Физические методы исследования неорганических веществ: учебное пособие

Представлены современные физические методы исследования неорганических соединений: колебательная и электронная спектроскопия, спектроскопия ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса, масс-спектрометрия, рентгеноструктурный и рентгено-фазовый анализ, термография и термогравиметрия, калориметрия, тензиметрия, квантовохимические методы расчета свойств веществ. Рассмотрены основы этих методов, их возможности при изучении строения и свойств неорганических соединений.
Для студентов старших курсов высших учебных заведений, обучающихся по естественнонаучным специальностям. Может быть полезно аспирантам и научным работникам.

Содержание

Предисловие
РАЗДЕЛ I
СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЩЕСТВ
Глава 1. Колебательная спектроскопия
1.1. Основы метода
1.2. Нормальные колебания ядер атомов
1.3. Влияние различных факторов на частоты колебаний групп атомов в молекулах
1.4. Колебательные спектры координационных соединений в газах и разбавленных водных растворах
1.5. Колебательные спектры кристаллических координационных и неорганических соединений
1.6. Методология эксперимента
Глава 2. Электронная спектроскопия
2.1. Основы метода
2.2. Электронные переходы. Правила отбора
2.3. Круговой дихроизм и магнитный круговой дихроизм
2.4. Спектры переноса заряда
2.5. Интерпретация электронных спектров поглощения
2.5.1. Термы и их энергия
2.5.2. Теория кристаллического поля
2.6. Применение электронной спектроскопии поглощения
2.6.1. Количественный анализ многокомпонентных систем
2.6.2. Спектрофотометрическое исследование комплексообразования в растворах
2.6.3. Определение изобестических точек и констант равновесия
2.6.4. Изучение кинетики реакций
2.6.5. Оценка термодинамических функций
Глава 3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса
3.1. Основы метода
3.2. Спектр ЯМР
3.3. Методология эксперимента
3.4. Взаимодействия химического сдвига
3.5. Спин-спиновые взаимодействия
3.6. Влияние внутримолекулярных динамических процессов на вид спектров ЯМР
3.7. Исследование структуры и динамических свойств неорганических соединений
3.7.1. Анализ спектра ЯМР
3.7.2. Исследование структуры неорганических соединений
3.7.3. Исследование внутримолекулярной динамики неорганических соединений
Глава 4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса
4.1. Основы метода
4.2. Методология эксперимента
4.3. Исследование структуры соединений разного агрегатного состояния
4.4. Исследование строения комплексов d-элементов
4.5. Модификации метода
4.6. Ограничения метода
Глава 5. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия
5.1. Основы метода
5.2. Методология эксперимента
5.3. Количественный анализ методом РФЭС
5.4. Химический сдвиг внутренних электронных уровней и валентность атомов в соединениях
5.5. Рентгенофотоэлектронные спектры внутренних электронных уровней центральных атомов комплексов элементов V—VIII групп
5.6. Исследование структуры соединений методом РФЭС
5.7. Определение термохимических характеристик соединений методом РФЭС
РАЗДЕЛ II
ДИФРАКЦИОННЫЕ И МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Глава 6. Рентгеноструктурный анализ
6.1. Основы метода
6.2. Метод порошка
6.21. Дифракционная картина порошка
6.2.2. Возможности метода порошка
6.2.3. Рентгеновский фазовый анализ
6.2.4. Индексы (HKL) отражения
6.3. Монокристалл и его рентгенограммы
6.3.1. Первичная характеристика кристалла
6.3.2. Обратная решетка
6.3.3. Фоторегистрация рассеяния кристаллом
6.4. Интенсивность брэгговских отражений
6.4.1. Комплексные волновые функции
6.4.2. Интегральная интенсивность
6.4.3. Структурная амплитуда
6.5. Определение кристаллической структуры
6.5.1. Дифрактометрические данные
6.5.2. Основные методы построения модели структуры
6.5.3. Уточнение модели структуры и состава соединения
Глава 7. Магнетохимия
7.1. Основы метода
7.2. Методы измерения магнитной восприимчивости
7.3. Парамагнитная составляющая магнитной восприимчивости и эффективный магнитный момент
7.4. Обменный эффект и спин-спиновое взаимодействие
7.5. Магнитные явления в твердом теле
7.6. Метод магнитного разбавления
РАЗДЕЛ III
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЩЕСТВ
Глава 8. Масс-спектрометрия
8.1. Основы метода
8.2. Методология эксперимента
8.3. Ионизация веществ электронным ударом
8.3.1. Принцип работы источника
8.3.2. Энергетика процесса ионизации молекул
8.3.3. Интерпретация масс-спектров
8.4. Методика масс-спектрометрического исследования паров неорганических веществ
8.5. Изучение состава и свойств паров химических элементов и соединений
8.6. Исследование ионно-молекулярных процессов в парах неорганических веществ
8.7. Применение масс-спектрометрии в комплексе с другими физическими методами исследования веществ
8.8. Масс-спектрометрия и космохимия
Глава 9. Термический анализ
9.1. Основы метода
9.2. Методология эксперимента
9.3. Расшифровка термограмм
9.4. Условия проведения термографического опыта и возможные ошибки
9.5. Термогравиметрия (дериватография)
9.6. Некоторые области применения термографии
Глава 10. Калориметрия
10.1. Основы метода
10.2. Методология эксперимента
10.3. Определение термодинамических параметров методами калориметрии
10.3.1. Определение энтальпии растворения легкогидролизующихся соединений
10.3.2. Определение энтальпии испарения (сублимации)
10.3.3. .Определение энтальпии и констант равновесия обратимых реакций
Глава 11. Тензиметрия
11.1. Основы метода
11.2. Кинетические методы
11.3. Динамические методы
11.4. Квазистатические методы
11.5. Статические методы
РАЗДЕЛ IV
КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
Глава 12. Квантовохимические методы в неорганической химии
12.1. Задачи и методы квантовохимических расчетов
12.2. Неэмпирические (ab initio) методы
12.3. Теория функционала плотности
12.4. Полуэмпирические методы квантовохимических расчетов. Методы молекулярной механики
12.5. Атомные базисы для квантовохимических расчетов
12.6. Электронная структура молекул
12.7. Поверхность потенциальной энергии
12.8. Расчет колебательного спектра
12.9. Расчет термодинамических характеристик
12.10. Расчет электронно-возбужденных состояний и электронных спектров молекул
12.11. Большие молекулярные системы. Учет эффектов сольватации
12.12. Методология квантовохимического расчета
Глава 13. Квантовохимические расчеты термодинамических характеристик неорганических соединений
13.1. Общие замечания
13.2. Полуэмпирические методы
13.3. Неэмпирические (ab initio) методы и их комбинации
13.4. Специальные квантовохимические методы
13.5. Методы экстраполяции на полный базисный набор
13.6. Пример расчета термодинамических характеристик высокоточными методами
13.7. Методы функционала плотности
13.8. Комбинированные методы
13.9. Расчет термодинамических характеристик неорганических и координационных соединений
13.9.1. Ошибка суперпозиции базисных наборов
13.9.2. Расчет стандартной энтальпии образования соединения
13.9.3. Сравнение методов расчета
Приложение 1. Число, симметрия и кратность наборов частных положений в некоторых пространственных группах
Приложение 2. Характеры представлений точечных групп (типы симметрии (А, В, Е), операции симметрии, компоненты дипольного момента (Ті)) и вектора поляризуемости аіj), операции вращения (Ri))
Приложение 3 Таблицы корреляций для типов представлений групп и их подгрупп
Приложение 4. Важнейшие характеристики ряда магнитных изотопов, используемых в спектроскопии ЯМР
Приложение 5. Константы, атомные единицы, переводные множители для величин, используемых в квантовохимических расчетах
Приложение 6. Схема определения точечной группы молекулы
Предметный указатель