Molecular Symmetry and Group Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Alan Vincent

出品人:

页数:202

译者:

出版时间:2001-01-31

价格:USD 45.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780471489399

丛书系列:

图书标签:

• 分子对称性
• 群论
• 化学物理
• 量子化学
• 分子结构
• 光谱学
• 化学应用
• 数学物理
• 理论化学
• 物理化学

分子结构与光谱：基础理论与应用实践 本书旨在为化学、物理学、材料科学及相关领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的视角，探讨物质微观层面的结构对称性、分子振动、转动以及电子态的理论基础及其在现代化学分析中的实际应用。本书避开了对专业群论数学工具的冗长推导，而是侧重于如何利用对称性原理来简化复杂的量子化学问题，并建立起分子结构、光谱特征与量子力学描述之间的直观联系。 --- 第一部分：对称性的几何基础与分子指认 本部分奠定了理解分子结构对称性的几何和概念框架。我们首先从最基本的几何操作——旋转、反射和反演——出发，系统地介绍这些操作如何定义一个分子的点群。 1.1 几何对称操作与操作群： 我们将详细分析常见的对称元素，如恒等操作 ($E$)、n重旋转轴 ($C_n$)、垂直反射面 ($sigma_v$)、水平反射面 ($sigma_h$) 以及反演中心 ($i$)。通过实例，如水分子 ($C_{2v}$)、氨分子 ($C_{3v}$)、甲烷 ($T_d$) 和苯 ($D_{6h}$)，读者将学习如何准确地识别和分配分子的点群。重点在于理解这些操作的组合特性，并识别出构成该点群的完整群表（Group Multiplication Table）的结构。 1.2 物理意义与基态结构： 对称性不仅仅是几何的描述，它深刻地影响着分子的势能面和稳定性。本章探讨了如何利用对称性原理来判断分子结构中电子云的排布限制，以及哪些几何构象在能量上更可能被观测到。例如，对于具有高对称性的分子，键长和键角可能受到严格的约束。 1.3 晶体对称性的初步引入（作为拓展）： 虽然本书的核心聚焦于孤立分子，但为了提供更广阔的视野，我们将简要介绍如何将点群的概念扩展到无限对称性——空间群。这部分内容将服务于理解固态材料中晶胞的对称性，为固体光谱和电子结构分析打下概念基础。 --- 第二部分：振动光谱学与对称性筛选 分子内部的原子运动——振动——是理解分子间作用力、键合强度以及环境敏感性的关键。本部分的核心是通过对称性来预测哪些振动模式是“活跃的”（即可以被观测到的）。 2.1 简谐振动与自由度： 首先回顾牛顿定律在线性分子体系中的应用，定义分子的正常模式（Normal Modes）和简谐振动近似。对于含有 $N$ 个原子的分子，总共有 $3N-6$ (线性分子为 $3N-5$) 个振动自由度。 2.2 红外 (IR) 和拉曼 (Raman) 活性的对称性判据： 这是本书的关键章节。我们利用可约表示（Reducible Representation）来描述所有 $3N$ 个运动自由度，并将其分解为不可约表示（Irreducible Representations）。 红外活性： 振动模式的偶极矩矩导数必须是非对称的（即包含一个完全对称的不可约表示）。 拉曼活性： 振动模式的极化率张量必须包含一个完全对称的不可约表示。 通过实际的 $C_{3v}$ 分子（如 $ ext{NH}_3$）的例子，读者将亲手计算其 $Gamma_{3N}$，并利用群表中提供的选择定则（Selection Rules）来确定哪些振动峰将出现在IR谱中，哪些将出现在Raman谱中。 2.3 互斥定则 (Rule of Mutual Exclusion)： 对于具有中心对称点群（如 $D_{nh}$ 或 $D_{nh}$ 含有 $i$）的分子，我们将严格证明：红外活性和拉曼活性完全互斥。这一简洁而强大的定则，是确定分子中是否存在反演中心的直接证据。 --- 第三部分：分子转动与微波光谱学 分子在空间中的刚性转动（特别是对于刚性转动体）产生了微波光谱，这为精确测定分子几何结构提供了无损手段。 3.1 转动能级与刚性转子模型： 引入刚性转子模型（Rigid Rotor Model），推导转动惯量 $I$ 和转动量子数 $J$ 的关系，计算能量 $E_J$ 和角频率 $omega_J$。 3.2 微波光谱的选择定则： 分析转动光谱的产生机制——电偶极矩的变化。我们推导出刚性转子的微波选择定则：$Delta J = pm 1$。并进一步讨论了非刚性转子对光谱线的修正（离心失真效应），从而允许我们精确计算分子键长。 3.3 偶极矩与转动光谱： 强调对称性在微波光谱中的作用：只有偶极矩不为零的分子才能在微波区产生吸收谱线。因此，具有高对称性（如 $ ext{O}_2$, $ ext{CO}_2$, $ ext{SF}_6$）的分子在微波区将保持“沉默”，这一观察结果是群论在分子结构判断中的经典应用。 --- 第四部分：电子激发与光化学——基于不可约表示的分类 电子跃迁（紫外-可见光谱）涉及到分子轨道（MO）的激发。对称性在预测电子跃迁的允许性方面同样至关重要。 4.1 分子轨道对称性： 回顾分子轨道理论，重点放在轨道的对称性分类。利用不可约表示来标记 $pi$ 轨道、$sigma$ 轨道以及 $n$ 电子（孤对电子）轨道的对称性质。 4.2 电子跃迁的选择定则： 电子跃迁的允许性依赖于起始态和终止态的乘积必须包含一个完全对称的基矢（通常与电偶极矩算符 $vec{mu}$ 相关）。我们将这个判据表述为： $$Gamma_{ ext{起始}} otimes Gamma_{ ext{跃迁算符}} otimes Gamma_{ ext{终止}} = ext{完全对称表示}$$ 4.3 实例分析：苯和过渡金属配合物： 通过分析苯的 $pi o pi^$ 跃迁，解释为何某些电子跃迁是允许的，而另一些是禁戒的。此外，本书还将讨论在理解过渡金属配合物的 $d-d$ 跃迁时，配位场对称性（如八面体 $O_h$ 或四面体 $T_d$）如何决定了光谱的颜色和精细结构。 --- 结论：对称性作为量子化学的捷径 本书的最终目标是使读者认识到，对称性分析是量子化学和分子光谱学中最强大、最简洁的工具。它允许我们在不进行繁琐的、依赖于具体坐标系选择的积分计算之前，就能排除大量不可能的物理现象（如不活跃的振动模式、不可见的微波吸收），从而极大地指导实验设计和数据解释。本书通过大量的实例和图示，确保了理论的严谨性与实际操作的便捷性完美结合。

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这本《分子对称与群论》如同一把开启分子世界奥秘的钥匙，虽然我还没有机会深入研读，但仅仅从书名和封面散发出的学术气息，便足以让我对其内容充满好奇与期待。我设想，这本书会如同一位学识渊博的导师，循序渐进地引导读者进入抽象却又至关重要的对称性概念。它或许会从最基础的几何对称操作开始，比如镜面反射、旋转轴、反演中心，用生动形象的图示和类比来帮助初学者理解这些抽象的点。接着，它很可能将这些操作组织成群的结构，如同搭建一座精巧的数学城堡，让读者感受到群论的逻辑严谨与强大力量。我尤其期待书中会用大量的分子实例来佐证这些理论，比如水分子、氨气分子，甚至更复杂的有机分子，展示对称性如何在理解分子的键长、键角、光谱性质乃至化学反应性中扮演核心角色。想象一下，当理论的枝干与真实的分子模型相结合，那些原本晦涩的数学公式似乎就能幻化成肉眼可见的分子形态，让化学的本质更加清晰可见。这本书的出现，无疑填补了我对分子结构与性质深层理解的空白，让我渴望一探究竟，让对称之美在我的脑海中绽放。

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我对《分子对称与群论》这本书抱有极大的热情，因为它承诺将数学的严谨性与化学的实际应用完美结合。我设想，这本书的叙述风格会是既有学术深度又不失可读性，通过精心设计的例子和清晰的讲解，将复杂的群论概念变得易于理解。我尤其期待书中会详细介绍如何利用群论来分析分子的电子结构，比如，如何根据分子的对称性来推导分子轨道的能量顺序，以及如何利用群论来理解电子跃迁的选择定则。我猜想，书中还会深入探讨群论在配位化学中的应用，例如，如何利用对称性来预测金属配合物的电子光谱，以及如何理解晶体场理论和分子轨道理论之间的联系。这本书的价值在于它提供了一种强大的分析工具，能够帮助我们系统地理解分子的性质，从微观的电子排布到宏观的化学反应，都能找到其背后的对称性规律。我坚信，通过研读这本书，我将能够更深刻地理解化学的本质，并为进一步的科研探索打下坚实的基础。

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作为一个对理论化学充满敬意的学习者，我深信《分子对称与群论》这本书的出现，必将成为我深入理解化学原理的基石。我设想，它会以一种极其系统化的方式，将抽象的群论概念与具体的化学应用紧密地联系起来。书中很可能不会止步于最基本的群论知识，而是会进一步探讨其在量子化学计算中的重要作用。例如，如何利用对称性来简化哈密顿算符，如何根据分子的对称性来选择合适的基组，以及对称性在多电子体系近似方法中的应用。我尤其期待看到书中会阐述如何利用群论来理解分子的振动光谱，例如简正振动的对称性分析，以及如何根据振动模式的对称性来预测哪些振动是红外或拉曼活性的。这种对分子微观运动的精确描述，无疑能够极大地加深我们对化学键、分子内相互作用的理解。这本书对我而言，不仅仅是一本教材，更像是一张通往更深层次化学理解的导航图，指引我穿越繁杂的计算和抽象的概念，直抵化学本质的核心。

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我最近在思考如何才能更系统、更深入地理解化学分子的行为，而《分子对称与群论》这本书，似乎提供了一个极为有效的途径。我猜想，这本书的精髓在于它如何将抽象的数学概念转化为对分子世界直观的理解。它或许会以一种非常直观的方式，通过大量的图形和实例，来展示对称性在分子结构中的体现。我特别期待它能讲解如何通过观察分子的几何形状来确定其对称元素和对称操作，进而归纳出其所属的点群。这种将几何直觉与数学逻辑相结合的方法，想必能让学习过程充满趣味。此外，我设想书中还会深入探讨对称性在解释分子光谱性质时的应用，例如，如何根据分子的对称性来判断其电子跃迁是否允许，以及如何理解不同类型的光谱（如紫外-可见吸收光谱、荧光光谱）与分子对称性之间的关系。这本书的出现，对我而言，不仅仅是学习一套新的理论工具，更是开启一种全新的观察和理解分子世界的方式，让我能更深刻地洞察隐藏在分子结构背后的奥秘。

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我最近对探索复杂化学体系的内在规律产生了浓厚的兴趣，而《分子对称与群论》这本书，在我看来，恰好提供了这样一个绝佳的视角。我猜想，这本书的价值在于它不仅仅是简单地介绍群论的数学框架，更重要的是它如何将这一抽象的数学工具有效地应用于解决实际的化学问题。我期望它能深入浅出地讲解群论在分子轨道理论中的应用，比如如何利用对称性来简化能量计算，预测分子的电子能级排布，以及解释某些特殊的电子光谱现象。或许书中会有一章专门讨论点群，详细阐述不同对称性的分子属于哪个点群，以及每个点群的特征标表所蕴含的丰富信息。这些信息，例如红外活性和拉曼活性的判断，想必能让我在分析实验数据时更加游刃有余。而且，我坚信，掌握了群论工具，对于理解配位化学、晶体学甚至催化反应的机理都将大有裨益。这本书的吸引力在于它承诺了一套严谨的逻辑体系，能够帮助我们系统地认识分子世界，从微观层面揭示宏观性质的成因，这种洞察力是我迫切希望获得的。

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编排思路感觉不太好。。而且偏简单。。

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