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12 量子力学基础1

12．1 量子论的形成2

12．1．1 经典物理学的局限性2

12．1．2 黑体辐射和普朗克的量子假设2

12．1．3 光电效应和爱因斯坦的光量子假设4

12．1．4 氢原子光谱和玻尔理论5

12．2 实物粒子的波粒二象性8

12．2．1 光的波粒二象性8

12．2．2 实物粒子的波粒二象性9

12．3 物质波的表达及意义11

12．3．1 光波的表达11

12．3．2 物质波的表达11

12．3．3 物质波的统计意义12

12．4 测不准原理13

12．5 量子力学的基本假设与薛定谔(Schrodinger)方程15

12．5．1 假设Ⅰ——波函数与概率密度15

12．5．3 假设Ⅲ——薛定谔方程16

12．5．2 假设Ⅱ——态叠加原理16

12．5．4 假设Ⅳ——力学量与算符18

12．6 势阱中自由粒子的运动22

12．6．1 一维势阱模型22

12．6．2 一维势阱中粒子的薛定谔方程及其解23

12．6．3 解的物理意义24

12．6．4 三维势箱中自由粒子的运动26

小结28

思考题29

习题29

科学家及其思想方法——从量子假设看普朗克的思想方法31

科学展望——超晶格和量子阱的研究33

13 原子结构与性质34

13．1 单电子原子的薛定谔方程及其解34

13．1．1 单电子原子的薛定谔方程34

13．1．2 分离变量法35

13．1．3 方程的求解36

13．2．1 量子数和原子轨道40

13．2 单电子原子的状态40

13．2．2 简并态和简并度41

13．2．3 原子轨道函数的组成41

13．3 原子轨道和电子云的图形表示45

13．3．1 原子轨道(Ψ)和电子云(|Ψ|~2)的径向分布45

13．3．2 原子轨道(Ψ)和电子云(|Ψ|~2)的角度分布47

13．3．3 原子轨道(Ψ)和电子云(|Ψ|~2)的空间分布48

13．4．1 主量子数n和能量E50

13．4 量子数和力学量50

13．4．2 电子离核的平均距离r51

13．4．3 角量子数及角动量52

13．4．4 角量子数与磁矩52

13．4．5 磁量子数及角动量在磁场方向的分量53

13．4．6 角动量和磁矩在空间的取向53

13．5 电子的自旋运动与泡利原理54

13．5．1 电子的自旋运动55

13．5．2 泡利原理56

13．6．1 氦原子的薛定谔方程58

13．6 多电子原子的结构58

13．6．2 单电子近似模型59

13．6．3 中心力场模型60

13．6．4 原子轨道能62

13．6．5 原子核外电子的排布原则64

13．7 原子的电子层结构和元素周期系71

13．7．1 原子的电子层结构与周期的关系71

13．7．2 元素的族与分区72

13．8．1 原子半径74

13．8 元素基本性质的周期性74

13．8．2 原子半径的周期性变化规律75

13．8．3 电离能77

13．8．4 电子亲合能79

13．8．5 电负性80

13．9 原子的能级和光谱83

13．9．1 原子的状态和原子量子数83

13．9．2 原子光谱项85

13．9．3 原子能级和洪特规则86

13．9．4 原子光谱88

思考题90

小结90

习题91

科学家及其思想方法——光量子论的建立和爱因斯坦的思想方法93

14 双原子分子的结构95

14．1 离子键理论95

14．1．1 离子键理论95

14．1．2 离子键的键能96

14．2 氢分子离子的结构96

14．2．1 氢分子离子的薛定谔方程97

14．2．2 变分法原理98

14．2．3 用线性变分法求解H_2~+的薛定谔方程99

14．2．4 积分S_(ab)、H_(aa)、H_(ab)和能量102

14．2．5 H_2~+的两种状态和共价键本质104

14．3 分子轨道理论106

14．3．1 分子轨道近似和原子轨道的线性组合106

14．3．2 LCAO-MO的基本原则107

14．3．3 分子轨道的类型符号和电子填充规则112

14．4．1 氢分子结构和海特勒-伦敦解法114

14．4 氢分子的结构114

14．4．2 氢分子的单态和三重态117

14．5 价键理论119

14．6 同核双原子分子的结构120

14．6．1 分子轨道理论处理同核双原子分子120

14．6．2 价键法处理同核双原子分子124

14．7 异核双原子分子的结构125

14．7．1 分子轨道理论处理异核双原子分子125

14．7．2 价键理论处理异核双原子分子127

思考题128

小结128

习题129

科学家及其思想方法——原子结构的量子理论和玻尔的思想方法129

15 分子的对称性131

15．1 对称元素和对称操作131

15．1．1 恒等元素Z和恒等操作E131

15．1．2 旋转轴C和旋转操作C132

15．1．3 对称面σ和反映操作σ133

15．1．4 对称中心i和反演操作i133

15．1．6 反轴I_n和旋转反演操作I_n134

15．1．5 像转轴S_n和旋转反映操作S_n134

15．2 分子点群135

15．2．1 无轴群135

15．2．2 轴向群136

15．2．3 二面体群138

15．2．4 立方体群141

15．3 分子点群的确定142

15．4 分子的对称性和旋光性143

思考题145

小结145

习题146

科学家及其思想方法——类比法与波动力学的形成147

科学展望——绿色化学149

16 多原子分子的结构151

16．1 杂化轨道理论151

16．1．1 非共轭多原子分子的σ键和π键151

16．1．2 杂化轨道理论提出的实验基础152

16．1．3 杂化轨道理论153

16．1．4 杂化轨道理论的应用156

16．1．5 s-p不等性杂化159

16．1．6 不同价态原子采用的杂化轨道159

16．2 定域和离域MO及饱和多原子分子结构163

16．2．1 定域分子轨道163

16．2．2 离域分子轨道165

16．2．3 定域轨道和离域轨道的关系166

16．3 缺电子分子的结构168

16．3．1 缺电子分子168

16．3．2 缺电子分子的结构169

16．3．3 其他缺电子分子170

小结171

思考题171

习题171

科学家及其思想方法——鲍林的科学贡献和研究方法172

17 共轭分子的结构174

17．1 休克尔分子轨道法(HMO)174

17．1．1 共轭体系和共轭效应175

17．1．2 休克尔分子轨道法(HMO)175

17．1．3 用HMO法处理丁二烯分子177

17．1．4 结果讨论178

17．2 苯的离域π键180

17．3 离域π键的形成条件和类型184

17．3．1 离域π键的形成条件184

17．3．2 离域π键的类型185

17．4 分子图和共轭分子的性质188

17．4．1 布居分析和分子图188

17．4．2 分子图与分子的性质190

17．4．3 离域π键和共轭分子的性质191

17．5 分子轨道的对称性和反应机理195

17．5．1 前线分子轨道理论195

17．5．2 分子轨道对称守恒原理197

小结200

思考题201

习题201

科学展望——分子设计与分子工程学203

18．1．1 偶极矩205

18．1 分子的电学性质205

18 分子的电学性质、磁学性质和分子间作用力205

18．1．2 分子的极化206

18．1．3 极化率与介电常数的关系208

18．1．4 极化作用与频率的关系209

18．1．5 偶极矩与分子结构210

18．2 分子的磁学性质213

18．2．1 磁化率213

18．2．2 物质的磁性与微观结构的关系214

18．3 分子间的作用力215

18．3．1 范德华引力的本质216

18．3．2 林纳德-琼斯势219

18．3．3 疏水基团相互作用力220

18．4 范德华引力与物质物理化学性质的关系221

18．4．1 范德华引力对熔点和沸点的影响221

18．4．2 范德华引力与溶解度222

18．4．3 分子间力对吸附的影响222

18．4．4 空间位阻效应222

18．5．1 氢键的存在223

18．5 氢键223

18．5．2 氢键的本质224

18．5．3 氢键的类型225

18．5．4 氢键对物质物理化学性质的影响228

18．6 分子的键参数和几何构型228

18．6．1 分子中电子的电离能Ii和分子的总能量EM229

18．6．2 解离能和键能229

18．6．3 分子的键长、键角和几何构型230

小结234

思考题235

习题236

科学展望——分子的自组装和超分子238

19 原子簇化学239

19．1 导论239

19．1．1 原子簇的定义239

19．1．2 原子簇分类239

19．1．3 研究原子簇的意义240

19．1．4 我国簇合物的研究概况240

19．2．1 硼烷的组成及其通性241

19．2 硼烷241

19．2．2 硼烷的键型和结构243

19．2．3 硼烷的合成246

19．3 主族簇合物和团簇247

19．3．1 主族簇合物247

19．3．2 团簇249

19．4 过渡金属簇合物254

19．4．1 概述254

19．4．2 双核簇合物255

19．4．3 三核簇合物257

19．4．4 四核簇合物259

19．4．5 六核簇合物260

19．4．6 过渡金属簇合物的结构理论261

19．5 过渡金属簇合物的催化作用263

19．5．1 CO加氢反应263

19．5．2 烯烃的羟甲基化反应264

19．5．3 聚合反应265

19．5．4 固氮酶的催化作用266

思考题269

小结269

习题270

科学展望——分子生物学的形成与发展271

20 分子光谱273

20．1 分子光谱概述273

20．1．1 分子的运动形式和能量273

20．1．2 分子光谱的分类274

20．2 双原子分子的转动光谱276

20．2．1 刚性转子模型276

20．2．2 转动光谱的选择定律277

20．2．3 非刚性转子模型278

20．2．4 转动光谱的应用279

20．3 双原子分子的振动光谱280

20．3．1 谐振子模型280

20．3．2 振动光谱的选择定律281

20．3．3 非谐振子模型282

20．3．4 振动光谱的应用284

20．3．5 振动-转动光谱的精细结构288

20．4．1 拉曼散射效应290

20．4 拉曼光谱290

20．4．2 双原子分子的拉曼光谱292

20．5 分子的电子光谱294

20．5．1 概述294

20．5．2 电子能级和跃迁类型295

20．5．3 生色基297

20．5．4 电子光谱带的一般结构299

20．5．5 弗兰克-康登原理300

小结302

习题303

思考题303

科学展望——化学的发展与前沿305

21 晶体结构306

21．1 晶体结构的周期性和点阵理论306

21．1．1 晶体的特征306

21．1．2 点阵307

21．1．3 晶胞310

21．1．4 七个晶系与14种布拉维格子311

21．1．5 晶面和晶面指数313

21．2 晶体结构的对称性314

21．2．1 晶体的宏观对称性314

21．2．2 晶体的32个点群315

21．2．3 晶体的微观对称性315

21．2．4 空间群320

21．3 密堆积原理和金属晶体结构320

21．3．1 晶体结构的密堆积原理320

21．3．2 金属晶体的结构和金属原子半径322

21．3．3 晶体结构的能带理论323

21．3．4 合金的结构326

21．4 离子晶体的结构328

21．4．1 离子晶体的结构型式328

21．4．2 离子晶体的晶格能329

21．4．3 离子半径331

21．4．4 离子的极化333

21．5 非金属元素单质的晶体和分子晶体结构简介333

21．6 共价键型晶体和混合键型晶体简介335

21．7 晶体的X射线衍射336

21．7．1 劳埃方程337

21．7．2 布拉格方程338

21．7．3 衍射强度与晶胞中原子的分布341

21．8 粉末衍射法和物相分析344

21．8．1 粉末法原理344

21．8．2 粉末法X射线物相分析345

21．9 X射线单晶结构分析简介347

小结349

习题350

思考题350

科学展望——材料科学的发展351

参考文献353

附录355

Ⅰ．国际单位制(SI)355

Ⅱ．一些物理和化学的基本常数(1986年国际推荐值)356

Ⅲ．常用的换算因数357

中外文人名对照表359

关键词索引362

后记369