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第1章 量子力学基础1

1.1 量子力学的诞生1

1.1.1 19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7

1.2.1 假设Ⅰ——状态波函数和概率7

1.2.2 假设Ⅱ——力学量与线性自共轭算符9

1.2.3 假设Ⅲ——Schr？dinger方程10

1.2.4 假设Ⅳ——态叠加原理11

1.2.5 假设Ⅴ——Pauli不相容原理13

1.3 量子力学的简单应用13

1.3.1 一维势箱中的自由粒子13

1.3.2 三维势箱中的自由粒子16

1.3.3 应用17

1.4 量子力学的一些基本概念19

1.4.1 全同粒子19

1.4.2 表象20

1.4.3 隧道效应20

1.4.4 维理定理22

习题123

参考文献24

第2章 原子结构26

2.1 类氢离子的Schr？dinger方程26

2.1.1 引言26

2.1.2 变数分离28

2.1.3 解φ方程28

2.1.4 Θ方程的解29

2.1.5 R方程的解30

2.2.1 量子数的物理意义31

2.2 类氢离子波函数及轨道能级31

2.2.2 主量子数n与能级33

2.2.3 径向分布函数34

2.2.4 角度分布函数37

2.3 多电子原子的结构41

2.3.1 核外电子排布与电子组态41

2.3.2 中心力场近似和自洽场方法43

2.3.3 电离能与电子亲和能44

2.3.4 电负性47

2.4 原子光谱项48

2.4.1 定义48

2.4.2 原子光谱项的推导50

2.4.3 组态的能级分裂52

2.4.4 基态光谱项53

习题255

参考文献56

第3章 分子对称性与点群57

3.1 对称元素与点群57

3.1.1 对称性、对称操作与对称元素57

3.1.2 旋转轴与转动59

3.1.3 对称面与反映60

3.1.4 对称心和反演60

3.1.5 映转轴和旋转反映61

3.1.6 对称点群61

3.2 分子对称点群64

3.2.1 对称点群分类64

3.2.2 Cn群64

3.2.3 Cnv群65

3.2.4 Cnh群66

3.2.5 Dn群67

3.2.6 Dnh群68

3.2.7 Dnd群70

3.2.8 Sn群71

3.2.9 高阶群72

3.2.10 分子点群的判别77

3.3 群的表示理论79

3.3.1 可约表示与不可约表示79

3.3.2 特征标表80

3.3.3 应用82

3.4 分子对称性与旋光性偶极矩84

3.4.1 分子旋光性84

3.4.2 分子的偶极矩86

习题389

参考文献91

4.1.2 化学键理论92

4.1.1 原子间相互作用力92

4.1 化学键理论简介92

第4章 双原子分子92

4.1.3 结构与性质的关系94

4.2 变分法与H+、2分子结构94

4.2.1 H+、2的结构和共价键的本质94

4.2.2 变分法解Schr？dinger方程95

4.2.3 Haa、Hab、Sab的物理意义98

4.3 分子轨道理论和双原子分子结构99

4.3.1 分子轨道理论99

4.3.2 双原子分子轨道的特点100

4.3.3 同核双原子分子103

4.3.4 异核双原子分子105

4.4 价键理论和H2分子结构108

4.4.1 价键理论108

4.4.2 H2的价键处理108

习题4111

参考文献112

第5章 多原子分子结构（一）113

5.1 杂化轨道理论113

5.1.1 杂化轨道113

5.1.2 杂化轨道的方向114

5.1.3 成键能力115

5.1.4 应用116

5.2 价电子互斥理论119

5.3 离域π键121

5.3.1 一般π键121

5.3.2 离域π键121

5.3.3 共轭效应123

5.4 HMO方法124

5.4.1 HMO方法简介124

5.4.2 丁二烯的HMO处理125

5.4.3 电荷集居与分子图127

5.4.4 环烯烃体系128

5.5 分子轨道先定系数法130

5.5.1 介绍130

5.5.2 直链偶分子132

5.5.3 直链奇分子133

5.5.4 共轭环链之一134

5.5.5 共轭环链之二136

5.5.6 复杂共轭体系137

5.6 共价键能与半径139

5.6.1 共价键键能139

5.6.2 键长和共价半径140

5.6.3 范德华半径141

5.7 前线轨道理论和轨道对称守恒原理143

5.7.1 前线轨道理论143

5.7.2 分子轨道对称守恒原理144

习题5149

参考文献150

6.1 缺电子多中心键151

6.1.1 硼烷的结构151

第6章 多原子分子结构（二）151

6.1.2 BnHn+m的拓扑结构152

6.1.3 封闭硼笼BnH2-、n与Wade规则153

6.1.4 其他缺电子多中心键154

6.2 配合物的化学键156

6.2.1 简介156

6.2.2 σ键配合物的结构157

6.2.3 金属羰基配合物（σ-π配键）159

6.2.4 烯烃配位化合物160

6.3 配位场理论161

6.3.1 中心离子电子组态的谱项162

6.3.2 原子轨道在不同环境中的能级分裂163

6.3.4 强场方案165

6.3.3 弱场方案165

6.4 过渡金属原子簇化合物168

6.4.1 簇合物中M-M间多重键168

6.4.2 金属簇合物的几何构型与电子计数法169

6.5 原子团簇170

6.5.1 富勒烯碳笼171

6.5.2 碳纳米管173

6.6 次级键175

6.6.1 非金属原子间次级键176

6.6.2 非金属原子与金属原子间次级键176

6.6.3 金属原子间次级键177

6.7 氢键178

6.7.1 氢键产生的条件和影响178

6.7.2 几种重要化合物的氢键180

习题6184

参考文献186

第7章 晶体学基础187

7.1 晶体结构的周期性和点阵187

7.1.1 晶体及其性质187

7.1.2 周期性与点阵结构189

7.1.3 实际晶体192

7.2 晶体的宏观对称性193

7.2.1 晶面193

7.2.2 7个晶系195

7.2.3 14种空间点阵形式196

7.2.4 32个晶体学点群197

7.3 晶体的微观结构199

7.3.1 晶体结构的对称元素和对称操作199

7.3.2 晶胞202

7.3.3 空间群202

7.4.1 引言204

7.4 X射线晶体衍射204

7.4.2 X射线的产生205

7.4.3 衍射方向205

7.4.4 衍射强度208

7.4.5 倒易点阵与反射球209

7.4.6 系统消光210

7.4.7 X射线相干散射简介211

7.5 X射线衍射的应用214

7.5.1 单晶衍射法214

7.5.2 多晶衍射法216

7.5.3 应用217

习题7221

参考文献224

第8章 金属和合金结构225

8.1 金属键理论225

8.1.1 自由电子模型225

8.1.2 能带理论226

8.2 等径球密堆积229

8.2.1 等径球密堆积229

8.2.2 密堆与空隙230

8.3 金属单质结构233

8.3.1 金属单质结构233

8.3.2 金属原子半径234

8.4 合金的结构236

8.4.1 金属固溶体237

8.4.2 金属化合物238

8.4.3 金属间隙化合物240

8.5 准晶241

8.5.1 准晶的发现241

8.5.2 各种准晶243

8.5.3 二十面体密堆245

8.6.1 简介246

8.6 非晶态合金246

8.6.2 非晶态合金的结构特征247

8.6.3 非晶态合金的制备与分类248

8.6.4 性能与应用249

8.7 液晶250

8.7.1 液晶的定义与分类250

8.7.2 液晶的结构特点251

8.7.3 液晶的应用253

习题8253

参考文献255

第9章 离子化合物257

9.1 晶格能257

9.1.1 晶格能的静电模型257

9.1.2 晶格能的热力学模型259

9.2 几种典型的二元离子晶体结构259

9.2.3 ZnS型260

9.2.1 NaCl型260

9.2.2 CsCl型260

9.2.4 CaF2型261

9.2.5 TiO2（金红石）型262

9.3 离子半径263

9.3.1 引言263

9.3.2 离子半径与周期表264

9.3.3 离子堆积规则266

9.4 离子极化267

9.4.1 离子极化的概念267

9.4.2 离子极化对结构的影响268

9.5 多元离子化合物271

9.5.1 主要多元离子化合物271

9.5.2 Pauling规则272

9.5.3 硅酸盐的结构274

9.6.1 高温超导晶体275

9.6 功能材料晶体275

9.6.2 非线性光学晶体278

9.6.3 磁性材料280

9.6.4 功能转化材料282

习题9283

参考文献285

附录286

附录1 实习286

附录2 单位、物理常数和换算因子290

附录3 原子轨道能级／R（实验测定）293

附录4 32个晶体学点群极射赤道平面投影图294

附录5 点群特征标表296

附录6 晶体的230个空间群的记号307

附录7 国际晶体结构数据库概况309

附录8 部分习题参考答案312