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绪言1

第1章 原子结构和元素周期性质2

1.1 原子和元素2

思考与探索 关于“原子量”和“分子量”5

1.2 微观粒子运动的描述方法和量子效应6

1.3 氢原子的结构8

1.3.1 单电子原子的Schr？dinger方程及其解9

1.3.2 量子数的物理意义10

1.3.3 波函数和电子云的图形12

1.4 多电子原子结构14

1.4.1 屏蔽效应和穿透效应14

1.4.2 基态原子的电子排布15

1.5 元素周期表16

1.6 元素性质的周期性19

1.6.1 原子的电离能19

1.6.2 原子的电子亲和能20

1.6.3 原子的电负性21

1.7 相对论效应对元素周期性质的影响24

1.8 化合物中元素的周期性质31

1.8.1 化合物中元素的氧化态31

1.8.2 从周期表看化合物的性质33

1.8.3 过渡金属元素化学性质的变化规律33

1.9 原子光谱和电子能谱的应用34

1.9.1 原子光谱34

1.9.2 电子能谱35

习题38

第2章 共价键和分子结构40

2.1 物质的性质和化学键类型40

2.2 H2+的结构和共价键的本质43

2.2.1 H2+的Schr？dinger方程及其解43

2.2.2 共价键的本质46

2.3 价键理论和分子轨道理论47

2.3.1 价键理论47

2.3.2 分子轨道理论48

2.3.3 分子轨道的分布特点和分类49

2.4 双原子分子的结构和性质52

2.4.1 同核双原子分子52

2.4.2 异核双原子分子55

2.5 多原子分子的结构和表示法56

2.5.1 分子的构型和构象56

2.5.2 分子的点电子结构式57

2.5.3 价电子对互斥理论58

2.5.4 等电子原理60

2.5.5 杂化轨道理论61

2.6 共轭分子中的离域π键62

2.6.1 共轭分子及其形成条件62

2.6.2 共轭效应及其对物质性质的影响63

2.7 配位键64

2.7.1 配位键的成键形式64

2.7.2 配位化合物的构型66

思考与探索 贝壳是怎样长大的？68

2.8 分子的对称性69

2.8.1 对称操作和对称元素70

2.8.2 分子的点群74

思考与探索 对称性在文学中的内涵75

2.9 原子的共价半径和共价键键长76

2.10 氢键78

2.10.1 氢键的成键类型78

2.10.2 氢键的形成和物质的性能79

思考与探索 H3N—BH3分子间是什么作用力？81

2.11 分子间作用力81

2.11.1 概述81

2.11.2 van der Waals力83

2.11.3 分子识别、超分子和有序高级结构85

2.12 分子的大小和形状86

2.12.1 van der Waals半径86

2.12.2 分子大小的估算88

习题90

第3章 氢和氧的化学93

3.1 氢93

3.1.1 氢的分布和同位素93

3.1.2 氢的成键类型94

3.1.3 氢气的性质和制备96

3.2 氧97

3.2.1 氧的分布和性质97

3.2.2 氧的成键特征和氧化物98

3.3 水的结构和性质101

3.3.1 水分子和冰的结构102

3.3.2 水的性质103

3.3.3 液态水的结构模型106

思考与探索 水：一辈子也探索不尽的课题108

3.4 溶液109

3.4.1 溶液浓度表示法109

3.4.2 溶解度110

3.4.3 溶度积常数111

3.5 酸和碱112

3.5.1 酸和碱的定义与常用的酸和碱112

思考与探索 氟的化学性质像菜刀：一边锋利，一边很钝114

3.5.2 水溶液中酸碱强弱的表示115

3.5.3 酸碱强度的估计116

3.5.4 缓冲溶液117

3.6 氧化还原反应119

3.6.1 氧化反应和还原反应119

3.6.2 电极电势及其应用120

3.6.3 氧化还原平衡121

习题122

第4章 碳和氮的化学124

4.1 碳124

4.1.1 碳的三种同素异构体124

思考与探索 石墨转变为金刚石的微观结构根据127

4.1.2 三族有机化合物的结构特征128

4.1.3 碳的同位素129

4.2 氮130

4.2.1 氮的分布和性质130

4.2.2 氨和铵盐131

4.2.3 氮的氧化物和含氧酸132

4.2.4 1992年明星分子：NO135

4.3 官能团和有机化合物分类138

4.4 手性药物142

4.4.1 手性和旋光性142

4.4.2 手性药物分子145

思考与探索 中药青蒿素的研究和应用147

4.5 生物化学（1）148

4.5.1 人体中的元素148

4.5.2 糖类149

思考与探索 糖类化合物是否可不再用其他名称？152

4.5.3 油脂153

4.6 生物化学（2）154

4.6.1 氨基酸和蛋白质154

4.6.2 核酸158

思考与探索 左旋DNA双螺旋存在吗？161

4.6.3 酶161

习题163

第5章 能源化学164

5.1 能源和能源的利用164

5.1.1 能源化学面临的问题164

5.1.2 能源的利用和热力学函数165

思考与探索 学习企鹅高效利用能量168

5.2 化学能169

5.2.1 化学能和键能169

5.2.2 反应热和反应性质171

5.3 氢能和核能172

5.3.1 氢能源172

5.3.2 核能175

5.4 石油178

5.4.1 石油的炼制178

5.4.2 石油化工181

5.4.3 催化反应和催化剂182

5.5 煤炭184

5.5.1 煤的组成和结构184

5.5.2 煤的综合利用186

5.6 天然气和可燃冰187

5.6.1 天然气188

5.6.2 可燃冰188

思考与探索 百慕大三角的“魔鬼”189

5.7 电池190

5.7.1 常用的干电池和蓄电池191

5.7.2 燃料电池193

5.7.3 金属腐蚀的微电池机理195

习题196

第6章 环境化学198

6.1 环境问题和绿色化学198

思考与探索 白色污染怎样防治？201

6.2 水的环境化学201

6.2.1 水的质量和分布201

6.2.2 硬水和海水的处理和利用202

6.2.3 水体的污染204

6.2.4 污水治理206

6.3 大气化学208

6.3.1 大气圈概况208

6.3.2 大气污染物210

6.3.3 大气环境问题212

6.3.4 臭氧层的损耗214

6.4 环境与资源保护217

思考与探索 从“蝶恋花”看化学信息物的作用218

思考与探索 落叶和枯草的处理和利用219

习题220

第7章 界面化学222

7.1 水溶液的表面化学222

7.1.1 水溶液的表面张力222

7.1.2 表面活性剂223

7.1.3 疏水效应226

7.2 固-气表面化学227

7.2.1 固体表面的结构227

7.2.2 固体表面吸附229

7.2.3 合成氨反应过程的催化机理231

7.3 固-液和固-固界面化学232

7.3.1 固体表面的润湿性能232

7.3.2 钎焊：铝材的焊接233

7.3.3 氧化物和盐类在载体表面自发单层分散235

7.4 纳米材料和纳米技术237

7.4.1 纳米材料237

7.4.2 扫描探针显微技术237

7.5 膜的化学240

7.5.1 分离功能膜240

7.5.2 生物功能膜241

7.5.3 能量转化功能膜242

7.5.4 膜电位和离子选择电极243

习题245

第8章 晶体的结构和性质246

8.1 晶体结构的周期性和点阵246

8.1.1 晶胞和点阵246

8.1.2 点阵点、直线点阵和平面点阵的标记250

8.2 晶体结构的对称性252

8.2.1 晶体结构的对称元素252

8.2.2 晶系和晶族253

8.2.3 晶体学点群255

8.2.4 空间点阵型式257

8.3 晶体的结构和晶体的物理性质258

8.3.1 晶体的通性258

8.3.2 晶体的点群和晶体的物理性质259

8.4 晶体缺陷262

8.5 人工晶体和晶体生长263

8.5.1 人工晶体263

8.5.2 晶体生长264

思考与探索 晶体生长的大小有没有限度？266

8.6 准晶和液晶267

8.6.1 准晶267

8.6.2 液晶268

习题270

第9章 金属材料272

9.1 金属材料的发展和分类272

思考与探索 从铜牛看金属材料的应用274

9.2 金属键和金属的通性274

9.3 金属单质的晶体结构278

9.3.1 等径圆球的堆积278

9.3.2 金属单质的结构和金属原子半径284

思考与探索 什么效应使晶体保持长周期的结构？285

9.3.3 镧系收缩及其对元素周期性质的影响286

9.4 钢铁288

9.4.1 钢铁的冶炼288

9.4.2 钢铁的相组成和钢铁的性能289

9.5 新型金属材料292

9.5.1 非晶态合金292

9.5.2 形状记忆合金294

思考与探索 补牙为什么用汞齐合金？295

习题296

第10章 无机非金属材料298

10.1 离子键和点阵能298

10.2 离子晶体的结构和性质301

10.2.1 常见的离子晶体结构301

10.2.2 影响离子晶体结构的因素305

10.2.3 离子半径306

10.3 室温下液态离子化合物309

10.4 硅酸盐材料311

10.4.1 硅酸盐结构的特点311

10.4.2 石英313

思考与探索 水晶文化的联想316

10.4.3 水泥317

思考与探索 水泥的历史应超过两千多年317

10.4.4 沸石分子筛318

10.5 玻璃和陶瓷320

10.5.1 玻璃320

10.5.2 陶瓷323

习题325

第11章 磁性材料327

11.1 物质磁性的起源327

11.2 配合物中金属原子的未成对电子数329

11.3 物质磁性的分类333

11.4 磁性材料的类别和应用340

11.4.1 永磁材料340

11.4.2 软磁材料342

11.4.3 磁信息材料和特种磁性材料343

习题344

第12章 光学材料346

12.1 光和颜色346

12.1.1 光和颜色的关系346

12.1.2 颜色的起因347

思考与探索 天上的佛光和地上的佛像是怎样形成的？348

12.2 发色的化学机理和色料349

12.2.1 原子激发和分子振动349

12.2.2 过渡金属原子的能级在配位场中的变化350

12.2.3 共轭效应和有机染料351

12.2.4 电荷转移效应和颜料353

12.2.5 电子在固体能带间跃迁产生颜色355

12.2.6 变色材料356

思考与探索 火焰山的“火焰”是怎样形成的？358

12.3 发光材料359

12.3.1 概述359

12.3.2 发光材料基质的晶体结构361

12.3.3 发光材料的应用364

12.4 非线性光学晶体367

习题370

第13章 电学材料372

13.1 物质的结构和导电性能372

13.1.1 能带结构和电导372

13.1.2 离域π键和非金属导体373

13.1.3 离子晶体缺陷和电导374

13.2 半导体材料375

13.2.1 本征半导体和掺杂半导体375

13.2.2 p-n结及其应用378

13.3 超导材料378

13.4 固体离子导体382

13.4.1 α-AgI383

13.4.2 β-氧化铝385

13.4.3 固体氧离子导体386

13.5 压电材料387

13.6 铁电材料389

习题392

第14章 合成高分子材料394

14.1 高分子材料的发展、合成和结构特点394

14.1.1 高分子工业的发展394

14.1.2 高分子的合成——聚合反应395

14.1.3 高分子的结构特点398

14.2 功能高分子材料399

14.2.1 医用高分子材料400

14.2.2 导电高分子材料401

14.2.3 高吸水性高分子材料401

14.3 热塑性高分子材料403

14.3.1 塑料和纤维403

14.3.2 若干热塑性高分子的结构、性质和应用405

思考与探索 富有弹力的聚氨酯的应用410

14.4 热固性高分子材料410

14.5 弹性体高分子材料412

14.6 复合材料415

习题417

思考与探索 小荷才露尖尖角——对读者的期望418

附录419

附录Ⅰ 参考文献419

附录Ⅱ 单位、物理常数和换算因子421

附录Ⅲ 部分习题答案424

索引（按汉字笔画排列）429