Symmetry Through the Eyes of a Chemist pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Hargittai, Istvan/ Hargittai, Magdolna

出品人:

页数:470

译者:

出版时间:1995-1

价格:$ 123.17

装帧:

isbn号码:9780306448522

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 对称性
• 分子结构
• 晶体学
• 物理化学
• 数学化学
• 化学键
• 光谱学
• 点群
• 手性

《分子构筑的艺术：从基础原理到前沿应用》 本书深入探讨了现代化学领域中分子结构与对称性原则的精妙结合，旨在为化学、材料科学及相关领域的学生和研究人员提供一个全面且富有洞察力的视角。我们着重于如何通过理解分子的内在对称性，来预测和解释其宏观物理和化学性质。全书内容精心组织，从最基本的几何概念出发，逐步深入到复杂的晶体结构、光谱分析和反应机理的阐述。 第一部分：对称性的几何基础与群论入门 本部分构建了理解分子对称性的数学框架。我们首先回顾了基础的几何变换，如旋转、反射和反演操作，这些是构成所有对称操作的基本元素。随后，我们将这些操作系统地组织进“点群”的概念中。通过大量的实例——从简单的水分子（$C_{2v}$）到更复杂的四面体（$T_d$）和八面体（$O_h$）结构——读者将学会如何系统地识别分子的点群。 至关重要的是，我们引入了群论的基本概念，包括群的定义、共轭类、不可约表示（IRs）和特征表。这些工具并非纯粹的理论构建，而是化学家手中用于简化复杂问题的利器。我们将详细解析如何使用特征表来确定分子的振动模式、电子态的简并性以及分子轨道的对称性标签。这种严谨的数学描述，为后续章节中对物理化学现象的解释奠定了坚实的基础。我们特别强调了 Schoenflies 符号与 Mulliken 符号的对应关系，确保读者能够无缝地在不同文献间转换。 第二部分：对称性在光谱学中的应用 分子对称性是理解和解释光谱数据的核心钥匙。本部分聚焦于如何运用群论来预测和分析分子在不同电磁辐射下的行为。 在红外（IR）和拉曼光谱学方面，我们详细探讨了选择定则的推导。通过分析分子振动模式的群论表示，我们可以精确判断哪些振动模式是红外活性的（即偶极矩发生变化），哪些是拉曼活性的（即极化率发生变化）。对于中心对称分子，如二氧化碳或苯，我们将展示“互斥定则”的必然性——一个振动模式不能同时是红外和拉曼活性的。书中包含了大量实际光谱数据，引导读者如何从复杂的谱图中识别出关键的对称性信息。 核磁共振（NMR）光谱的分析也深深植根于对称性之中。对于具有内部对称操作的分子，具有等效核的空间位置会表现出相同的化学位移和耦合常数。我们通过顺磁性分子和手性分子的 NMR 实例，阐释了如何在不同磁场环境下，对称性如何影响信号的化学等价性，以及如何利用对称性来简化复杂的耦合网络。 此外，紫外-可见（UV-Vis）光谱中的电子跃迁也遵循特定的对称性要求。我们分析了 $d-d$ 跃迁和 $pi ightarrow pi^$ 跃迁的选择定则，特别是对于过渡金属配合物，群论如何解释了 $d$ 轨道的能级分裂（如晶体场理论和配位场理论的起源），并预测了哪些跃迁是允许（强吸收）或禁制（弱吸收）的。 第三部分：固体化学、晶体结构与空间群 当分子聚集形成固体时，对称性的概念从点群扩展到了空间群，这是描述三维周期性排列的数学工具。本部分深入研究了晶体学的基础，这是材料科学的基石。 我们详细介绍了布拉菲点阵（Bravais Lattices）及其七种晶系，并解释了晶体结构中平移对称性的重要性。接着，我们介绍了 230 个空间群的构建原理，重点解析了螺旋轴和滑移面对分子和原子在晶格内的排列施加的限制。通过对常见空间群（如 $P mar{3}m$, $Fdar{3}m$）的详细剖析，读者将学会如何从 X 射线衍射数据中推导出晶体的对称性，并理解对称性对材料宏观性质（如压电性、铁电性）的决定性影响。 第四部分：手性与非线性光学 手性，即分子与其镜像不能重合的性质，是生命科学和不对称催化领域的核心议题。我们从点群的视角重新审视手性——一个分子必须缺乏任何对称操作（特别是镜面和反演中心）才是手性的。我们阐述了如何通过查尔斯法（Cahn-Ingold-Prelog）规则确定绝对构型，并讨论了外消旋体的拆分和动力学拆分中的对称性考量。 在非线性光学（NLO）材料领域，分子的极化率及其高阶张量是关键。我们明确指出，只有具有特定对称性的非中心对称分子才可能表现出二阶 NLO 效应（如倍频效应）。本书通过具体的分子设计实例，展示了如何利用分子内电荷转移（ICT）和非中心对称的分子堆积，来优化材料的 NLO 响应。 第五部分：反应机理与分子轨道对称性 化学反应的路径和速率往往受限于轨道对称性的匹配。本部分将群论的力量引入到有机和无机反应机理的分析中。 分子轨道对称性判据（Woodward-Hoffmann 规则）是分析协同反应的关键。我们通过对环加成反应（如 Diels-Alder 反应）和热/光化学反应的分析，展示了反应物和产物分子轨道在反应过程中必须保持对称性“通道”的连续性。我们详述了如何利用前线轨道（HOMO/LUMO）的对称性标签来预测反应的立体化学结果和热力学可行性。 在无机反应中，过渡金属配合物的反应，如氧化加成、还原消除，其活化能垒和反应路径也受到配体场对称性的影响。我们运用不可约表示分析了反应中心轨道和底物轨道之间的对称性匹配，为理解催化循环的效率提供了理论依据。 结语 《分子构筑的艺术》旨在揭示，对称性并非一个抽象的数学概念，而是支配分子世界运行的底层逻辑。通过掌握这一工具，读者不仅能更深入地理解已有的化学现象，更能以一种系统化、预测性的方式去设计全新的分子、材料和催化剂。全书配有丰富的例题和习题，鼓励读者动手实践，将理论知识转化为解决实际化学问题的能力。

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这本书的排版和装帧也体现了对读者的尊重。清晰的字体、合理的页边距，以及那些为说明复杂概念而精心设计的图表，都极大地提升了阅读体验。我特别欣赏作者在全书贯穿始终的一种教学哲学：即对称性是理解化学选择性的终极钥匙。这种统一的视角让原本分散的化学知识点——从光谱到反应动力学——被紧密地串联起来，形成一个有机的整体。它不仅仅是关于“是什么”，更是关于“为什么会这样”。对于有志于从事计算化学或材料科学研究的人来说，这本书提供的数学工具箱是坚实的基础。它成功地将一个通常被视为障碍的数学领域，转化成了理解化学世界最强大的语言。这是一部能真正改变你看待化学世界方式的杰作，其深度足以让资深学者感到启发，其清晰度足以让新手感到鼓舞。

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这本化学领域的著作真是让人耳目一新，它巧妙地将抽象的群论概念与我们日常熟悉的化学结构和反应过程紧密联系起来。作者的叙述方式非常直观，没有过多地纠缠于纯数学的繁琐推导，而是聚焦于如何运用对称性原理来预测和理解分子行为。读完之后，你会发现那些原本高深莫测的对称操作和点群分类，突然变得触手可及。尤其是在讨论晶体场理论和分子轨道理论时，书中对轨道对称性的分析简直是教科书级别的清晰。我特别欣赏作者对于如何通过对称性来简化复杂的量子化学计算所做的阐述，这对于一个刚刚接触理论化学的学生来说，无疑是打开了一扇通往更高深知识的大门。书中的插图质量极高，每一个分子模型的展示都精准到位，使得抽象概念具象化，大大降低了学习曲线。这本书的价值不仅仅在于传授知识，更在于培养一种“化学家的思维”——即用对称性的视角去审视物质世界的内在规律。这本书的深度和广度兼具，绝对值得每一个严肃对待化学学习的人收藏。

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我不得不说，这本书在组织结构上展现了一种近乎艺术性的逻辑性。它不是简单地罗列对称群的定义和性质，而是构建了一个逐步深入的知识体系。开篇部分对分子对称要素的介绍详实而精炼，让人迅速掌握了基础工具箱。随后，作者流畅地过渡到如何将这些工具应用于实际的化学问题，例如手性、光谱选择定则等。这本书的叙事节奏把握得非常到位，不会让人感到信息过载。在我阅读过程中，我几次停下来，试图用书中所讲的原理来分析我正在研究的某个特定络合物的结构，效果令人惊叹。它教会我的不是“记住”规则，而是“推导出”规则。更难能可贵的是，作者似乎非常理解初学者的困惑点，每当引入一个复杂概念时，总会提供一个简单易懂的类比或实例来打消读者的疑虑。这本书的行文风格是那种沉稳、富有洞察力的，带着老派学者的严谨，但又不失现代化学的活力。

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翻阅这本书的过程中，我体验到一种知识的“顿悟感”。尤其是关于时间反演对称性和手性分子热力学性质的章节，作者的处理方式极其精妙。他没有满足于给出结论，而是深入挖掘了对称性破缺在这些现象中所扮演的核心角色。这本书对细节的关注达到了令人赞叹的程度，每一个定理或推论的引入都伴随着清晰的化学动机。我发现自己开始习惯于在看到任何分子结构时，本能地去寻找其对称元素，这种思维方式的转变，正是这本书最宝贵的馈赠。此外，书中所引用的历史案例和早期化学家对对称性的理解，也为整个理论框架增添了一层厚重的历史感和人文色彩。阅读体验是连贯且引人入胜的，仿佛作者在一步步引导你，从最基本的几何直觉，走向分子层面的深刻物理图像。

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坦白讲，市面上关于群论与化学结合的书籍不少，但很少有能达到这种既有学术严谨性又不失可读性的平衡点。这本书的魅力在于其叙事视角——它始终站在一个“化学家”的角度，而不是一个纯粹的数学家。这意味着它对哪些对称性信息对化学至关重要进行了精心的筛选和聚焦。例如，在讨论分子振动模式和红外/拉曼光谱时，书中对不可约表示的选取和应用讲解得极其透彻，完全避免了数学上的过度阐述，直击化学本质。我个人认为，对于那些希望深入理解选择定则、预测反应产物立体化学的合成化学家而言，这本书提供的洞察力是无价的。它不仅仅是一本参考书，更像是一位经验丰富的导师在耳边低语，指引你如何用最优雅的方式解决最棘手的问题。这种实用性和理论深度完美结合的写作手法，确实让这本书脱颖而出。

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