学407

14.1 N2分子、纯氮离子和二氮络合物407

14.1.1 N2分子407

14.1.2 纯氮离子和N的连接性407

14.1.3 二氮络合物409

14.2 氮的化合物413

14.2.1 分子型氮的氧化物413

14.2.2 一氧化氮415

14.2.3 氮的含氧酸和含氧酸离子417

14.2.4 氮的氢化物421

14.3 单质磷和由磷原子组成的物种421

14.3.1 单质磷422

14.3.2 多磷负离子424

14.3.3 过渡金属配位化合物中多磷配位体的结构425

14.3.4 Pn物种中的键价426

14.4 磷在化合物中的配位几何型式428

14.5 磷氮化合物的结构和化学键432

14.5.1 磷氮键的类型432

14.5.2 磷氮烷432

14.5.3 磷氮烯434

参考文献436

第十五章 氧和硫的结构化学438

15.1 氧气和臭氧438

15.1.1 气氛的结构和性质438

15.1.2 二氧的有关物种和过氧化氢440

15.1.3 臭氧441

15.2 氧和二氧的金属配位化合物442

15.2.1 氧在金属配位化合物中的配位型式442

15.2.2 二氧金属配位化合物的配位型式442

15.2.3 生物的二氧载体444

15.3 水和冰的结构446

15.3.1 气相水的结构446

15.3.2 冰的结构447

15.3.3 液态水的结构模型449

15.3.4 水合氢离子H3O＋和H5O2＋451

15.4 硫的同素异构体和多硫原子物种453

15.4.1 硫的同素异构体453

15.4.2 多硫离子456

15.5 S-负离子配位体457

15.6 硫的氧化物和含氧酸461

15.6.1 硫的氧化物461

15.6.2 硫的含氧酸464

15.7 硫的氮化物468

参考文献470

第十六章 金属-金属键和过渡金属簇合物472

16.1 过渡金属簇合物的键价和键数472

16.2 二核过渡金属配合物475

16.2.1 符合18电子规则的二核过渡金属配合物476

16.2.2 MM四重键477

16.2.3 二核配合物中金属-金属键的价电子数和键价480

16.3 三核和四核过渡金属簇合物482

16.3.1 三核过渡金属簇合物482

16.3.2 四核过渡金属簇合物482

16.4 五核及五核以上过渡金属簇合物483

16.4.1 五核过渡金属簇合物483

16.4.2 六核过渡金属簇合物484

16.4.3 六核以上过渡金属簇合物485

16.5 等同键价和等同结构系列488

16.6 金属-金属相互作用研究的新进展489

16.6.1 亲金作用489

16.6.2 亲银作用和混合金属络合物491

16.6.3 金属线分子493

参考文献496

无机化学书籍推介498

索引504