結構化學（第三版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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廈門大學化學係物構組 著，廈門大學化學係物構組 編

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030409997

版次：1

商品編碼：11494403

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材國傢精品課程配套教材

開本：16開

齣版時間：2014-07-01

頁數：312

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：高等學校化學、應用化學、材料化學、藥物化學等專業本科生
　　《結構化學》可作為高等學校化學、應用化學、材料化學、藥物化學等專業本科生的教學用書。

內容簡介

　　《結構化學》為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材、2004年國傢精品課程配套教材
《結構化學》以盧嘉锡先生於20世紀50年代為廈門大學開設的“物質結構”內容為藍本，匯集瞭幾代人的教學經驗，既保留瞭經典的結構化學內容，又注重吸收新的科研成果，主要包括量子力學基礎、原子結構、分子對稱性與點群、雙原子分子、多原子分子結構、晶體學基礎、金屬和閤金結構、離子化閤物等內容。《結構化學》的特點是突齣重點，基礎概念闡述清楚；圍繞難點，聯係化學現象或化學概念，做到深入淺齣。此外，《結構化學》還配有習題及部分習題參考答案，便於學習
《結構化學》所附光盤含網絡課程內容，晶體模型(動畫)，科學傢生平及例題、測試題等，既有助於加深學生對教材的理解，又可拓展學生的知識麵。

目錄

目錄
第三版前言
第二版前言
第一版前言
第1章量子力學基礎1
1.1量子力學的誕生1
1.1.119世紀末的物理學1
1.1.2三個重要實驗1
1.1.3德布羅意物質波4
1.1.4“測不準”關係5
1.2量子力學的基本假設6
1.2.1假設Ⅰ——狀態波函數和概率6
1.2.2假設Ⅱ——力學量與綫性自共軛算符8
1.2.3假設Ⅲ——Schr�塪inger方程9
1.2.4假設Ⅳ——態疊加原理10
1.2.5假設Ⅴ——Pauli不相容原理11
1.3量子力學的簡單應用12
1.3.1一維勢箱中的自由粒子12
1.3.2三維勢箱中的自由粒子14
1.3.3應用15
1.4量子力學的一些基本概念16
1.4.1全同粒子16
1.4.2錶象17
1.4.3隧道效應17
1.4.4維裏定理19
習題120
參考文獻22
第2章原子結構23
2.1類氫離子的Schr�塪inger方程23
2.1.1引言23
2.1.2變數分離24
2.1.3解Φ方程25
2.1.4Θ方程的解25
2.1.5R方程的解26
2.2類氫離子波函數及軌道能級27
2.2.1量子數的物理意義27
2.2.2主量子數n與能級28
2.2.3徑嚮分布函數29
2.2.4角度分布函數32
2.3多電子原子的結構35
2.3.1核外電子排布與電子組態35
2.3.2中心力場近似和自洽場方法36
2.3.3電離能與電子親和能37
2.3.4電負性41
2.4原子光譜項42
2.4.1定義42
2.4.2原子光譜項的推導43
2.4.3組態的能級分裂45
2.4.4基態光譜項46
習題247
參考文獻49
第3章分子對稱性與點群50
3.1對稱元素與點群50
3.1.1對稱性、對稱操作與對稱元素50
3.1.2鏇轉軸與轉動51
3.1.3對稱麵與反映52
3.1.4對稱心與反演53
3.1.5映轉軸與鏇轉反映53
3.1.6對稱點群54
3.2分子對稱點群56
3.2.1對稱點群分類56
3.2.2Cn群56
3.2.3Cnv群57
3.2.4Cnh群57
3.2.5Dn群58
3.2.6Dnh群59
3.2.7Dnd群61
3.2.8Sn群62
3.2.9高階群63
3.2.10分子點群的判彆67
3.3群的錶示理論68
3.3.1可約錶示與不可約錶示68
3.3.2特徵標錶69
3.3.3應用70
3.4分子對稱性與鏇光性和偶極矩72
3.4.1分子鏇光性72
3.4.2分子偶極矩73
習題376
參考文獻78
第4章雙原子分子79
4.1化學鍵理論簡介79
4.1.1原子間相互作用力79
4.1.2化學鍵理論79
4.1.3結構與性質的關係80
4.2變分法與H+2分子結構81
4.2.1H+2的結構和共價鍵的本質81
4.2.2變分法解Schr�塪inger方程81
4.2.3Haa、Hab、Sab的物理意義84
4.3分子軌道理論和雙原子分子結構85
4.3.1分子軌道理論85
4.3.2雙原子分子軌道的特點85
4.3.3同核雙原子分子87
4.3.4異核雙原子分子89
4.4價鍵理論和H2分子結構92
4.4.1價鍵理論92
4.4.2H2的價鍵處理92
習題494
參考文獻96
第5章多原子分子結構(一)97
5.1雜化軌道理論97
5.1.1雜化軌道波函數97
5.1.2雜化軌道的方嚮98
5.1.3應用99
5.2常見分子化學鍵101
5.2.1二元氫化物101
5.2.2各種氧化物102
5.2.3鹵化物103
5.2.4稀有氣體化閤物103
5.3離域化學鍵104
5.3.1一般π鍵104
5.3.2離域π鍵105
5.3.3共軛效應106
5.3.4芳香性107
5.4HMO方法108
5.4.1HMO方法簡介108
5.4.2丁二烯的HMO處理109
5.4.3電荷集居與分子圖110
5.4.4環烯烴體係111
5.5分子軌道先定係數法112
5.5.1介紹112
5.5.2偶數碳鏈分子115
5.5.3奇數碳鏈分子116
5.5.4共軛環鏈之一116
5.5.5共軛環鏈之二118
5.5.6復雜共軛體係119
5.6共價鍵能與半徑120
5.6.1共價鍵鍵能120
5.6.2鍵長和共價半徑121
5.6.3範德華半徑122
5.7前綫軌道理論和軌道對稱守恒原理124
5.7.1前綫軌道理論124
5.7.2分子軌道對稱守恒原理125
習題5128
參考文獻130
第6章多原子分子結構(二)131
6.1缺電子多中心鍵131
6.1.1硼烷的結構131
6.1.2Lipscomb的拓撲結構132
6.1.3封閉硼籠BnH2-n與Wade規則133
6.1.4其他缺電子多中心鍵134
6.2配閤物的化學鍵135
6.2.1簡介135
6.2.2σ鍵配閤物的結構137
6.2.3金屬羰基配閤物(σ�撥信浼�)138
6.2.4烯烴配位化閤物138
6.3配位場理論140
6.3.1中心離子電子組態的譜項140
6.3.2原子軌道在不同環境中的能級分裂141
6.3.3弱場方案143
6.3.4強場方案143
6.4過渡金屬原子簇化閤物145
6.4.1簇閤物中M�睲間多重鍵145
6.4.2金屬簇閤物的幾何構型與電子計數法146
6.5原子團簇148
6.5.1富勒烯碳籠148
6.5.2碳納米管150
6.6次級鍵151
6.6.1非金屬原子間次級鍵152
6.6.2非金屬�步鶚粼�子間次級鍵152
6.6.3金屬原子間次級鍵153
6.7氫鍵154
6.7.1氫鍵産生的條件和影響154
6.7.2水的氫鍵156
6.7.3幾種重要化閤物的氫鍵158
6.8超分子化學160
6.8.1分子化學與超分子化學160
6.8.2經典的超分子主體160
6.8.3分子識彆與超分子自組裝162
6.8.4晶體工程164
習題6164
參考文獻166
第7章晶體學基礎167
7.1晶體結構的周期性和點陣167
7.1.1晶體及其性質167
7.1.2周期性與點陣結構168
7.1.3晶胞171
7.1.4實際晶體171
7.2晶係、Bravais格子與晶麵172
7.2.1七個晶係172
7.2.214種空間點陣形式173
7.2.3晶麵與米勒指數175
7.3晶體的對稱性177
7.3.1晶體結構的對稱元素和對稱操作177
7.3.2晶體的宏觀對稱性——晶體學點群180
7.3.3晶體的微觀對稱性——空間群181
7.4晶體的X射綫衍射183
7.4.1引言183
7.4.2X射綫的産生與散射184
7.4.3衍射方嚮185
7.4.4倒易點陣與反射球187
7.4.5衍射強度188
7.4.6係統消光189
7.4.7X射綫相乾散射理論簡介190
7.5X射綫衍射的應用192
7.5.1單晶衍射法192
7.5.2多晶衍射法193
7.5.3應用194
7.6準晶198
7.6.1準晶的發現198
7.6.2平麵鑲嵌與黃金分割198
7.6.3二十麵體密堆199
7.6.4晶體的新定義200
7.6.5準晶種類200
習題7202
參考文獻205
第8章金屬和閤金結構207
8.1金屬鍵理論207
8.1.1自由電子模型207
8.1.2能帶理論208
8.2等徑球密堆積209
8.2.1三種密堆積209
8.2.2密堆與空隙211
8.3金屬單質結構213
8.3.1單質結構213
8.3.2金屬原子半徑214
8.4閤金的結構215
8.4.1金屬固溶體216
8.4.2金屬化閤物217
8.4.3金屬間隙化閤物220
8.5非晶態閤金222
8.5.1簡介222
8.5.2非晶態閤金的結構特徵223
8.5.3非晶態閤金的製備與分類224
8.5.4性能與應用225
習題8226
參考文獻229
第9章離子化閤物230
9.1晶格能230
9.1.1晶格能的靜電模型230
9.1.2晶格能的熱力學模型231
9.2幾種典型的二元離子晶體結構232
9.2.1NaCl型232
9.2.2CsCl型233
9.2.3ZnS型233
9.2.4CaF2型234
9.2.5TiO2型234
9.3離子半徑235
9.3.1引言235
9.3.2離子半徑與周期錶236
9.3.3離子堆積規則238
9.4離子極化239
9.4.1離子極化的概念239
9.4.2離子極化對結構的影響239
9.5多元離子化閤物242
9.5.1主要多元離子化閤物243
9.5.2Pauling規則246
9.5.3矽酸鹽的結構247
9.6功能材料晶體249
9.6.1高溫超導晶體249
9.6.2非綫性光學晶體251
9.6.3磁性材料252
9.6.4功能轉化材料254
9.7有機晶體255
9.7.1一般有機晶體255
9.7.2含氫鍵的晶體257
9.7.3嵌入式晶體257
9.7.4聚閤物（高分子）晶體258
9.7.5生物分子晶體258
9.8液晶260
9.8.1簡介260
9.8.2熱緻液晶260
9.8.3溶緻液晶261
9.8.4液晶的應用262
習題9263
參考文獻267
附錄268
附錄1實習268
附錄2單位、物理常數和換算因子271
附錄332個晶體學點群極射赤道平麵投影圖274
附錄4原子軌道能級/R(實驗測定)276
附錄5點群特徵標錶277
附錄6晶體的230個空間群的記號286
附錄7國際晶體結構數據庫概況288
附錄8部分習題參考答案290

精彩書摘

第1章量子力學基礎第1章量子力學基礎〖*2〗
1.1量子力學的誕生〖*2〗
1.1.1 19世紀末的物理學

經典物理學發展到19世紀末，已形成一個相當完善的體係。在機械力學方麵有牛頓(Newton)三大定律，熱力學方麵有吉布斯(Gibbs)理論，電磁學方麵有麥剋斯韋(Maxwell)方程統一
解釋電、磁、光等現象，而統計方麵有玻耳茲曼(Boltzmann)的統計力學。當時物理學傢很
自豪地說，物理學的問題基本解決瞭，一般的物理現象都可以從以上某一學說獲得解釋。但有幾個物理實驗還沒找到解釋的途徑，而恰恰是這幾個實驗為我們打開瞭一扇通嚮微觀世
界的大門。
1.1.2三個重要實驗
〖*2〗1�焙諤宸�射

圖1.1黑體輻射示意圖

幾乎吸收全部入射光綫輻射的錶麵稱為黑體錶麵。帶小孔的空腔可作為黑體錶麵的一個例子，它幾乎完全吸收入射輻射。通過小孔進去的光綫碰到內錶麵時部分吸

收，部分漫反射，反射光綫再次被部分吸收和部分漫反射……隻有很小部分入射光有機會再從小孔中齣來，如圖1��1所示。
19世紀末，人們已對黑體輻射實驗進行瞭仔細測量，發現輻射強度對腔壁溫度T的依賴關係，各種溫度在不同波長處有一極大值λmax(圖1��2)。根據維恩(Wien)定律λmaxT=C0，輻射強度與腔壁形狀和材料無關。但還需要找齣用波長與溫度來錶達能量的錶達式。

圖1.2輻射強度對溫度的依賴



1900年12月14日，普朗剋(Planck)在德國物理學會的一次會議上提齣瞭黑體輻射定律的推導。在推導輻射強度作為波長和溫度函數的理論錶達式時，普朗剋做瞭一個特彆基本的假定，從而背離瞭經典物理學。這個假定的精髓可以說明如下:一個自然頻率為ν的振子隻能夠取得或釋放成包的能量，每包的大小為E=hν，這裏的h是一個自然界的新的基本常數。根據這一假定，Planck推導齣一個錶達式：


λmaxckT=C0ck=0��2
014h(1��1)


Planck本人在接受這個背離經典物理學的假定時是非常勉強的。在他做齣偉大的發現之後，還一直試圖在經典力學基礎上解釋黑體輻射現象。關於這些無效的努力，他後來說他並不認為它們是無用勞動，由於反復失敗，纔使他最後相信：不可能在經典物理學內求得說明。

Planck輻射定律完整的形式錶達如下：


E(λ，T)=8πhcλ51exp(hc/λkT)-1(1��2)


式中：E(λ，T)為黑體腔內在溫度T和波長λ處單位波長間隔中的輻射能強度；k為Boltzmann常量；c為光速；h為一個新的自然常量，等於6��626×10-34J·s，後人稱之為Planck常量。
2.光電效應
物理學傢進行的光電實驗裝置如圖1��3所示。


圖1.3光電效應示意圖


光照射在金屬錶麵，某些時候有電子從錶麵逸齣。令人驚奇的是：逸齣電子的動能與光的強度無關，但卻以非常簡單的方式依賴於頻率。增大光的強度，隻增加瞭單位時間內發射的電子數，但不會增加電子的能量。經典力學對此難以解釋。1905年，愛因斯坦(Einstein)提齣，如果光的行為是一束粒子流，每個光子具有能量hν(ν為頻率)，則以上結果可以解釋。他預計從金屬錶麵逸齣的電子動能可用式(1��3)計算：


12mv2=hν-W(1��3)


式中：W是一個電子逸齣錶麵所需最低能量(也稱功函數)。這種解釋被實驗所證實。
眾所周知，早在17世紀對光的本性有Newton的微粒說與惠更斯(Huygens)的波動說。由於光的衍射與乾涉現象，波動說一度占上風。Einstein又提齣光子說，即光是波粒二象性的，圓滿地解釋瞭光電效應。光子學說的內容如下：

(1) 光是一束光子流，每一種頻率的光的能量都有一個最小單位，稱為光子，光子的能量與光子的頻率成正比，即


ε=hν(1��4)

式中：h為Planck常量；ν為光子的頻率。
(2) 光子不但有能量，還有質量(m)，但光子的靜止質量為零。按相對論的質能聯係定律，即

ε=mc2(1��5)

光子的質量為m=hν/c2，所以不同頻率的光子有不同的質量。
(3) 光子具有一定的動量(P)，P=mc=hν/c=h/λ，光子有動量在光壓的實驗中得到證實。
(4) 光的強度取決於單位體積內光子的數目，即光子密度。
光子說能解釋實驗觀測的結果：當hνW時，金屬中逸齣電子具有一定動能，它隨ν的增加而增加。
Planck黑體輻射與Einstein的光電效應聯係起來，稱為Planck�睧instein關係式，即

E=hν=hcλ(1��6)


3.原子光譜
1911年，盧瑟福(Rutherford)提齣原子結構模型，即原子由原子核與電子組成，原子核是一個很小的帶正電的核，電子帶負電繞核鏇轉。按照經典力學，原子不可能是一個靜止體係，電子與核的電場相互作用，不斷輻射能量，最後將螺鏇狀地落入原子核。但從原子光譜觀察，在沒有外力作用時，原子不發生輻射；受到光、電等作用時，原子也隻發射自己特有的頻率，不會連續輻射。
氫原子在可見光區觀察到四種波長的譜綫(圖1��4)，以後又發現紅外、紫外區的其他譜綫。巴爾麥(Balmer)、裏德伯(Rydberg)等發現它們符閤式(1��7)：

圖1.4氫原子可見光區譜綫

1λ=R1n2i-n2j(ni=1，2，…)(1��7)
式中：R為Rydberg常量。
為瞭解釋原子光譜，1913年玻爾(Bohr)提齣原子結構理論，該理論基於經典力學。為瞭解釋電子不緻落入原子核，Bohr引入一個量子條件——電子所處的軌道是一些特彆的軌道，隻有吸收或放齣能量與Planck�睧instein關係式相符，電子纔能從一個軌道躍遷到另一個軌道。
1.1.3德布羅意物質波
Einstein為瞭解釋光電效應提齣瞭光子說，即光子是具有波粒二象性的微粒，這一觀點在科學界引起很大震動。1924年，年輕的法國物理學傢德布羅意(de Broglie)由此受到啓發，大膽提齣這種現象不僅對光的本性如此，而且也可能適用於其他微粒。他說：“整個世紀來，在光學上，比起波動研究方法，是過於忽略瞭粒子的研究方法；在實物理論上，是否發生瞭相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖像想得太多，而忽略瞭波的圖像？”從這種思想齣發，de Broglie假定，適閤光子的E=hν 和λ=hP，也適用於電子和其他實物微粒。根據這些公式，de Broglie預言電子的波長在10-10m數量級。
1927年，戴維遜(Davisson)和革末(Germer)的電子衍射實驗證實瞭de Broglie的假設。電子的de Broglie波長為

λ=hP=hmv(1��8)

電子運動速度由加速電子運動的電場勢V決定，即T=12mv2=eV，故

λ=h2meV(1��9)



圖1.5電子衍射圖

Davisson等估算瞭電子的運動速度，若將電子加壓到1000V，電子波長應為幾十皮米，這樣尺寸的波長一般光柵無法檢驗齣它的波動性。他們聯想到這一尺寸恰是晶體中原子間距，所以選擇瞭金屬Ni的單晶為衍射光柵。將電子束加速到一定速度去轟擊金屬Ni的單晶靶，觀察到完全類似X射綫的衍射圖案，證實瞭電子確實具

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