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第一章　运动电子的自转与波粒二象性1

导言1

1.1 运动电子自转、自旋、速度的关系3

1.2 自转导致运动电子具有波动性4

1.2.1 自转导致运动电子具有波动性4

1.2.2　电子波长λ和频率ν的直观物理意义4

1.2.3 电子波长λ和频率ν与速度ν的关系4

1.3 电子双缝实验的诠释5

1.4 电子隧道效应的诠释6

1.5 “上帝是否掷骰子”的直接检验实验7

1.6 自转与电子在限定体系的量子性8

1.7 E＝γmc2与电子的静质能、平动动能和旋转能量的对应9

第二章　氢原子结构13

导言13

2.1 玻尔氢原子结构模型13

2.2 自转与波动性14

2.3 自转与角动量量子化条件15

2.4 自转与氢原子的球型结构15

2.5 自转与氢原子不辐射电磁波的原因17

2.6 氢原子半径及能量的计算18

2.6.1　氢原子半径的计算18

2.6.2　氢原子能量的计算19

第三章　氦原子结构21

导言21

3.1 电子配对的直观物理图像21

3.2 氦原子的球型结构22

3.3 自旋相反的物理意义24

3.4 Pauli原理的物理本质26

3.5 氦原子体系的受力分析26

3.6 氦原子体系能量和半径的计算28

3.7 氦原子电离能的计算30

第四章　直观对称原子结构模型33

导言33

4.1 多电子原子结构35

4.1.1 电子在原子核外的运动方式35

4.1.2　电子运动轨道的伸展方向37

4.2 直观对称原子结构模型37

4.3 对称驻波轨道形成和电子排布规则40

4.4 多电子原子结构的物理图像42

4.4.1 第一周期的核外电子排布42

4.4.2　第二周期的核外电子排布43

4.4.3　第三周期的核外电子排布44

4.4.4　第四周期的核外电子排布44

4.4.5　第五周期的核外电子排布46

4.4.6　第六周期的核外电子排布48

4.4.7　第七周期的核外电子排布50

4.4.8　第八周期的核外电子排布51

4.4.9　第九周期的核外电子排布52

4.5 对称模型与元素周期律53

第五章　四面体成键与主族非金属化合物的结构55

导言55

5.1 化学键的本质56

5.2 主族非金属元素的结构特征56

5.3 碳单质及化合物的结构与四面体成键57

5.3.1 碳的结构特征57

5.3.2 立方金刚石的结构与正四面体成键57

5.3.3　六方金刚石的结构与正四面体成键58

5.3.4　石墨的结构与四面体成键59

5.3.5　球碳的结构与四面体成键60

5.3.6　CH4和C2H6的几何结构与拓扑结构61

5.3.7　C2H4的几何结构与拓扑结构62

5.3.8　CO2的几何结构与拓扑结构62

5.3.9　C2H2和HCN的几何结构与拓扑结构63

5.3.10　CO的几何结构与拓扑结构64

5.3.11　C6H6的几何结构与拓扑结构64

5.3.12　C5H6和C5H5-的几何结构与拓扑结构66

5.4 氮的化合物结构与四面体成键68

5.4.1　氮的结构特征68

5.4.2　N2的结构与拓扑结构68

5.4.3　NH3的几何结构与拓扑结构68

5.4.4　N(SiH3)3的几何结构与拓扑结构69

5.4.5　HN3和N3-的几何结构与拓扑结构70

5.4.6　NO的几何结构与拓扑结构71

5.4.7 FNO的几何结构与拓扑结构72

5.4.8　NOCH3的几何结构与拓扑结构72

5.4.9　N2O和（NO2）+的几何结构与拓扑结构73

5.4.10　N2O3的几何结构与拓扑结构73

5.4.11　N2O4的几何结构与拓扑结构74

5.4.12　NO3-和NO43-的几何结构与拓扑结构74

5.5 氧的化合物结构与四面体成键75

5.5.1　氧的结构特征75

5.5.2　O2的结构76

5.5.3　O3的几何结构与拓扑结构77

5.5.4　H2O的几何结构与拓扑结构77

5.5.5　H2O2的几何结构与拓扑结构78

5.5.6　SO的几何结构与拓扑结构78

5.5.7　XeO3、XeO4的几何结构与拓扑结构78

5.5.8　O的四个轨道都参与成键的化合物结构79

5.6 氟的化合物结构与四面体成键80

5.7 磷的化合物结构与四面体成键80

5.7.1　磷的结构特征80

5.7.2　P2的几何结构与拓扑结构81

5.7.3　P4的几何结构与拓扑结构81

5.7.4　PH3的几何结构与拓扑结构82

5.7.5　P2O3的几何结构与拓扑结构82

5.7.6　P2O5的几何结构与拓扑结构83

5.7.7　PO43-的几何结构与拓扑结构83

5.7.8　PCl5的几何结构与拓扑结构84

5.7.9　PCl6-的几何结构与拓扑结构84

5.8 硫的化合物结构与四面体成键85

5.8.1　硫的结构特征85

5.8.2　H2S的几何结构与拓扑结构85

5.8.3　SO2的几何结构与拓扑结构85

5.8.4　SO3的几何结构与拓扑结构86

5.8.5　SO42-的几何结构与拓扑结构86

5.8.6　立方ZnS的几何结构与拓扑结构87

5.8.7　六方ZnS的几何结构与拓扑结构88

5.8.8　SF6的几何结构与拓扑结构89

5.8.9　Me3NSO2的几何结构与拓扑结构89

5.9 氯的化合物结构与四面体成键90

5.9.1　氯的结构特征90

5.9.2　HCl的拓扑结构90

5.10　第三周期非金属含氧酸根离子的结构91

5.11　铍的化合物结构与四面体成键92

5.11.1　铍的结构特征92

5.11.2　链状多聚BeCl2的几何结构与拓扑结构92

5.11.3　立方BeO的几何结构与拓扑结构93

5.11.4　气态BeCl2的几何结构与拓扑结构94

5.11.5　二甲基铍Be(CH3)2的几何结构与拓扑结构95

5.12　铝的化合物结构与四面体成键97

5.12.1　铝的结构特征97

5.12.2　三甲基铝Al2(CH3)6的几何结构与拓扑结构98

5.12.3　Al2Cl6的几何结构与拓扑结构98

第六章　四面体成键与硼烷结构101

导言101

6.1 硼的结构特征102

6.2 硼烷的成键方式103

6.3 硼烷的几何结构与四面体成键104

6.3.1 B2H6的几何结构与拓扑结构105

6.3.2　B3H9的几何结构与拓扑结构105

6.3.3　B4H10的几何结构与拓扑结构106

6.3.4　B5H9的几何结构与拓扑结构106

6.3.5　B6H10的几何结构与拓扑结构107

6.3.6　B5H11的几何结构与拓扑结构107

6.3.7　B8H12的几何结构与拓扑结构108

6.3.8　B10H14的几何结构与拓扑结构109

6.4 封闭性硼烷的几何结构与四面体成键110

6.4.1　B5H52-的几何结构与拓扑结构111

6.4.2　B6H62-的几何结构与拓扑结构112

6.4.3　B7H72-的几何结构与拓扑结构112

6.4.4　B12H122-的几何结构与拓扑结构113

6.5 R-12B12的几何结构与四面体成键114

6.5.1 B12十二面体结构单元内部的拓扑结构114

6.5.2　同层B12结构单元之间的成键方式115

6.5.3 不同层B12结构单元之间的成键方式116

6.6 碳硼烷的几何结构与四面体成键116

6.6.1 C2B3H5的几何结构与拓扑结构117

6.6.2　C2B4H6的几何结构与拓扑结构118

6.6.3　C2B4H8的几何结构与拓扑结构118

6.6.4　CB5H9的几何结构与拓扑结构119

6.6.5　C2B10H12的几何结构与拓扑结构120

6.7 [C2B9H11]2-的拓扑结构与络合物结构121

6.7.1 [C2B9H11]2-的几何结构与拓扑结构121

6.7.2 [(C2B9H11)Fe(C5H5)]-的几何结构与拓扑结构121

6.7.3 [Fe(C2B9H11)2]2-的几何结构与拓扑结构122

6.7.4 [Cu(C2B9H11)2]2-的几何结构与拓扑结构123

第七章　对称模型与第一过渡系金属络合物的结构125

导言125

7.1 第一过渡系金属元素的结构特征126

7.2 形成正八面体构型络合物的结构原因127

7.2.1 TiCl62-的几何结构与拓扑结构127

7.2.2　Cr(CO)6的几何结构与拓扑结构128

7.2.3　MnF64-的几何结构与拓扑结构129

7.2.4　Fe(CN)63-的几何结构与拓扑结构130

7.2.5　Co(NH3)63+的几何结构与拓扑结构131

7.2.6　Ni(H2O)62+的几何结构与拓扑结构132

7.3 配位体对B电子能量和分布的影响133

7.3.1 配位体对B电子能量的影响133

7.3.2　配位体对B电子分布的影响133

7.4 B电子的分布对八面体几何构型的影响138

7.4.1 畸变八面体络合物与B电子分布的关系139

7.4.2　B9组态畸变八面体络合物Cu(bipy)3(ClO4)2的拓扑结构139

7.4.3　B9组态畸变八面体络合物CuX2的拓扑结构141

7.4.4　B8组态畸变八面体络合物Ni(diars)2I2的拓扑结构142

7.4.5　B4组态畸变八面体络合物Mn(O2C7H5)3的拓扑结构144

7.5 特殊畸变八面体络合物的结构146

7.5.1 四方锥构型络合物Ni(CN)53-的几何结构与拓扑结构146

7.5.2　三角双锥构型络合物Fe(CO)5的几何结构与拓扑结构148

7.5.3　三角双锥构型络合物CuCl53-的几何结构与拓扑结构150

7.5.4　四方锥构型络合物MnCl52-的几何结构与拓扑结构151

7.5.5　平面正方形络合物Ni(CN)42-的几何结构与拓扑结构153

7.5.6　平面三角形络合物与八面体成键154

7.6 第一过渡系金属环戊二烯络合物的结构155

7.6.1 第一过渡系金属形成环戊二烯络合物的结构原因155

7.6.2　Fe(C5H5)2的几何结构与拓扑结构156

7.6.3 Ni(C5H5)2的几何结构与拓扑结构158

7.6.4　(C5H5)Mn(CO)3的几何结构与拓扑结构160

7.6.5　[(C5H5)Fe(C2B9H11)]-的几何结构与拓扑结构161

7.6.6 [Ni2(C5H5)3]+的几何结构与拓扑结构161

7.6.7 [Fe3(C5H5)4]2+的几何结构与拓扑结构162

7.7 正八面体与正四面体混合方位成键的络合物结构163

7.7.1 形成正四面体络合物的结构原因163

7.7.2 正八面体与正四面体混合方位成键的结构原因164

7.7.3 Ti(NO3)4的几何结构与拓扑结构164

7.7.4　CrO83-的几何结构与拓扑结构166

7.7.5　(NH3)3CrO4的几何结构与拓扑结构167

7.8 五配位和六配位构型络合物的可逆转换168

7.8.1 五配位和六配位可逆转换的结构原因168

7.8.2　血红蛋白和肌红蛋白的结构168

7.8.3　血红蛋白Hb中五配位Fe2+的成键方式169

7.8.4　Hb（O2）中六配位Fe2+的成键方式171

7.8.5　Hb（O2）中配位态O2的成键方式172

7.9 第一过渡系原子簇化合物的几何结构与拓扑结构173

7.9.1 双核络合物Cr2(CH3COO)4(H2O)2的几何结构与拓扑结构173

7.9.2　双核络合物Cu2(CH3COO)4(H2O)2的几何结构与拓扑结构175

7.9.3　双核络合物Cr2Cl93-的几何结构与拓扑结构176

7.9.4　双核络合物Mn2(CO)10的几何结构与拓扑结构178

7.9.5　双核络合物Fe2(CO)9的几何结构与拓扑结构179

7.9.6　双核络合物Co2(CO)8的几何结构与拓扑结构181

7.9.7　三核原子簇化合物Fe3(CO)12的几何结构与拓扑结构183

7.9.8　三核原子簇化合物（CCH3）Co3（CO）9的几何结构与拓扑结构184

7.9.9　四核原子簇化合物Co4(CO)12的几何结构与拓扑结构185

7.9.10　四核原子簇化合物Fe4(C5H5)4(CO)4的几何结构与拓扑结构187

7.9.11　五核原子簇化合物［Ni5(CO)12］2-的几何结构与拓扑结构189

7.9.12　六核原子簇化合物［HCo6(CO)15］-的几何结构与拓扑结构191

第八章　对称模型与第二过渡系金属络合物的结构194

导言194

8.1 第二过渡系金属元素的结构特征195

8.2 立方八面体成键与内层电子分布的因果关系196

8.3 三帽三角柱成键与内层电子分布的因果关系198

8.3.1 TcH92-的几何结构与拓扑结构199

8.3.2　Mo(dien)(CO)3的几何结构与拓扑结构200

8.3.3　K2［Mo2O5(C2O4)2(H2O)2］的几何结构与拓扑结构202

8.3.4　NbCl5的几何结构与拓扑结构203

8.3.5　NbOCl3二聚体的几何结构与拓扑结构205

8.3.6　NbF5四聚体的几何结构与拓扑结构206

8.3.7　[Mo3S(S2)6]2-的几何结构与拓扑结构207

8.3.8　Mo(C6H6)(CO)3的几何结构与拓扑结构209

8.3.9　Mo2(NMe)6的几何结构与拓扑结构210

8.4 第二过渡系金属环戊二烯络合物的结构211

8.4.1 第二过渡系金属形成环戊二烯络合物的结构原因211

8.4.2　Ru(C5H5)2的几何结构与拓扑结构212

8.4.3　(C5H5)2MoH2的几何结构与拓扑结构213

8.4.4　(C5H5)2NbCl2的几何结构与拓扑结构214

8.4.5　(C5H5)2ZrCl2的几何结构与拓扑结构215

8.4.6 (C5H5)Mo(CO)3（C2H5）的几何结构与拓扑结构216

8.5 畸变三帽三角柱络合物的结构218

8.5.1 八配位十二面体构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系218

8.5.2　八配位四方反棱柱构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系219

8.5.3　七配位单帽三角柱构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系221

8.5.4　七配位五角双锥构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系222

8.5.5　七配位带帽八面体构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系223

8.5.6　部分六配位八面体构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系224

8.5.7　六配位三角柱构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系224

8.6 正六面体面心与棱中心混合方位成键的络合物结构225

8.6.1 Mo(CO)6的几何结构与拓扑结构225

8.6.2 [Ru2N2(NH3)10]4+的几何结构与拓扑结构227

8.6.3　Mo2Cl93-的几何结构与拓扑结构228

8.6.4　[Ru2OCl10]4-的几何结构与拓扑结构230

8.6.5 [Ru3O2(NH3)14]6+的几何结构与拓扑结构231

8.6.6　平面正方形构型络合物的成键方位233

8.7 第二过渡系原子簇化合物的几何结构与拓扑结构233

8.7.1 双核络合物Mo2Cl84-的几何结构与拓扑结构234

8.7.2 双核络合物Mo2(CH3COO)4的几何结构与拓扑结构235

8.7.3 双核络合物Mo2(CH2SiMe3)6的几何结构与拓扑结构236

8.7.4 双核络合物Mo2(OR)6的几何结构与拓扑结构237

8.7.5 双核络合物Mo2(CH2CMe3)6的几何结构与拓扑结构238

8.7.6 双核络合物［Mo2（μ-S2）2（S2）4］2-的几何结构与拓扑结构239

8.7.7　链状NbCl4的几何结构与拓扑结构241

8.7.8　三核原子簇化合物［Mo3O4(C2O4)3(H2O)3］2-的几何结构与拓扑结构243

8.7.9 三核原子簇化合物［Mo3（μ3-O）（μ2-O）3F9］5-的几何结构与拓扑结构244

8.7.10 三核原子簇化合物Mo3O13的几何结构与拓扑结构245

8.7.11 四核原子簇化合物Mo4S3X（μ-dtp）3（dtp）3的几何结构与拓扑结构247

8.7.12 六核原子簇化合物Mo6Cl84+的几何结构与拓扑结构248

8.7.13 六核原子簇化合物Nb6Cl122+的几何结构与拓扑结构250

8.7.14 六核原子簇化合物Rh6(CO)16的几何结构与拓扑结构251

8.7.15 六核原子簇化合物［HRu6(CO)18］-的几何结构与拓扑结构253

第九章 对称模型与第三过渡系金属络合物的结构257

导言257

9.1 第三过渡系金属元素的结构特征258

9.2 三帽三角柱成键与内层电子分布的因果关系259

9.2.1　ReH92-的几何结构与拓扑结构260

9.2.2　WH6(PMe2Ph)3的几何结构与拓扑结构260

9.2.3 双核络合物W2(NR2)6的几何结构与拓扑结构261

9.2.4　双核络合物W2(CH2CMe3)6的几何结构与拓扑结构262

9.2.5　TaCl5的几何结构与拓扑结构263

9.2.6　TaOCl3二聚体的几何结构与拓扑结构265

9.2.7　TaF5四聚体的几何结构与拓扑结构266

9.2.8 [W4O8Cl8(H2O)4]2-的几何结构与拓扑结构267

9.2.9 Ta(CHCMe3)(C5Me5)(C2H4)PMe3的几何结构与拓扑结构269

9.3 第三过渡系金属环戊二烯络合物的结构270

9.3.1 第三过渡系金属形成环戊二烯络合物的结构原因270

9.3.2　Os(C5H5)2的几何结构与拓扑结构271

9.3.3 (C5H5)2TaH3的几何结构与拓扑结构272

9.3.4 (C5H5)2WH3+的几何结构与拓扑结构273

9.3.5 (C5H5)2WH2的几何结构与拓扑结构274

9.3.6 (C5H5)2ReH的几何结构与拓扑结构275

9.3.7 (C5H5)2Ta（CH2）（CH3）的几何结构与拓扑结构276

9.4 畸变三帽三角柱络合物的几何结构与拓扑结构277

9.4.1 八配位十二面体构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系277

9.4.2　八配位四方反棱柱构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系278

9.4.3　七配位单帽三角柱构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系279

9.4.4　七配位五角双锥构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系280

9.4.5　七配位带帽八面体构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系281

9.4.6　六配位三角柱构型络合物与三帽三角柱成键的因果关系282

9.5 三角柱面心与棱中心混合方位成键的络合物结构283

9.5.1 [(CN)4OReO]3-的几何结构与拓扑结构284

9.5.2 [(CN)4OReOReO(CN)4]4-的几何结构与拓扑结构285

9.5.3 Re2OCl5(PPh3)2（C2H5COO）的几何结构与拓扑结构287

9.5.4　Re2OCl3(PPh3)2(C2H5COO)2的几何结构与拓扑结构288

9.5.5　W2S2(Et2NCS2)4的几何结构与拓扑结构290

9.5.6　W2S2(Et2NCS2)2(OR)4的几何结构与拓扑结构291

9.5.7　[Cl5ReOReCl5]4-的几何结构与拓扑结构292

9.5.8　ReOCl3(PEt2Ph)2的几何结构与拓扑结构294

9.5.9　Re(NR)Cl3(PEt2Ph)2的几何结构与拓扑结构295

9.5.10　ReNCl2(PPh3)2的几何结构与拓扑结构296

9.5.11　ReNCl2(PEt2Ph)3的几何结构与拓扑结构297

9.5.12　Re2(CH3)2(CH3COO)4的几何结构与拓扑结构299

9.6 第三过渡系原子簇化合物的几何结构与拓扑结构300

9.6.1 双核络合物W2Cl93-的几何结构与拓扑结构300

9.6.2　双核络合物W2(NC2H5)4Cl2的几何结构与拓扑结构302

9.6.3　双核络合物W2(R2NCOO)6的几何结构与拓扑结构303

9.6.4 双核络合物Re2(CH3COO)4Cl2的几何结构与拓扑结构304

9.6.5 双核络合物Re2Cl82-的几何结构与拓扑结构306

9.6.6 双核络合物Re2Cl5(DTH)2的几何结构与拓扑结构308

9.6.7　三核原子簇化合物Re3Cl9的几何结构与拓扑结构310

9.6.8　三核原子簇化合物Re3Cl3(CH2SiMe3)6的几何结构与拓扑结构311

9.6.9　三核原子簇化合物［W3O2(CH3COO)6(H2O)3］2+的几何结构与拓扑结构312

9.6.10　四核原子簇化合物Ir4(CO)12的几何结构与拓扑结构314

9.6.11　四核原子簇化合物［Re4（μ3-S）4（μ2-S3）6］4-的几何结构与拓扑结构315

9.6.12　四核原子簇化合物Re4（μ3-H）4（CO）12的几何结构与拓扑结构317

9.6.13　四核原子簇化合物Re4(CO)162-的几何结构与拓扑结构319

9.6.14　六核原子簇化合物W6Br84+的几何结构与拓扑结构320

9.6.15　六核原子簇化合物Ta6Cl122+的几何结构与拓扑结构321

9.6.16　六核原子簇化合物［HOs6(CO)18］-的几何结构与拓扑结构322

9.7 第六周期Ce(NO3)63-的几何结构与拓扑结构324

后记327