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页数:322

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出版时间:2006-9

价格:22.00元

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isbn号码:9787807341604

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《晶体结构与对称性导论》 内容简介 本书是一本面向材料科学、化学、物理学及相关工程领域专业学生和研究人员的专业教材与参考书，旨在系统深入地介绍晶体物质的基本结构原理、对称性理论及其在物质性质预测中的应用。全书内容涵盖了从宏观晶体形态到微观原子排列的完整逻辑链条，力求清晰阐述晶体学的核心概念、数学工具与其实际应用。 第一部分：晶体学的基本概念与描述 本部分奠定了理解晶体结构的基石。首先，我们将从宏观角度审视晶体（Crystals）与非晶态物质（Amorphous Solids）的区别，强调长程有序性在凝聚态物质中的重要地位。详细讨论了晶体学的基本术语，包括晶格点（Lattice Points）、晶格（Crystal Lattice）的概念，并引入了布拉维点阵（Bravais Lattices）的分类，解释了为何在三维空间中仅存在十四种不同的等价点阵类型。 重点章节深入探讨了晶胞（Unit Cell）的概念，区分了原始晶胞（Primitive Cell）和Wigner-Seitz晶胞，并阐述了如何通过晶胞参数（晶格常数 $a, b, c$ 和夹角 $alpha, eta, gamma$）精确描述晶体的几何构型。随后，书中详细介绍了晶体学中最核心的数学描述工具——晶面指数系统。我们系统地讲解了密勒指数（Miller Indices $ ext{hkl}$）的确定方法、其几何意义（代表与晶面法线平行的矢量），以及它们与晶向（Crystal Directions）之间的关系。通过大量实例图示，读者将能熟练掌握如何根据指数快速推断晶体结构特征。 第二部分：晶体对称性理论 对称性是晶体结构中最内在、最本质的属性。本部分将引入群论（Group Theory）的基础概念，作为描述晶体对称性的数学框架。我们从点群（Point Groups）的概念入手，系统地分析了晶体中可能存在的各种对称操作，包括：恒等操作（Identity）、旋转轴（Rotation Axes，包括 $n$ 轴，$n=1, 2, 3, 4, 6$）、反射面（Mirror Planes）、反演中心（Inversion Centers）以及旋量轴（Improper Rotations）。 关键内容是施恩弗里斯符号（Schoenflies Symbols）与赫尔曼-马金符号（Hermann-Mauguin Symbols）的对照讲解，这是国际晶体学界通用的两种命名体系。我们将聚焦于欧几里得空间中的晶体学限制，推导出为什么在三维晶体中只允许存在特定的旋转轴（2, 3, 4, 6）。 最后，本部分完成了从点群到空间群（Space Groups）的飞跃。空间群是描述三维周期性结构所必需的完整对称性集合，它引入了平移相关的对称操作，如滑移面（Glide Planes）和螺旋轴（Screw Axes）。全书将详细解析国际晶体学表（International Tables for Crystallography）中收录的230个空间群的结构和符号意义，使读者理解每一个空间群如何编码了特定的原子排列方式。 第三部分：晶体结构分析与应用 掌握了晶胞和对称性后，本书转向如何实际确定和应用晶体结构信息。 晶体结构确定： 详细介绍了X射线衍射（X-ray Diffraction, XRD）的物理基础，特别是布拉格定律（Bragg's Law）在晶体学中的应用。解释了衍射斑点的形成机制、衍射矢量、倒易空间（Reciprocal Space）的概念，以及如何通过分析衍射图谱来确定晶体的晶系、点群和空间群。同时，简要介绍了电子衍射和中子衍射在结构解析中的独特优势。 结构描述与实例： 运用前面学到的对称性工具，系统分析了几种重要的结构类型： 1. 密堆积结构（Close-Packed Structures）： 如面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP），详细阐述了其堆积规则、堆垛层错（Stacking Faults）以及它们如何影响金属的塑性变形。 2. 离子晶体结构： 以氯化钠（NaCl）、氟化铯（CsCl）和闪锌矿（ZnS）为例，分析了它们的配位数、电荷平衡以及空间群的确定。 3. 共价晶体结构： 讨论了金刚石和硅的结构，强调其三维共价键网络和对称性特征。 结构与性质的关系： 这一部分是理论指导实践的关键。书中阐释了晶体对称性如何限制或允许某些宏观物理性质的出现。例如，极性（Polarity）和压电效应（Piezoelectricity）的产生需要晶体点群中不包含反演中心。我们将讨论各向异性（Anisotropy）的概念，解释为什么晶体的机械性能、电学性能和光学性能会强烈依赖于晶向。 第四部分：缺陷与非理想晶体 理想晶体结构是理论模型，真实材料总是存在缺陷。本部分讨论了点缺陷（如空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面积缺陷（晶界）的分类、几何描述和对材料宏观性能（如扩散、强度、导电性）的影响。特别强调了位错运动在金属塑性变形中的核心作用。 全书配有大量清晰的几何图示、数学推导和实际的材料案例分析，旨在培养读者从原子层面理解和预测晶体物质行为的能力。学习本书后，读者将具备解读任何晶体结构报告和设计具有特定性能的新材料所需的坚实理论基础。

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我之前对氧化还原反应的理解一直停留在“得失电子”这个非常粗浅的层面，这本书在这方面给了我很大的启发。它详细讲解了氧化还原反应的机理，不仅仅是简单地列出氧化剂和还原剂，而是深入分析了电子转移的过程，以及在不同反应条件下的变化。尤其是在平衡氧化还原反应方程式的时候，它提供了几种非常实用的方法，比如半反应法和电子转移法，并且每一步都给出了详细的解释和示例。我记得书中有一个例子，是关于电化学电池的，它通过讲解阳极和阴极的反应，以及盐桥的作用，让我明白了电能是如何产生的，以及不同材料在电池中的角色。这对于我理解化学能量的转化和储存非常有帮助。另外，它在介绍配位化学的时候，也花了不少笔墨，特别是关于配位键的形成。它详细讲解了路易斯酸碱理论在配位化合物中的应用，以及金属离子作为路易斯酸，配体作为路易斯碱的过程。还解释了为什么某些金属离子能够形成非常稳定的配合物，以及配位化合物在催化、分析等领域的应用。这让我看到了无机化学在实际生活和工业生产中的重要价值，不再觉得它只是理论上的东西。

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这本书的配图质量很高，这点必须点赞。很多抽象的化学模型，比如原子轨道叠加、分子轨道示意图，都画得非常清晰直观，能够帮助我们这些视觉型学习者快速理解。我特别喜欢它在讲解对称性的时候，用到的那些3D分子模型图，每一个旋转角度都考虑到了，仿佛真的在手中把玩一个分子一样。还有一个地方让我印象深刻，就是关于金属的晶体结构。书里详细介绍了面心立方、体心立方、密排六方等结构，并且用模型图展示了原子如何紧密堆积，还用到了“原子球模型”来直观地表示原子间的半径和距离。这让我一下子就明白了为什么金属会有那么好的延展性和导电性，是因为这些堆积方式允许原子在受力时相对滑动，而且自由电子可以在金属晶格中自由移动。此外，书里还涉及到一些关于合金形成的解释，虽然不深，但点出了固溶体和化合物合金的区别，以及它们在显微组织上的差异。这让我对现实世界中的金属材料有了初步的认识。总的来说，这本书在视觉呈现上做得很到位，对于那些希望通过图像来学习化学的读者来说，绝对是一个加分项。那些复杂的抽象概念，通过精美的插图，变得不再那么令人生畏了。

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这本书对我理解周期性规律的认识有了很大的提升。以前学习元素周期表，总觉得它就是一个简单的排列，有些性质的周期性变化也只是机械地记忆。但这本书通过分析原子结构，特别是外层电子的排布，来解释为什么元素的性质会呈现周期性变化。它详细讲解了同周期元素和同主族元素性质的递变规律，并给出了大量的实例来支撑。比如，它解释了为什么碱金属的活泼性越来越强，而卤素的氧化性越来越弱，这都和原子半径、电离能、电子亲和力等性质的变化息息相关。我尤其对书中关于元素周期表在预测元素性质方面的应用很感兴趣。它通过一些已发现元素的性质，来推测尚未发现元素的可能性质，这让我觉得化学周期律的神奇之处。此外，这本书还对一些重要元素的化合物性质做了深入的分析，比如过渡金属的复杂配合物，以及它们在催化、生物体内的作用。它还涉及了一些关于稀土元素和锕系元素的介绍，虽然篇幅不长，但让我对这些特殊的元素有了初步的了解。总的来说，这本书让我看到了元素周期表背后的深刻含义，不再是单纯的知识点记忆，而是对元素世界的一种系统性理解。

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这本书在物质的性质方面，讲解得非常系统。它没有局限于某个单一的方面，而是将物理性质和化学性质结合起来进行阐述。比如在介绍卤族元素的时候，它不仅列举了它们的原子半径、电负性等物理参数，还重点分析了它们作为氧化剂的强弱、与氢气反应的难易程度等化学性质，并且解释了这些性质是如何由电子层结构决定的。我尤其喜欢它在讲解非金属单质的反应性时，将不同元素的反应性做了详细的对比，例如氟、氯、溴、碘的氧化性由强到弱的递减趋势，以及为什么会出现这种趋势。这本书在酸碱理论方面也给出了比较全面的介绍，从早期的Arrhenius理论，到Brønsted-Lowry理论，再到Lewis理论，层层递进，清晰地展示了酸碱概念的演变和深化。它通过大量的例子说明了不同理论的适用范围和局限性，让我对酸碱的本质有了更深刻的认识。比如，它讲解了为什么NH3在纯水中不是碱，但在某些溶剂中却是碱，这在之前让我感到困惑。这本书还对溶液中的化学平衡做了详细的分析，包括沉淀溶解平衡、酸碱平衡、氧化还原平衡等，并且给出了计算的技巧和方法。

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这本书我读了大概有三分之一，总体感觉挺扎实的。尤其是关于化学键理论的部分，作者用了不少篇幅去解释，并且穿插了一些经典案例，比如一些配位化合物的成键情况，让我对VSEPR理论和杂化轨道理论有了更深的理解。之前在课堂上学的时候，总觉得有些地方似懂非懂，特别是涉及p轨道、d轨道相互作用的时候，脑子里一团浆糊。但这本书通过画图和具体的分子例子，把这些抽象的概念具象化了很多。比如它解释了为什么某些分子是平面结构，而另一些是四面体结构，并且详细分析了键角的变化原因，这比单纯记忆要有效得多。另外，它在介绍晶体结构的时候，也花了不少心思，不只是罗列了各种晶体类型，还通过对比不同晶体在性质上的差异，来强调结构与性能的关系。例如，离子晶体、分子晶体和原子晶体在熔点、硬度等方面的巨大差异，以及它们背后的微观原因，都讲得比较透彻。我尤其喜欢它关于共价键中极性和非极性的讲解，区分得非常细致，并且引入了偶极矩的概念，这对我理解许多化学现象，比如溶解性和分子间作用力，打下了很好的基础。虽然有些地方的数学推导过程没有深入到非常复杂的程度，但对于理解基本原理来说，我觉得已经足够了。总的来说，对于想扎实掌握化学键和晶体结构这些基础内容的同学来说，这本书还是很有帮助的。

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