anant的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/anant

博文

结构化学:一种走入微观世界的途径

已有 748 次阅读 2021-12-30 14:36 |个人分类:化学|系统分类:教学心得

结构化学:一种走入微观世界的途径

曹京京(北京大学出版社)


结构化学是一门从微观角度认识化学规律的学科,它以电子因素和空间因素两条主线阐明化学物质的结、性能和应用,对深入了解物质的微观结构以及化学现象的内在原因有十分重要的作用。结构化学的突出特点为理论性强,概念比较抽象,涉及较深的物理、数学知识。然而,正如英国数学家、哲学家和教育理论家A. N. Whitehead所说的那样:我们越是进入理论最强的境界,也许就是越接近于实践的应用,这是不矛盾的。事实上,结构化学的原理和基本概念已被应用到除化学之外的诸多学科,如材料科学、药学、生物学等,为这些学科的发展提供了重要的理论指导。例如,量子化学计算是计算机辅助药物设计的重要组成部分,是药学专业人员进行药物分析设计的有力工具。结构化学在高温超导材料、光学材料、军事等方面的应用也十分广泛。

由于结构的不同,物质展现出不同的性质。其中较简单的一个例子是碳的同素异构体。以单质形式存在的碳的同素异构体种类较多,除少量瞬间存在的气态低碳分子外,其主要的存在形式还有金刚石、石墨、球碳和无定形碳等。在金刚石的晶体结构中,碳原子形成呈椅式构象的六元环, CC键贯穿整个晶体,各个方向都结合得完美,因而金刚石抗压强度高,耐磨性能好。它的晶体不易滑动和进行解理(cleavage),使金刚石成为天然存在的最硬的物质。金刚石的超高硬度和高导热率在许多领域得到应用,特别在电子器件表面增高硬度和用作切割或研磨的材料。而石墨晶体由层型分子堆积而成,层间作用力微弱,是石墨能形成多种多样的石墨夹层化合物的内部结构根源,也使石墨的许多物理性质具有鲜明的各项异性。在力学性质上,和层平行的方向有完整的解理性,层间易于滑动,所以很软,是良好的固体润滑剂。层型分子内的离域π键结构,使石墨具有优良的导电性,是制作电极的良好材料。而球碳是由碳原子组成的球形分子,每个分子由几十个到几百个碳原子组成,是一类分立的、能溶于有机溶剂的分子。20世纪80年代,球碳的发现引起了人们的极大兴趣,C60被《科学》杂志选为1991年明星分子。其原因之一是碳是一个很普通的元素,人们对它研究了数百年后,还能开拓出全新的球碳化学新领域,发现它有着引人入胜的研究和应用价值。在广袤的无机结构化学领域,我们还可以发现很多类似的例子。

  《高等无机结构化学》(北京大学出版社)为我们系统且深入地了解化学物质的微观结构及其与宏观性能之间的关系提供了良好的参考。全书共分化学键理论基础、化学中的对称性及元素结构化学选论和超分子结构化学三部分,共计20章。第一部分内容以化学键理论作为切入点,化学键理论在无机结构化学的各种研究课题中作为指导方针,包括合成路线的设计、分子和晶体中原子的空间排列、尚待制备的化合物的预期性质等,主要介绍和引用化学键理论的新成果和新进展。第二部分内容以对称性作为论据去解决化学问题,特别是用群论等数学工具去简化问题,非常复杂的问题可以得到非常精致的简单答案。对称性在化学中的实际应用非常重要,它不断发展,需要不断深入探索。第三部分内容通过具体的例子来分析分子结构和成键原理,并结合文献来阐明前两部分中涉及的理论。各部分紧密关联,内容丰富详实。

本书的四位作者在学术上各有所长,优势互补。他们为编著教材设定了三个力求:力求以简明通俗的语言表达有关理论;力求以实际化合物的结构数据说明结构化学的规律;力求以最新的观点、最新的数据和最新的资料,引导读者进入有关主题的前沿。作者在编写中强调应用,如介绍群论及空间群相关概念时,列举了许多实例加以说明,深入浅出,帮助读者更好理解。详实的理论讲解、丰富且具代表性的插图、最新科研成果实例,这些内容有机结合,带领读者走入奇妙的微观世界。

    本书英文版于2008年由牛津大学出版社出版。第2版为国际晶体学会丛书之一,出版至今已十余年,相关领域已有很多新的成果和进展,特别是第三部分元素结构化学选论和超分子结构化学方面已积聚不少重要研究成果,例如石墨烯、多种新型非常规的氢键、金属巨簇化合物等,因此推出了第3版。第3版介绍和引用了相关领域的新成果和新进展,在大学基础课的结构化学、物理化学等基础上进行扩展延伸,增补了近些年来的重要研究进展。本书可作为高等院校化学专业高年级本科生、研究生的教材,也可供科研人员参考。


高等无机结构化学.png

《高等无机结构化学(第3版)》

ISBN 9787301324073


麦松威,1969年起任职香港中文大学,多年讲授普通化学、化学键、无机化学和X-光晶体学等课程。现为伟伦研究讲座教授及Polyhedron的中国副主编。2001年当选为中国科学院院士。长期从事晶体结构、无机合成与超分子化学研究,在国际学报发表论文900余篇,专著8部。

 

周公度,1957—1992年在北京大学任教,长期从事晶体结构和结构化学的教学和科研工作,先后到五十多所大学和研究所讲学,发表论文100多篇,编著教材和专著16本。

 

王颖霞,北京大学化学与分子工程学院教授,博士生导师。讲授普通化学、无机化学、多晶X射线衍射等课程,参与了《普通化学原理》《晶体和准晶体的衍射》等教材和专著的编写工作,发表论文100余篇。

 

张羽伸,香港中文大学化学系高级讲师,1999年在美国爱荷华州立大学获博士学位。博士论文研究方向为计算化学和激光光谱,已在国际期刊发表约30篇论文。




https://wap.sciencenet.cn/blog-3333305-1318820.html

上一篇:家庭教育中的几个误区
下一篇:出教材可以评职称、评优和晋升,那怎么出版呢
收藏 IP: 124.205.35.*| 热度|

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-8-9 01:04

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部