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出版者:W H Freeman & Co

作者:Rayner-Canham, Geoffrey

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 62.43

装帧:Pap

isbn号码:9780716761778

丛书系列:

图书标签:

• 无机化学
• 描述性无机化学
• 化学
• 高等教育
• 教科书
• 化学元素
• 化合物
• 结构化学
• 化学键
• 周期表

深入探究：晶体学基础与对称性原理 本书旨在为读者提供一个坚实而全面的晶体学基础，重点关注物质在原子尺度上的排列规律、对称性描述及其在材料科学中的实际应用。不同于侧重于分子结构或传统无机化学合成的著作，本书将视角聚焦于固态物质的周期性结构——晶体——的内在数学框架与物理意义。 本书的结构设计力求逻辑严谨，内容层层递进，确保读者能从最基本的概念出发，逐步掌握复杂的晶体学理论。 第一部分：晶体学的基本概念与几何描述 (Fundamentals of Crystallography and Geometric Description) 本部分奠定了理解晶体结构的基石。我们首先探讨什么是晶体，并将其与非晶态物质进行明确的区分。 晶格与基矢： 详细阐述了理想晶格的概念，引入布拉维格（Bravais Lattices）的数学定义。通过对七大晶系的几何约束条件的分析，精确界定了三维空间中所有可能的周期性点阵。书中将重点阐述如何选择合适的基矢（Primitive Vectors）来描述任意晶格点的位置，并解释了简化晶胞（Unit Cell）与原胞（Primitive Cell）之间的关系及其对结构描述的影响。 倒易点阵与衍射基础： 介绍倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，这是理解X射线、电子或中子衍射现象的数学工具。详细推导了维格纳-赛茨元胞（Wigner-Seitz Cell）在倒易空间中的意义，并初步引入了衍射条件的几何解释，为后续深入分析奠定基础。 晶体群论： 这是本书的核心章节之一。我们详细剖析了描述晶体对称性的数学工具——群论。从最基本的对称操作（如旋转轴、反射面、反演中心）入手，系统地构建了点群（Point Groups）和空间群（Space Groups）的分类体系。书中将花费大量篇幅讲解如何通过穆勒符号（Müller Symbols）和国际符号表（International Tables for Crystallography）来唯一标识一个空间群。特别关注那些在无机材料中常见的、具有非质心对称操作（如螺旋轴和滑移面）的空间群，并解释这些操作如何影响晶体结构和其物理性质。 第二部分：晶体结构分析与实际表征 (Crystal Structure Analysis and Practical Characterization) 本部分将理论知识与实验技术紧密结合，讲解如何通过实验手段确定和验证晶体结构。 衍射理论的深化： 详细阐述了不同类型辐射（X射线、电子、中子）与晶体相互作用的物理机制。重点分析了结构因子（Structure Factor）的数学形式，区分了原子形状因子和结构因子，并解释了结构因子如何受晶体中原子位置和原子序的影响。同时，深入讨论了衍射峰的强度、轮廓与晶体质量（如晶粒大小、缺陷）之间的关系。 晶体学衍射技术： 系统介绍粉末X射线衍射（PXRD）和单晶X射线衍射（SCXRD）的技术原理和数据处理流程。对于PXRD，本书将重点讲解谢勒公式（Scherrer Formula）在纳米材料尺寸分析中的应用，以及如何利用里特维尔德精修（Rietveld Refinement）方法对衍射图谱进行全谱拟合，从而精确确定晶格参数和原子坐标。对于SCXRD，将概述如何从衍射数据中求解相位问题，并最终确定三维电子密度图。 结构缺陷与非化学计量学： 现实中的晶体结构并非完美。本部分探讨了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的类型及其对材料宏观性能（如导电性、机械强度）的影响。还讨论了非化学计量晶体（Non-stoichiometric Compounds）的形成机制，例如费光石（Phases of Defect Structures）的形成，并解释了如何通过晶体化学原理来理解这些复杂结构的稳定性。 第三部分：结构与性质的关联：对称性原理的应用 (Structure-Property Relationships: Applications of Symmetry Principles) 本部分是本书的升华之处，旨在展示晶体对称性如何直接决定材料的物理化学性质。 铁电性、压电性与热释光： 利用群论工具，系统地分析了哪些空间群允许铁电性（Ferroelectricity）、压电性（Piezoelectricity）和热释光（Pyroelectricity）。书中将明确指出这些性质所需要的非中心对称性（Lack of Inversion Center）条件，并结合实例分析了典型功能材料（如钛酸钡、石英）的结构特征与其电学响应之间的内在联系。 光学性质与晶体学： 探讨了晶体对光的吸收、折射和双折射（Birefringence）现象。通过张量分析的方法，解释了光学各向异性是如何源于晶体的低对称性。详细讨论了对称性在非线性光学材料选择中的关键作用。 磁性结构与奈氏晶格： 将对称性原理扩展到磁性有序。介绍如何使用香农符号（Shubnikov Groups）来描述磁性晶体结构。分析了反铁磁性（Antiferromagnetism）和铁磁性（Ferromagnetism）的亚晶格结构，并讨论了由磁结构变化引起的相变，例如由磁有序导致的晶格畸变（Magnetostriction）。 总结 本书内容聚焦于固态物质的结构几何学、对称性数学理论以及与实验表征的紧密结合。它为需要深入理解晶体结构基础的化学、物理、材料科学以及矿物学专业的学生和研究人员提供了一套严谨的理论框架，帮助读者从原子级别的精确排列中，洞察和预测材料的宏观物理化学行为。本书的编写风格力求清晰、精确，避免了对某一特定化学领域的过多偏袒，而是致力于构建一个普适性的晶体学知识体系。

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