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编辑推荐

适读人群 ：高等学校化学、应用化学、材料化学、药物化学等专业本科生
　　《结构化学》可作为高等学校化学、应用化学、材料化学、药物化学等专业本科生的教学用书。

内容简介

　　《结构化学》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材、2004年国家精品课程配套教材
《结构化学》以卢嘉锡先生于20世纪50年代为厦门大学开设的“物质结构”内容为蓝本，汇集了几代人的教学经验，既保留了经典的结构化学内容，又注重吸收新的科研成果，主要包括量子力学基础、原子结构、分子对称性与点群、双原子分子、多原子分子结构、晶体学基础、金属和合金结构、离子化合物等内容。《结构化学》的特点是突出重点，基础概念阐述清楚；围绕难点，联系化学现象或化学概念，做到深入浅出。此外，《结构化学》还配有习题及部分习题参考答案，便于学习
《结构化学》所附光盘含网络课程内容，晶体模型(动画)，科学家生平及例题、测试题等，既有助于加深学生对教材的理解，又可拓展学生的知识面。

目录

目录
第三版前言
第二版前言
第一版前言
第1章量子力学基础1
1.1量子力学的诞生1
1.1.119世纪末的物理学1
1.1.2三个重要实验1
1.1.3德布罗意物质波4
1.1.4“测不准”关系5
1.2量子力学的基本假设6
1.2.1假设Ⅰ——状态波函数和概率6
1.2.2假设Ⅱ——力学量与线性自共轭算符8
1.2.3假设Ⅲ——Schr�塪inger方程9
1.2.4假设Ⅳ——态叠加原理10
1.2.5假设Ⅴ——Pauli不相容原理11
1.3量子力学的简单应用12
1.3.1一维势箱中的自由粒子12
1.3.2三维势箱中的自由粒子14
1.3.3应用15
1.4量子力学的一些基本概念16
1.4.1全同粒子16
1.4.2表象17
1.4.3隧道效应17
1.4.4维里定理19
习题120
参考文献22
第2章原子结构23
2.1类氢离子的Schr�塪inger方程23
2.1.1引言23
2.1.2变数分离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类氢离子波函数及轨道能级27
2.2.1量子数的物理意义27
2.2.2主量子数n与能级28
2.2.3径向分布函数29
2.2.4角度分布函数32
2.3多电子原子的结构35
2.3.1核外电子排布与电子组态35
2.3.2中心力场近似和自洽场方法36
2.3.3电离能与电子亲和能37
2.3.4电负性41
2.4原子光谱项42
2.4.1定义42
2.4.2原子光谱项的推导43
2.4.3组态的能级分裂45
2.4.4基态光谱项46
习题247
参考文献49
第3章分子对称性与点群50
3.1对称元素与点群50
3.1.1对称性、对称操作与对称元素50
3.1.2旋转轴与转动51
3.1.3对称面与反映52
3.1.4对称心与反演53
3.1.5映转轴与旋转反映53
3.1.6对称点群54
3.2分子对称点群56
3.2.1对称点群分类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高阶群63
3.2.10分子点群的判别67
3.3群的表示理论68
3.3.1可约表示与不可约表示68
3.3.2特征标表69
3.3.3应用70
3.4分子对称性与旋光性和偶极矩72
3.4.1分子旋光性72
3.4.2分子偶极矩73
习题376
参考文献78
第4章双原子分子79
4.1化学键理论简介79
4.1.1原子间相互作用力79
4.1.2化学键理论79
4.1.3结构与性质的关系80
4.2变分法与H+2分子结构81
4.2.1H+2的结构和共价键的本质81
4.2.2变分法解Schr�塪inger方程81
4.2.3Haa、Hab、Sab的物理意义84
4.3分子轨道理论和双原子分子结构85
4.3.1分子轨道理论85
4.3.2双原子分子轨道的特点85
4.3.3同核双原子分子87
4.3.4异核双原子分子89
4.4价键理论和H2分子结构92
4.4.1价键理论92
4.4.2H2的价键处理92
习题494
参考文献96
第5章多原子分子结构(一)97
5.1杂化轨道理论97
5.1.1杂化轨道波函数97
5.1.2杂化轨道的方向98
5.1.3应用99
5.2常见分子化学键101
5.2.1二元氢化物101
5.2.2各种氧化物102
5.2.3卤化物103
5.2.4稀有气体化合物103
5.3离域化学键104
5.3.1一般π键104
5.3.2离域π键105
5.3.3共轭效应106
5.3.4芳香性107
5.4HMO方法108
5.4.1HMO方法简介108
5.4.2丁二烯的HMO处理109
5.4.3电荷集居与分子图110
5.4.4环烯烃体系111
5.5分子轨道先定系数法112
5.5.1介绍112
5.5.2偶数碳链分子115
5.5.3奇数碳链分子116
5.5.4共轭环链之一116
5.5.5共轭环链之二118
5.5.6复杂共轭体系119
5.6共价键能与半径120
5.6.1共价键键能120
5.6.2键长和共价半径121
5.6.3范德华半径122
5.7前线轨道理论和轨道对称守恒原理124
5.7.1前线轨道理论124
5.7.2分子轨道对称守恒原理125
习题5128
参考文献130
第6章多原子分子结构(二)131
6.1缺电子多中心键131
6.1.1硼烷的结构131
6.1.2Lipscomb的拓扑结构132
6.1.3封闭硼笼BnH2-n与Wade规则133
6.1.4其他缺电子多中心键134
6.2配合物的化学键135
6.2.1简介135
6.2.2σ键配合物的结构137
6.2.3金属羰基配合物(σ�拨信浼�)138
6.2.4烯烃配位化合物138
6.3配位场理论140
6.3.1中心离子电子组态的谱项140
6.3.2原子轨道在不同环境中的能级分裂141
6.3.3弱场方案143
6.3.4强场方案143
6.4过渡金属原子簇化合物145
6.4.1簇合物中M�睲间多重键145
6.4.2金属簇合物的几何构型与电子计数法146
6.5原子团簇148
6.5.1富勒烯碳笼148
6.5.2碳纳米管150
6.6次级键151
6.6.1非金属原子间次级键152
6.6.2非金属�步鹗粼�子间次级键152
6.6.3金属原子间次级键153
6.7氢键154
6.7.1氢键产生的条件和影响154
6.7.2水的氢键156
6.7.3几种重要化合物的氢键158
6.8超分子化学160
6.8.1分子化学与超分子化学160
6.8.2经典的超分子主体160
6.8.3分子识别与超分子自组装162
6.8.4晶体工程164
习题6164
参考文献166
第7章晶体学基础167
7.1晶体结构的周期性和点阵167
7.1.1晶体及其性质167
7.1.2周期性与点阵结构168
7.1.3晶胞171
7.1.4实际晶体171
7.2晶系、Bravais格子与晶面172
7.2.1七个晶系172
7.2.214种空间点阵形式173
7.2.3晶面与米勒指数175
7.3晶体的对称性177
7.3.1晶体结构的对称元素和对称操作177
7.3.2晶体的宏观对称性——晶体学点群180
7.3.3晶体的微观对称性——空间群181
7.4晶体的X射线衍射183
7.4.1引言183
7.4.2X射线的产生与散射184
7.4.3衍射方向185
7.4.4倒易点阵与反射球187
7.4.5衍射强度188
7.4.6系统消光189
7.4.7X射线相干散射理论简介190
7.5X射线衍射的应用192
7.5.1单晶衍射法192
7.5.2多晶衍射法193
7.5.3应用194
7.6准晶198
7.6.1准晶的发现198
7.6.2平面镶嵌与黄金分割198
7.6.3二十面体密堆199
7.6.4晶体的新定义200
7.6.5准晶种类200
习题7202
参考文献205
第8章金属和合金结构207
8.1金属键理论207
8.1.1自由电子模型207
8.1.2能带理论208
8.2等径球密堆积209
8.2.1三种密堆积209
8.2.2密堆与空隙211
8.3金属单质结构213
8.3.1单质结构213
8.3.2金属原子半径214
8.4合金的结构215
8.4.1金属固溶体216
8.4.2金属化合物217
8.4.3金属间隙化合物220
8.5非晶态合金222
8.5.1简介222
8.5.2非晶态合金的结构特征223
8.5.3非晶态合金的制备与分类224
8.5.4性能与应用225
习题8226
参考文献229
第9章离子化合物230
9.1晶格能230
9.1.1晶格能的静电模型230
9.1.2晶格能的热力学模型231
9.2几种典型的二元离子晶体结构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离子半径235
9.3.1引言235
9.3.2离子半径与周期表236
9.3.3离子堆积规则238
9.4离子极化239
9.4.1离子极化的概念239
9.4.2离子极化对结构的影响239
9.5多元离子化合物242
9.5.1主要多元离子化合物243
9.5.2Pauling规则246
9.5.3硅酸盐的结构247
9.6功能材料晶体249
9.6.1高温超导晶体249
9.6.2非线性光学晶体251
9.6.3磁性材料252
9.6.4功能转化材料254
9.7有机晶体255
9.7.1一般有机晶体255
9.7.2含氢键的晶体257
9.7.3嵌入式晶体257
9.7.4聚合物（高分子）晶体258
9.7.5生物分子晶体258
9.8液晶260
9.8.1简介260
9.8.2热致液晶260
9.8.3溶致液晶261
9.8.4液晶的应用262
习题9263
参考文献267
附录268
附录1实习268
附录2单位、物理常数和换算因子271
附录332个晶体学点群极射赤道平面投影图274
附录4原子轨道能级/R(实验测定)276
附录5点群特征标表277
附录6晶体的230个空间群的记号286
附录7国际晶体结构数据库概况288
附录8部分习题参考答案290

精彩书摘

第1章量子力学基础第1章量子力学基础〖*2〗
1.1量子力学的诞生〖*2〗
1.1.1 19世纪末的物理学

经典物理学发展到19世纪末，已形成一个相当完善的体系。在机械力学方面有牛顿(Newton)三大定律，热力学方面有吉布斯(Gibbs)理论，电磁学方面有麦克斯韦(Maxwell)方程统一
解释电、磁、光等现象，而统计方面有玻耳兹曼(Boltzmann)的统计力学。当时物理学家很
自豪地说，物理学的问题基本解决了，一般的物理现象都可以从以上某一学说获得解释。但有几个物理实验还没找到解释的途径，而恰恰是这几个实验为我们打开了一扇通向微观世
界的大门。
1.1.2三个重要实验
〖*2〗1�焙谔宸�射

图1.1黑体辐射示意图

几乎吸收全部入射光线辐射的表面称为黑体表面。带小孔的空腔可作为黑体表面的一个例子，它几乎完全吸收入射辐射。通过小孔进去的光线碰到内表面时部分吸

收，部分漫反射，反射光线再次被部分吸收和部分漫反射……只有很小部分入射光有机会再从小孔中出来，如图1��1所示。
19世纪末，人们已对黑体辐射实验进行了仔细测量，发现辐射强度对腔壁温度T的依赖关系，各种温度在不同波长处有一极大值λmax(图1��2)。根据维恩(Wien)定律λmaxT=C0，辐射强度与腔壁形状和材料无关。但还需要找出用波长与温度来表达能量的表达式。

图1.2辐射强度对温度的依赖



1900年12月14日，普朗克(Planck)在德国物理学会的一次会议上提出了黑体辐射定律的推导。在推导辐射强度作为波长和温度函数的理论表达式时，普朗克做了一个特别基本的假定，从而背离了经典物理学。这个假定的精髓可以说明如下:一个自然频率为ν的振子只能够取得或释放成包的能量，每包的大小为E=hν，这里的h是一个自然界的新的基本常数。根据这一假定，Planck推导出一个表达式：


λmaxckT=C0ck=0��2
014h(1��1)


Planck本人在接受这个背离经典物理学的假定时是非常勉强的。在他做出伟大的发现之后，还一直试图在经典力学基础上解释黑体辐射现象。关于这些无效的努力，他后来说他并不认为它们是无用劳动，由于反复失败，才使他最后相信：不可能在经典物理学内求得说明。

Planck辐射定律完整的形式表达如下：


E(λ，T)=8πhcλ51exp(hc/λkT)-1(1��2)


式中：E(λ，T)为黑体腔内在温度T和波长λ处单位波长间隔中的辐射能强度；k为Boltzmann常量；c为光速；h为一个新的自然常量，等于6��626×10-34J·s，后人称之为Planck常量。
2.光电效应
物理学家进行的光电实验装置如图1��3所示。


图1.3光电效应示意图


光照射在金属表面，某些时候有电子从表面逸出。令人惊奇的是：逸出电子的动能与光的强度无关，但却以非常简单的方式依赖于频率。增大光的强度，只增加了单位时间内发射的电子数，但不会增加电子的能量。经典力学对此难以解释。1905年，爱因斯坦(Einstein)提出，如果光的行为是一束粒子流，每个光子具有能量hν(ν为频率)，则以上结果可以解释。他预计从金属表面逸出的电子动能可用式(1��3)计算：


12mv2=hν-W(1��3)


式中：W是一个电子逸出表面所需最低能量(也称功函数)。这种解释被实验所证实。
众所周知，早在17世纪对光的本性有Newton的微粒说与惠更斯(Huygens)的波动说。由于光的衍射与干涉现象，波动说一度占上风。Einstein又提出光子说，即光是波粒二象性的，圆满地解释了光电效应。光子学说的内容如下：

(1) 光是一束光子流，每一种频率的光的能量都有一个最小单位，称为光子，光子的能量与光子的频率成正比，即


ε=hν(1��4)

式中：h为Planck常量；ν为光子的频率。
(2) 光子不但有能量，还有质量(m)，但光子的静止质量为零。按相对论的质能联系定律，即

ε=mc2(1��5)

光子的质量为m=hν/c2，所以不同频率的光子有不同的质量。
(3) 光子具有一定的动量(P)，P=mc=hν/c=h/λ，光子有动量在光压的实验中得到证实。
(4) 光的强度取决于单位体积内光子的数目，即光子密度。
光子说能解释实验观测的结果：当hνW时，金属中逸出电子具有一定动能，它随ν的增加而增加。
Planck黑体辐射与Einstein的光电效应联系起来，称为Planck�睧instein关系式，即

E=hν=hcλ(1��6)


3.原子光谱
1911年，卢瑟福(Rutherford)提出原子结构模型，即原子由原子核与电子组成，原子核是一个很小的带正电的核，电子带负电绕核旋转。按照经典力学，原子不可能是一个静止体系，电子与核的电场相互作用，不断辐射能量，最后将螺旋状地落入原子核。但从原子光谱观察，在没有外力作用时，原子不发生辐射；受到光、电等作用时，原子也只发射自己特有的频率，不会连续辐射。
氢原子在可见光区观察到四种波长的谱线(图1��4)，以后又发现红外、紫外区的其他谱线。巴尔麦(Balmer)、里德伯(Rydberg)等发现它们符合式(1��7)：

图1.4氢原子可见光区谱线

1λ=R1n2i-n2j(ni=1，2，…)(1��7)
式中：R为Rydberg常量。
为了解释原子光谱，1913年玻尔(Bohr)提出原子结构理论，该理论基于经典力学。为了解释电子不致落入原子核，Bohr引入一个量子条件——电子所处的轨道是一些特别的轨道，只有吸收或放出能量与Planck�睧instein关系式相符，电子才能从一个轨道跃迁到另一个轨道。
1.1.3德布罗意物质波
Einstein为了解释光电效应提出了光子说，即光子是具有波粒二象性的微粒，这一观点在科学界引起很大震动。1924年，年轻的法国物理学家德布罗意(de Broglie)由此受到启发，大胆提出这种现象不仅对光的本性如此，而且也可能适用于其他微粒。他说：“整个世纪来，在光学上，比起波动研究方法，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图像想得太多，而忽略了波的图像？”从这种思想出发，de Broglie假定，适合光子的E=hν 和λ=hP，也适用于电子和其他实物微粒。根据这些公式，de Broglie预言电子的波长在10-10m数量级。
1927年，戴维逊(Davisson)和革末(Germer)的电子衍射实验证实了de Broglie的假设。电子的de Broglie波长为

λ=hP=hmv(1��8)

电子运动速度由加速电子运动的电场势V决定，即T=12mv2=eV，故

λ=h2meV(1��9)



图1.5电子衍射图

Davisson等估算了电子的运动速度，若将电子加压到1000V，电子波长应为几十皮米，这样尺寸的波长一般光栅无法检验出它的波动性。他们联想到这一尺寸恰是晶体中原子间距，所以选择了金属Ni的单晶为衍射光栅。将电子束加速到一定速度去轰击金属Ni的单晶靶，观察到完全类似X射线的衍射图案，证实了电子确实具

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