施開良

(中山大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 廣東廣州510275)

書評(píng)

介紹一本好書
——《化學(xué)中的多面體》

施開良

(中山大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 廣東廣州510275)

北京大學(xué)出版社最近出版了由周公度教授撰寫的《化學(xué)中的多面體》一書，我有機(jī)會(huì)先閱一步，讀后啟發(fā)收獲良多。在此對(duì)該書作一些介紹，并誠(chéng)心推薦給對(duì)化學(xué)有興趣的讀者。

作者已經(jīng)出版了20多部教材或?qū)Ｖ?，但這一本書的編寫思路與過(guò)去不一樣。在作者50多年的教學(xué)和科研生涯中，常常與多面體打交道，所以作者在該書的前言中說(shuō):“我和多面體結(jié)緣已超過(guò)了半世紀(jì)?！痹诙嗝骟w領(lǐng)域作者辛勤耕耘、積累了50多年，以他深厚的專業(yè)底蘊(yùn)撰寫《化學(xué)中的多面體》，可謂水到渠成，收成正果。

1 編寫思路有創(chuàng)新

該書的最大亮點(diǎn)是創(chuàng)新性。作者采用學(xué)科滲透、融合的思路，把化學(xué)中的結(jié)構(gòu)化學(xué)與數(shù)學(xué)中的幾何學(xué)結(jié)合在一起，以多面體幾何學(xué)來(lái)了解分子和晶體中原子排布的規(guī)律性和圖像，討論分子和晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。眾所周知，多面體幾何學(xué)是研究宏觀世界空間形式的學(xué)科，作者將其引入由原子、分子組成的微觀世界里，用于探索研究化學(xué)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，把宏觀與微觀有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)人們提高對(duì)化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。這是一種新的嘗試，能帶給讀者以極大的啟示。

2 系統(tǒng)性方面的特色

作者熟知作為教學(xué)用書要講究系統(tǒng)性，以便于學(xué)生學(xué)習(xí)。該書的系統(tǒng)性是以多面體幾何學(xué)中對(duì)多面體的分類為依據(jù)。多面體可分為正多面體(有正四面體、正八面體、立方體、五角十二面體和三角二十面體等5種)、半正多面體和不規(guī)整多面體。全書共9章，除了第1章緒言和第2章多面體幾何學(xué)外，其后7章基本上按照多面體分類來(lái)編寫，而把化學(xué)的有關(guān)內(nèi)容編入各章中。縱觀全書的內(nèi)容，按這樣的系統(tǒng)性安排，自然地呈現(xiàn)由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的趨勢(shì)，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)規(guī)律。故該書的系統(tǒng)性比較好，讀者只要有一定的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，就能閱讀。

3 取材新穎且內(nèi)容豐富

該書內(nèi)容有些是基礎(chǔ)性的，如等徑金屬原子的密堆積、晶胞與點(diǎn)陣、硅酸鹽、雜多酸等，但在介紹這些基礎(chǔ)內(nèi)容時(shí)，作者也重視引出新的內(nèi)涵。例如點(diǎn)陣是基礎(chǔ)的，但從點(diǎn)陣中如何找出威格納-塞茨(Wigner-Seitz)多面體卻是新內(nèi)容。又如金屬原子密堆積和NaCl晶體結(jié)構(gòu)是很基本的內(nèi)容，但討論它們的多層多面體包合是新的延伸。書中示出了中心Na+外的5層包合表示式:

并用精致的結(jié)構(gòu)圖示出了NaCl立方晶胞中的3層包合、晶胞外的兩層包合和中心Na+外的5層包合。

書中更多的內(nèi)容是化學(xué)學(xué)科前沿新發(fā)現(xiàn)的化合物，如球碳及其化合物、新型合金和主族元素與過(guò)渡金屬元素簇合物等。在介紹球碳及其化合物時(shí)，討論了9類球碳化合物:球碳非金屬加合物、球碳金屬加合物、球碳作為π配位體的配合物、金屬球碳鹽、球碳超分子加合物、多球球碳化合物、雜球碳、內(nèi)藏型球碳化合物和開口球碳化合物。對(duì)每類球碳化合物都舉出實(shí)例，示出化學(xué)結(jié)構(gòu)圖，并給以清晰的說(shuō)明。作者指出，以苯(6個(gè)C原子)和其他芳香環(huán)為基礎(chǔ)，化學(xué)家開發(fā)出千萬(wàn)種產(chǎn)品，形成芳香族化合物。現(xiàn)在以60個(gè)C原子的多面體球碳C60為骨干，加上其他大小的球碳分子為基礎(chǔ)，相信可以開發(fā)制備出數(shù)目更多的球碳族化合物，為化學(xué)家探索研究開辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。

主族元素和過(guò)渡金屬元素簇合物內(nèi)含豐富多彩的多面體結(jié)構(gòu)，其中不乏新發(fā)現(xiàn)的化合物，它們的內(nèi)容分布在書的第3章至第8章，自然地成為該書的重點(diǎn)內(nèi)容。全書共有900多幅精美的結(jié)構(gòu)圖形，其中主族元素和過(guò)渡金屬元素簇合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖占了較大部分。這部分內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)非常有用，對(duì)科研工作者也有較大的參考價(jià)值。

此外，書中還介紹了沸石分子篩中的多面體和籠形氣體水合物結(jié)構(gòu)中的多面體，對(duì)甲烷氣體水合物(可燃冰)的結(jié)構(gòu)作了較詳細(xì)的討論。在第8章介紹主族元素簇合物的多層包合結(jié)構(gòu)時(shí)，所舉的Si60C60實(shí)例是很有意思的。球碳C60被發(fā)現(xiàn)后，化學(xué)家設(shè)想能否將內(nèi)層球碳C60分子包合在球體Si60之內(nèi)，形成兩層包合的球碳型化合物Si60@C60。對(duì)這個(gè)理性上設(shè)計(jì)分子進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算，結(jié)果顯示Si60@C60是可以穩(wěn)定存在的。

4 作者的研究成果貫穿全書

早在20世紀(jì)80年代，作者綜合研究文獻(xiàn)上各種多面體骨架的價(jià)電子數(shù)，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，提出計(jì)算多面體骨架鍵價(jià)數(shù)的公式，對(duì)闡述硼烷及主族元素和過(guò)渡金屬元素簇合物的鍵價(jià)和化學(xué)鍵非常有用。作者在書中第4章4.2節(jié)詳細(xì)地介紹了這一研究成果，分別對(duì)主族元素原子組成的骨架、過(guò)渡金屬元素原子組成的骨架和兩者混合組成的骨架給出了計(jì)算價(jià)鍵數(shù)的公式，并總結(jié)出指認(rèn)簇合物多面體骨架Mn中化學(xué)鍵的步驟等經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。在該書第3章至第8章中，列舉了數(shù)目眾多的主族元素和過(guò)渡金屬元素簇合物實(shí)例，作者運(yùn)用自己的研究成果，先計(jì)算簇合物的多面體骨架Mn已有的價(jià)電子數(shù)(g)，再計(jì)算Mn的鍵價(jià)數(shù) (b)。根據(jù)b值，結(jié)合Mn的實(shí)際幾何構(gòu)型指認(rèn)多面體原子間的化學(xué)鍵，并討論它們的結(jié)構(gòu)和性能。這為讀者學(xué)習(xí)、研究主族元素和過(guò)渡金屬元素簇合物的結(jié)構(gòu)與性能提供了一把有用的鑰匙。書中也列出了一些新的簇合物，如甲基鋰四聚體 Li(CH3)4、B4Cl4、B(CMe3)4、Al4(C5Me5)4和Ga4［C(SiMe3)3］4等化合物，在這些分子中，原子間的化學(xué)鍵尚不能很好解釋，有待進(jìn)一步探討研究。