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1量子理论和原子结构1

1.1地球化学—自洽原子的历史1

目录1

1.2量子理论的早期阶段2

1.2.1氢原子的卢瑟福—玻尔模型和“旧量子论”的三个假设2

1.2.2氢原子轨道半径和能量计算4

1.2.3原子结构和光谱；氢原子线光谱的计算4

1.2.4光谱的精细结构和索末菲对玻尔理论的发展；量子数7

1.3量子力学的基本方程——薛定谔方程10

1.3.1物理基础10

1.3.2薛定谔方程的推导14

1.4.1薛定谔方程解的物理意义19

1.4.2原子轨道的物理意义19

1.4原子轨道（薛定谔方程的解）19

1.4.3原子轨道的s、p、d、f分类24

1.5轨道半径（薛定谔方程的解）26

1.5.1关于多电子原子的电子结构计算26

1.5.2轨道半径和原子波函数28

1.6电子自旋30

1.7电子组态和元素周期系32

1.8谱项符号和原子态36

1.8.1原子态的描述36

1.8.2谱项符号38

1.8.3从电子组态推导谱项39

1.8.4自由原子能级和哈密顿算符41

1.8.5原子光谱学与矿物、岩石和矿石的光谱化学分析；光谱学—宇宙化学一天42

体物理学42

2晶体场理论44

2.1.1在晶体场中原子轨道的对称性；特征标和不可约表示的概念45

2.1晶体场对原子轨道和谱项的作用45

2.1.2不同点群对称类型的相关表54

2.1.3与对称类型有关的选律56

2.2晶体场中离子行为的三种类型：弱、中和强晶体场59

2.3铁族：晶体场作用下谱项的分裂61

2.3.1电子组态、谱项、立方场分裂（定性图）61

2.3.2晶体场参量；Tanabe-Sugano图64

2.3.3由于自旋轨道相互作用、Jahn-Te1ler效应和对称性降低造成的分裂69

3分子轨道理论75

3.1引言75

3.2化学键的一般性理论；分子轨道法；价键法78

3.2.1分子轨道的描述和分类78

3.2.2分子轨道能量和系数的计算（以H2？分子离子为例）84

3.2.3过渡金属和非过渡元素离子的八面体和四面体络合物的分子轨道计算91

3.2.4价键法；杂化原子轨道102

概念106

3.3分子轨道体系的分析：从分子轨道获得的信息和化学键理论的基本106

3.3.1分子轨道法中的库伦积分HAA—电离势—价态电离能（VSIE）；自洽性的107

深刻含义；电负性107

3.3.2原子轨道线性组合（LCAO）系数ci和电子布居数分析；化学键的离子一112

共价性和有效电荷；化合价和电荷112

3.4分子轨道法的进一步发展120

3.4.1关于孤立原子团分子轨道计算的方法120

3.4.2大原子团的分子轨道121

3.4.3键轨道模型122

4能带理论和矿物的反射光谱122

4.1能带理论的基本原理和方法123

4.1.1自由电子情况中的波矢量k124

4.1.2能带理论的两种近似：近自由电子模型和紧束缚模型125

4.1.3k空间和布里渊区的概念126

4.1.4晶体中的轨道按对称类型的分类128

4.1.5能带结构图130

4.1.7能带结构计算方法132

4.1.6能带的占据；态密度；费米面132

4.2能带体系的分析和矿物的反射光谱133

4.2.1本征吸收和反射光谱；测定的和计算的参数134

4.2.2 NaCl—MgO—PbS的结构类型135

4.2.3闪锌矿（立方ZnS）的结构类型138

4.2.4纤锌矿（六方ZnS）的结构类型138

4.2.5其它矿物的资料139

5光谱学和化学键140

5.1固体谱学概述和谱学参数140

5.2从谱学观点看化学键的基本概念和主要参数144

6.1光学吸收光谱参数149

6.1.1光学跃迁能量的度量单位149

6光学吸收光谱和矿物颜色的本质149

6.1.2吸收强度150

6.1.3漫反射光谱154

6.2光学吸收光谱的类型和选律155

6.3过渡金属离子光谱的分析和实验观测159

6.4矿物颜色的本质185

6.4.1矿物颜色的类型185

7结构和化学键188

7.1现代的固体化学键的描述和计算方法188

7.1.1对于方英石和石英结构键轨道方法的推广190

7.2离子晶体的晶格能193

7.3晶格和、晶体场参数、谱学参数、晶体内的分布199

7.4原子和离子半径、轨道半径和平均半径206

7.4.1离子半径和分子轨道207

7.4.2加和的离子半径和原子半径体系210

7.4.4轨道半径212

7.4.3加和性半径体系的评价212

7.4.5原子大小的X射线实验测定和电子衍射测定213

8某些矿物类和矿物族中的化学键215

8.1固体中化学键复杂现象的各个方面215

8.2硅酸盐中的化学键217

8.2.1根据计算的分子轨道图对SiO4？-中化学键的描述217

8.2.2依据X射线谱和化学分析用电子能谱（ESCA）确定SiO4？-的分子轨道图217

8.2.3硅酸盐和铝硅酸盐中硅和铝的有效电荷219

8.2.4二氧化硅同质多象变体：能带体系、键轨道模型以及电子结构和性质的计算220

8.2.5硅酸盐晶体结构中的阳离子多面体220

8.2.6根据电子顺磁共振（EPR）谱的超精细结构确定阳离子多面体中离子一共221

价性的程度221

8.2.7硅酸盐中的结构位置能、稳定能和内晶体场222

8.2.9硅酸盐中核磁共振（NMR）参数的晶体化学涵义223

8.2.10键长和键角的变化；桥式氧和非桥式氧223

8.2.8硅酸盐矿物中铁的化学键状态和位置布居数在穆斯堡尔谱上的特征223

8.2.11层状硅酸盐的层间键和表面能的计算225

8.2.12地幔性质、高压谱学和硅酸盐的电子结构226

8.3硫化物和有关化合物中的化学键226

8.3.1硫化物及有关化合物中化学键的各个方面及理论概要227

8.3.2硫化物中的能隙、晶体类型和光学跃迁类型；离子性和能带图228

8.3.3过渡金属硫化物中M—M和M—S—M相互作用及其与性质和结构的关系230

8.3.4依据穆斯堡尔谱参数确定硫化物中铁的态234

8.3.5依据核四极共振（NQR）资料确定硫化物及As、Sb、Bi含硫盐中的极性和235

施主—受主键235

8.3.6从电子结构的观点看硫化物和有关化合物的结构特征237

8.3.7关于硫化物中化学键资料的综述241

8.4在其他的矿物类中化学键的特征243

参考文献247

索引265

附录本书常见英文缩写及其意义271