新华正版 分子振动光谱学原理 吴国祯 9787302493679 清华大学出版社
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作者吴国祯
出版社清华大学出版社
ISBN9787302493679
出版时间2018-04
装帧平装
开本16开
定价39元
货号25265482
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前言
前言
分子光谱学是一门研究分子的运动及其与光的相互作用的科学，或者说是运用光—电磁波为手段来研究分子的运动的一门科学。可见分子光谱学的内涵有两个组成部分，其一是光的本身性质以及分子的结构、运动，其二是它们之间的相互作用。在光的强度不是很强的情况下，光波本身可以用经典的电磁波理论来描述。在高强度光强时，则必须以量子的概念来描述光，这时光的粒子性质显得非常突出，再也不能视为单纯的波的物理现象了。至于分子的结构及其运动，由于构成分子的粒子——电子与原子核——是微观的粒子，它们的运动状态需要以量子力学来描述。因此，我们可以明确地说，分子光谱学从理论上讲已经解决了，因为不论是分子还是光，它们的运动规律已经被人们所掌握。有这样的想法，固然合乎逻辑，但问题的关键在于运动规律的掌握不等于具体问题的完全解决。其中主要的原因是，即便是简单的氢分子，它的量子力学的描写也是很难精确得到的。至于化学中的一般分子，那问题就更难解决了。问题的核心在于分子是由多个电子和原子核组成的，这样的多体问题，在量子力学方程中是解不出来的。由于这个原因，研究分子与光的相互作用，或是分子光谱学，很大程度上需要依靠实验手段来取得有关的数据，同时也需要用理论分析的方法对所取得的数据进行分析、推论，以阐明实验观察中所隐含的物理以及化学的意义。所以说分子光谱学是一门实验性和理论性都很强的科学，要做好此领域的工作，必须有实验和理论两方面的素养，二者缺一不可。
前面谈及分子是由电子和原子核所构成的多体体系，它的运动是很复杂的。虽说复杂但不是杂乱无章。其中一个的特征是电子的质量比原子核的质量小很多，只有万分之一或更小。换句话说，电子的运动速率要比原子核的运动速率快千万倍以上。当原子核只运动一点点时，电子却已经在分子里运动了好几千万个周期了。因此可以设想，当分子因核的运动而处于不同构型时，电子的运动状态总能跟上核运动的变化。这就是说当核在运动时，电子总能在瞬间调整其运动使之满足核在任何瞬时对它的运动状态的要求。反之，如果因为某种原因，譬如光的吸收，使得电子的运动状态改变了，这时由于核的运动速率比电子的要慢很多，所以核将一时还保持着原来的构型及运动状态。不难设想由于电子的运动速率比核的快上千万倍，因此改变电子运动所需的能量要比改变核运动所需的能量大很多。
核的运动可以划分为核间距离做周期性变化的振动运动和核整体绕某个轴的旋转运动。读者或许已经知道当分子含有N个原子时，对线形分子而言有3N-5个振动模，2个旋转模，3个移动模； 对非线形分子而言，则有3N-6个振动模，3个旋转模，3个移动模。移动模是指分子在空间做整体的简单平移移动，本书将不做讨论。类似于分子中电子的运动速率比核的快很多，分子的振动频率也要比分子的转动快很多，当分子振动了几百个周期，分子才在空间旋转一周。因此，我们也可以粗略地将这两类运动分开来处理。同样改变分子振动所需的能量也将比改变分子的旋转能量大上千百倍。
综上所述，我们可将分子的运动划分为电子的运动、分子的振动和转动（还有有关核的自旋的运动，暂且不予讨论）。因此，分子光谱学也依研究对象的不同，划分为电子光谱学、振动光谱学和转动光谱学。这样划分完全是人为的权宜之计。在任何时刻，我们都必须牢牢记住，这些运动只是分子运动的几个侧面，它们之间的关系是紧密的。不能设想分子的任何一个层次的运动能和其他层次的运动截然无关。因此分子光谱学虽然分为几支，但一个好的分子光谱学工作者，不能只专一样，而对其余的完全陌生。学习分子光谱学的读者也一样，不能只了解电子的运动理论，而不懂得分子的振动或转动理论。可见分子光谱学是一门相当复杂的科学，它牵涉很多的领域。有人说分子光谱学就是一门分子物理学，这样的提法是不过分的。
导语摘要
本书较系统地介绍了分子振动光谱学的基础理论知识。全书共分16章，介绍了量子力学基础、分子的转动、振动、点群表示、电子的休克方法、拉曼效应、拉曼虚态、拉曼旋光、键极化率、微分键极化率方法以及高激发振动等内容，并备有习题及解答。本书汇集了作者多年来在此领域授课和研究的心得，对于在分子谱学、物理和化学领域学习和工作的教师、科研工作者、研究生，以及本科生均有参考价值。
作者简介
本书作者吴国祯，台湾台北人，清华大学物理系教授。
目录目录
第1章量子力学基础
1.1量子状态与算符
1.2不含时的微扰
1.3含时的微扰
1.4光的作用
1.5爱因斯坦的光的吸收和辐射理论
1.6谱线的形状与宽度
1.7关于波数
参考文献
习题
第2章分子的转动
2.1概述
2.2玻恩奥本海默近似
2.3刚体转子
2.4谱线
2.5对称性
2.6简谐振子
2.7分子振动转动谱线
2.8离心力效应
2.9非简谐效应
2.10多原子分子的转动光谱
参考文献
习题
第3章分子的振动
3.1简正振动模
3.2简正坐标
3．3选择定则
3．4一般坐标
3.5共振现象
3.6具有若干旋转稳定点的分子
3.7分子内旋转运动
3.8官能团频率
3.9结语
参考文献
习题
第4章键力常数的计算与SCN-在电极表面的吸附
4.1引言
4.2SCN-吸附在银电极表面的振动分析
参考文献
第5章点群的表示及其应用
5.1分子的对称性与群的定义
5.2群的分类
5．3群的一些性质
5．4点群
5．5群的表示
5．6特征值
5．7特征表
5.8可约表示的约化
5.9基
5．10以简正坐标为基的表示
5．11以原子位移为基的表示的约化
5．12分子振动的分析
5.13不可约表示基的寻找
5.14对称坐标
5.15直积群
5.16简正振动波函数的对称性
5．17选择定则
5．18相关
5．19关于点群的几点说明
5．20关于量子数
参考文献
习题
第6章分子晶体的振动与群的相关
6．1分子晶体的振动
6．2单胞群、位群、平移群
6．3分子点群、位群及单胞群的相关及其物理意义
参考文献
第7章电子波函数
7．1电子波函数
7．2原子轨道线性组合的概念
7．3杂化轨道系数的确定
7．4久期方程
7．5休克近似
7．6对称和群的应用
7．7相关
7．8HMO的改进
7．9电子在轨道间的跃迁和选择定则
7．10结语
参考文献
习题
第8章拉曼效应
8．1散射现象
8．2拉曼效应
8．3拉曼效应的量子观点
8．4选择定则
8．5极化率
8．6沃肯斯坦键极化率理论
8．7共振拉曼效应
8．8高次拉曼效应
参考文献
习题
第9章振动—电子态的耦合与拉曼效应
9．1引言
9．2拉曼极化率
9．3非共振拉曼极化率
9．4共振拉曼极化率
9．5M TCNQ－的共振拉曼谱
参考文献
第10章键极化率的计算
10．1引言
10．2分子键极化率的计算
10．3表面增强拉曼峰强
10．4表面增强吸附分子键极化率的计算
参考文献
第11章拉曼虚态的电子结构
11．1拉曼峰强
11．2拉曼虚态
11．32氨基吡啶的拉曼虚态电子结构
11．4虚态弛豫的测不准关系
11．5结语
参考文献
第12章旋光性
12.1引言
12.2磁过程、电四极矩过程与电偶极矩的作用
12.3分子振动旋光性的模型
12.4分子振动旋光的电荷流动模型
12.5结语
参考文献
第13章拉曼旋光与微分键极化率
13.1拉曼旋光下的键极化率
13.2( )(R)methyloxirane的键极化率和微分键极化率
13.3分子内手性对映性
13.4拉曼、拉曼旋光峰强和键极化率、微分键极化率的等同性
参考文献
第14章双电子原子的能谱与双原子分子转动振动谱的相似性
14.1氢原子电子运动的对称性
14.2氦原子双电子的激发态
14.3d和I组态的归类
14.4总结
参考文献
习题
第15章分子的对称
15.1置换反演群
15.2分子的对称群、点群和转动群
15.3分子波函数的对称分类
15.4选择定则
参考文献
习题
第16章分子高激发振动
16.1前言
16.2莫尔斯振子
16.3单摆的动力学
16.4二次量子化算符的表达
16.5一个共振等同于一个单摆的动力学
16.6一个共振对应于一个守恒量
16.7混沌
16.8海森伯对应
16.9共振的重叠导致混沌的产生
16.10动力学势
16.11结论
参考文献
习题解答
附录A点群特征表
内容摘要
本书较系统地介绍了分子振动光谱学的基础理论知识。全书共分16章，介绍了量子力学基础、分子的转动、振动、点群表示、电子的休克方法、拉曼效应、拉曼虚态、拉曼旋光、键极化率、微分键极化率方法以及高激发振动等内容，并备有习题及解答。
本书汇集了作者多年来在此领域授课和研究的心得，对于在分子谱学、物理和化学领域学习和工作的教师、科研工作者、研究生，以及本科生均有参考价值。
主编推荐
本书作者吴国祯，台湾台北人，清华大学物理系教授。
精彩内容
第1章量子力学基础本章主要回顾量子力学的基本概念，然后着重叙述那些和分子光谱学有关的量子课题。本章虽然没有牵涉具体的分子的电子、振动、转动等内容，但它是以后各章有关分子运动的基础。1.1量子状态与算符在量子力学中，一个物理状态可以用一个称作状态函数(state function)的量|a〉（或 〈a|）来表示。|a〉有时也被称作状态向量（state vector）。这是因为 |a〉满足数学中向量的许多性质的缘故。例如，两个向量之和仍为一向量; 一数乘以一向量仍为一向量。对应地，有|a〉 |b〉=|c〉c|a〉=|d〉 此处，|a〉，|b〉，|c〉，|d〉等均为状态函数，而c可为任意复数。向量间除了有 “ ” 这种运算的联系外，还有一个重要的性质，就是两个向量之内积（通常以符号“·” 表示），为一实数。同样地，两个状态函数〈a|，|b〉之间亦可定义一内积运算，并以〈a|b〉或〈b|a〉表示。与向量之内积不同，〈a|b〉不一定为实数，可为复数。若以积分形式来表示（这是量子力学中的一种表象），则〈a|b〉=∫φ*aφbdτ式中，φ*a，φb为描述〈a|b〉状态之代数函数（称作波函数）; 符号“*” 表示取复共轭，即将函数中之虚数i改为-i ; dτ是对φa,φb函数定义的空间作积分。从上式，明显的有〈a|b〉=〈b|a〉*可见状态函数间之内积若不为实数，则做内积运算时，函数之先后顺序是重要的。向量之集合与运算构成了称作向量空间的数学结构，状态函数的集合与运算则构成了希尔伯特空间(Hilbert space)。以上叙述了对物理状态的描述。怎样表示“物理操作” 这个概念呢？为此，人们引入算符的运算。算符是一种数学概念。广义地说，它就是一种变换。一个状态函数|a〉可以经由一个算符T^的作用变换到另一个状态函数|b〉。形象地说，就是一个物理状态经过某个“物理操作” 以后，因为该物理操作对它起了作用，从而变成了另一种状态。在量子力学中，一种物理操作对应着一个算符，可以用数学式子表示为T^|a〉=|b〉如果|b〉正好为a|a〉，则上式变为T^|a〉=a|a〉此时就称a和|a〉为T^的本征值(eigenvalue)和本征函数(eigenfunction)。一个算符可以有一组本征函数，并且它们间的内积均为零。物理操作所对应的数学算符T^都满足以下的关系式： 〈a|T^|b〉=〈b|T^|a〉*满足以上关系的算符就称作厄米算符(Hermitian)。可以证明，厄米算符的本征值必然为实数。在量子力学中，每一个物理操作都对应着一个算符，它们和经典力学中的物理量有着简单的对应关系，见表1.1。表中xk,pxj, Jxj，H分别为运动粒子j的坐标,动量，角动量和哈密顿量(Hamiltonian)。V表示势能。此处h为普朗克常数，=h/2π，下同。表1.1物理量在经典力学和量子力学中的对应表示式经 典 力 学量 子 力 学xkpxj=mjvj=mjdxjdtJxj=mjyjdzjdt－zjdyjdtH=12∑j1mj(p2xj p2yj p2zj) VxkiXjiyjzj－zjyjH=－22∑j1mj2j V
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