施開良

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

書評

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，我有機會先閱一步，讀后啟發(fā)收獲良多。在此對該書作一些介紹，并誠心推薦給對化學(xué)有興趣的讀者。

作者已經(jīng)出版了20多部教材或?qū)Ｖ@一本書的編寫思路與過去不一樣。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:“我和多面體結(jié)緣已超過了半世紀(jì)。”在多面體領(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)，把宏觀與微觀有機地結(jié)合起來，促進人們提高對化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的認(rèn)識。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編寫，而把化學(xué)的有關(guān)內(nèi)容編入各章中?？v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、由簡單到復(fù)雜的趨勢，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)識規(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，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、晶胞與點陣、硅酸鹽、雜多酸等，但在介紹這些基礎(chǔ)內(nèi)容時，作者也重視引出新的內(nèi)涵。例如點陣是基礎(chǔ)的，但從點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渡金屬元素簇合物等。在介紹球碳及其化合物時，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。對每類球碳化合物都舉出實例，示出化學(xué)結(jié)構(gòu)圖，并給以清晰的說明。作者指出，以苯(6個C原子)和其他芳香環(huán)為基礎(chǔ)，化學(xué)家開發(fā)出千萬種產(chǎn)品，形成芳香族化合物?，F(xiàn)在以60個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嶄新的領(lǐng)域。

主族元素和過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)容對學(xué)生學(xué)習(xí)非常有用，對科研工作者也有較大的參考價值。

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，所舉的Si60C60實例是很有意思的。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。對這個理性上設(shè)計分子進行量子化學(xué)計算，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，作者綜合研究文獻上各種多面體骨架的價電子數(shù)，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，提出計算多面體骨架鍵價數(shù)的公式，對闡述硼烷及主族元素和過渡金屬元素簇合物的鍵價和化學(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，分別對主族元素原子組成的骨架、過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算價鍵數(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渡金屬元素簇合物實例，作者運用自己的研究成果，先計算簇合物的多面體骨架Mn已有的價電子數(shù)(g)，再計算Mn的鍵價數(shù) (b)。根據(jù)b值，結(jié)合Mn的實際幾何構(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，有待進一步探討研究。