群论在化学中的应用

群论在化学中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:福建科学技术出版社
作者:[美]F.A.科顿
出品人:
页数:387
译者:刘万春
出版时间:1999-10
价格:35.00元
装帧:平装
isbn号码:9787533515539
丛书系列:
图书标签:
  • 化学
  • 群论
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  • 分子对称性
  • 量子化学
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  • 配位化学
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  • 理论化学
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具体描述

《群论在化学中的应用》图书简介(不包含原书内容) 本书简介:数学的优雅与物质的规律的交汇 导言:在结构与对称性的世界中探索 化学,作为研究物质组成、结构、性质及变化的科学,其核心任务之一便是理解和预测物质的微观行为。这种理解往往依赖于对物质结构中蕴含的对称性的深刻洞察。对称性不仅是化学美学的体现,更是决定物质物理和化学性质的关键因素。本书将深入探讨一套强大的数学工具——群论——如何精确、系统地描述和量化这种对称性,并将其转化为对化学现象的有力预测。 第一部分:群论基础与数学工具的构建 要领会群论在化学中的应用,必须首先建立坚实的数学基础。本部分将系统地介绍群论的基本概念,确保读者能够从零开始掌握必要的理论框架。 1.1 基础代数结构:从集合到群 我们将从集合的概念出发,逐步引入二元运算、封闭性、结合律、单位元和逆元等核心要素,明确定义一个“群”。讨论群的阶、子群以及陪集等基本概念,为后续的结构分析打下基础。此外,还会涉及更高级的代数结构,如环和域,虽然它们在标准群论应用中并非核心,但有助于理解群论的普适性。 1.2 群的表示:抽象概念的具体化 群论的真正威力在于其表示论。本部分将重点阐述如何将抽象的群元素映射到线性代数空间中的可逆矩阵。讨论“表示”的定义、等效表示、不可约表示(Irreducible Representations, IRs)的概念,这是化学应用中最关键的工具。我们将详细介绍如何利用酉矩阵和特征标(Character)来系统地处理这些表示。 1.3 群论的几何视角:点群与对称操作 数学群与几何对称操作之间的联系是连接理论与实际的关键。本部分将分类介绍各种对称操作,包括恒等(E)、旋转($C_n$)、反射($sigma$)、反演($i$)以及复合操作(如旋量轴 $S_n$)。读者将学习如何识别分子或晶体所具有的完整对称群,即点群。重点解析如何构造点群的乘法表,这是确定其所有子群和类(Classes)的先决条件。 1.4 费米-狄拉克统计与群论的交集 在某些需要考虑粒子全同性和统计行为的复杂系统中,群论的对称性原理与费米-狄拉克或玻色-爱因斯坦统计的约束条件相结合,可以更精确地描述系统的基态和激发态的简并性。本节将探讨如何利用群论来处理多电子体系中的自旋对称性和空间对称性的耦合。 第二部分:对称性在分子结构与光谱中的应用 本部分的核心在于将抽象的群论工具应用于具体的化学问题,特别是分子轨道理论和光谱分析。 2.1 分子轨道理论与不可约表示 在分子轨道理论中,电子的波函数必须服从于分子的对称性。我们将详细论证,一个分子轨道的基函数(如原子轨道组合)必须根据其在分子对称群下的变换特性进行分类,即它们必须属于特定的不可约表示。 轨道分类: 演示如何利用特征标表(Character Tables)来确定给定原子轨道组合(如$p$轨道或$d$轨道)在特定点群下的对称性标签(如$A, B, E, T$)。 轨道组合与线性组合(LCAO): 阐述如何使用对称性自恰(Symmetry Adapted Linear Combinations, SALCs)的方法,通过投影算符(Projection Operators)的原理,系统地构建出具有正确对称性的分子轨道基函数集,从而极大地简化了计算过程。 2.2 振动光谱学:红外与拉曼活性的判据 分子的振动模式是其结构稳定性的重要体现。本部分将展示群论如何精确预测哪些振动模式可以被红外吸收(偶极矩变化)或拉曼散射(极化率变化)。 简正模的对称性分配: 利用分子的自由度与振动模式的对应关系,结合特征标表和原子坐标的变换性质,推导出所有简正模的不可约表示。 选择定则的推导: 详细讲解选择定则(Selection Rules)的群论基础——一个积分(如偶极矩积分)只有在对应于$A_1$(完全对称)的不可约表示时才非零。通过检查振动模式与转动/平移量(红外活性)或二次项(拉曼活性)的对称性匹配情况,直接判断其光谱活性,无须进行复杂的量子力学积分。 2.3 电子光谱与选择定则 电子跃迁(如紫外-可见吸收)同样受对称性制约。我们将分析电子跃迁的对称性要求,即跃迁偶极矩算符的对称性必须与初始态和最终态的乘积所包含的完全对称表示相容。这解释了为什么某些电子跃迁在特定分子中是“禁戒”的(Intensity Gaps)。 第三部分:晶体与固态化学中的群论扩展 当分子聚合形成晶体时,对称性从点群扩展到更具普适性的空间群(Space Groups)。 3.1 晶体结构与布拉菲格子 本部分将引入周期性结构的概念,解释如何使用14种布拉菲格子来描述三维空间中的周期性排布。分析晶体结构中涉及的平移对称性,并介绍如何结合平移与点对称操作形成完整的空间群。 3.2 晶体动理学与能带结构 在固态物理和无机化学中,能带理论是理解导体、半导体和绝缘体性质的关键。 布洛赫定理与能带的周期性: 阐述布洛赫函数如何继承晶体的平移对称性。 布里渊区与波矢对称性: 介绍布里渊区(Brillouin Zone)的概念及其对电子动量(波矢 $mathbf{k}$)的限制。在特殊的高对称性点(如$Gamma, X, L$点),电子波函数必须遵循特定的点群对称性,这决定了能带的简并性和有效质量。 能带简并性的保护: 利用群论,可以预测在特定 $mathbf{k}$ 点处,由于对称性保护(例如,时间反演对称性),能带简并性的存在,这在拓扑绝缘体等前沿领域至关重要。 3.3 晶体场理论的对称性描述 在过渡金属配合物中,配体产生的静电场(晶体场)分裂了中心离子的$d$轨道能级。本部分将利用配体场所属的点群,通过群论方法精确预测$d$轨道的能量分裂模式,并指出哪些分裂项(如$e_g, t_{2g}$)具有特定的对称性,这直接关联到配合物的磁性、颜色和反应活性。 结论:对称性——化学规律的隐形之手 本书旨在揭示群论不仅仅是一种抽象的数学构造,更是揭示自然界中物质结构与性质之间深层联系的精确语言。通过系统的数学推导和具体的化学实例,读者将获得一个强大的分析框架,能够从根本上理解化学现象的对称性起源,从而在理论预测和实验解释方面达到新的高度。掌握群论,即是掌握了理解物质世界结构规律的钥匙。

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读后感

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纯数学是一种逻辑理念的诗篇.它寻求的是以简单的、逻辑的和统一的形式把最大可能的形式关系圈汇集起来的最一般的操作观念.在这种接近逻辑美的努力中,人们发现了那些为更深入、更透彻地理解自然定律所必须的精神法则.

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图片配错了,图里是另外一本书,大家仔细看啊。不过这书本身很不错,我在图书馆借到的,想自己收藏本,可以没有货  

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用户评价

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这本书的索引和术语表部分,展现了作者严谨细致的职业操守。在如今许多出版物为了追求速度而简化校对的时代,这份索引的详尽程度令人惊叹。它不仅收录了每一个关键的数学名词,还标注了它们在文中的首次出现页码,甚至贴心地加入了简短的定义摘要。这对于需要经常回溯查阅特定概念的读者来说,简直是救星。此外,术语表的排版清晰易读,不像有些参考书那样将所有解释挤在一起,它使用了分栏和重点标记,使得查找效率极高。这表明作者不仅是一位理论家,更是一位体贴的教育者,他深知读者在学习复杂体系时,对于快速定位和复习的需求。拥有这样一份详尽的索引,使得整本书的“可用性”和“参考价值”大大提升,我可以确信,这本书未来会成为我书架上一个经常被翻阅的工具书。

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这本书的开篇导论部分,真是将“宏大叙事”的魅力展现得淋漓尽致。它没有急于抛出那些晦涩难懂的公式,反而像是拉开了一幅波澜壮阔的历史画卷。作者非常巧妙地回顾了人类对对称性概念的早期萌芽,从古代建筑的几何美感到文艺复兴时期对黄金分割的痴迷,再到近现代物理学对基本粒子结构的不懈探索。这种铺陈手法,极大地拓宽了读者的视野,让人意识到“结构”与“模式”并非仅限于书本上的定义,而是渗透在宇宙万物的底层逻辑之中。我尤其欣赏作者在讲述过程中所展现出的那种跨学科的广博视野,他信手拈来地引用了艺术史、哲学甚至音乐理论中的相关观点,使得原本可能枯燥的理论前奏,变成了一场引人入胜的思想漫游。读完这一部分,我感觉自己像是站在一个高耸的瞭望塔上,对接下来将要攀登的知识高地有了一个初步的敬畏感和方向感,这种引导方式,远比直接灌输要有效得多。

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这本书的插图和图表设计,可以说达到了艺术与科学的完美结合。它们绝非那种呆板的、为了应付出版要求而制作的简单线条图。每一个示意图都经过了深思熟虑,色彩的运用、角度的选择,都服务于对复杂概念的直观阐释。我注意到,作者在介绍一些空间构型时,使用了三维立体投影配合阴影处理,使得原本在二维平面上难以想象的旋转和映射关系,瞬间变得清晰明了。更令人称赞的是,这些图示的注释非常简洁有力,它们没有用大段的文字去解释,而是用最精炼的符号和箭头指引读者去观察“变化”本身。对于一个视觉学习者来说,这种“少即是多”的设计哲学,无疑是巨大的福音。它鼓励读者主动去思考图中所隐藏的规律,而不是被动地接受既定的结论,这种引导式的教学设计,体现了作者深厚的教育智慧。

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我对书中某些章节在叙事上的节奏感印象尤为深刻。作者似乎深谙叙事张力的营造之道。他不会让所有难点同时出现,而是像一位高明的棋手,先布局一些相对易于理解的基础模块,让读者建立起信心和初步的框架认知。然后在关键的转折点,突然引入一个看似无法逾越的理论障碍,让读者产生“原来如此艰难”的恍然大悟感,紧接着,作者又会用一两个极其精妙的类比或一个历史上的关键实验,将这个障碍瞬间瓦解。这种抑扬顿挫的节奏,使得阅读体验充满了探索的乐趣,让人欲罢不能。这种写作技巧,已经超越了单纯的知识传授,更像是一种对读者心智的打磨和训练,让人在挑战中不断提升自己的认知边界。我发现自己竟然会不自觉地加快呼吸,期待着下一页会揭示什么样的秘密。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴,那种深沉的蓝色调搭配烫金的字体,透露出一种古典的、仿佛来自十九世纪实验室的神秘感。我拿起它,首先感受到的便是那种沉甸甸的质感,纸张的厚度、装帧的考究,都让人觉得这是一部值得珍藏的经典之作。光是翻开扉页,那精美的排版和留白,就足以让人心旷神怡。作者在序言中那种对科学探索的虔诚与敬畏,着实打动了我。他似乎在试图构建一座桥梁,连接那些看似遥不可及的抽象数学概念与我们日常所见的物质世界的运行规律。我甚至能想象出作者当年伏案疾书时的情景,那种对知识的极致追求,仿佛已经渗透到了油墨的芬芳之中。尽管我目前对书中的核心内容知之甚少,但仅凭这份对“知识载体”本身的尊重,就足以让我对手中的这份宝藏充满期待。它不像市面上那些追求速度和时效性的快餐读物,它散发着一种经过时间沉淀的醇厚香气,让人忍不住想要慢下来,细细品味。

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终于买到了一本

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化学专业值得珍藏,外行选读

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