介绍一本好书——《化学中的多面体》

施开良

(中山大学化学与化工学院 广东广州510275)

书评

介绍一本好书
——《化学中的多面体》

施开良

(中山大学化学与化工学院 广东广州510275)

北京大学出版社最近出版了由周公度教授撰写的《化学中的多面体》一书，我有机会先阅一步，读后启发收获良多。在此对该书作一些介绍，并诚心推荐给对化学有兴趣的读者。

作者已经出版了20多部教材或专著，但这一本书的编写思路与过去不一样。在作者50多年的教学和科研生涯中，常常与多面体打交道，所以作者在该书的前言中说:“我和多面体结缘已超过了半世纪。”在多面体领域作者辛勤耕耘、积累了50多年，以他深厚的专业底蕴撰写《化学中的多面体》，可谓水到渠成，收成正果。

1 编写思路有创新

该书的最大亮点是创新性。作者采用学科渗透、融合的思路，把化学中的结构化学与数学中的几何学结合在一起，以多面体几何学来了解分子和晶体中原子排布的规律性和图像，讨论分子和晶体的结构和性质。众所周知，多面体几何学是研究宏观世界空间形式的学科，作者将其引入由原子、分子组成的微观世界里，用于探索研究化学物质的微观结构，把宏观与微观有机地结合起来，促进人们提高对化学物质结构与性质的认识。这是一种新的尝试，能带给读者以极大的启示。

2 系统性方面的特色

作者熟知作为教学用书要讲究系统性，以便于学生学习。该书的系统性是以多面体几何学中对多面体的分类为依据。多面体可分为正多面体(有正四面体、正八面体、立方体、五角十二面体和三角二十面体等5种)、半正多面体和不规整多面体。全书共9章，除了第1章绪言和第2章多面体几何学外，其后7章基本上按照多面体分类来编写，而把化学的有关内容编入各章中。纵观全书的内容，按这样的系统性安排，自然地呈现由浅入深、由简单到复杂的趋势，符合学生学习的认识规律。故该书的系统性比较好，读者只要有一定的结构化学基础知识，就能阅读。

3 取材新颖且内容丰富

该书内容有些是基础性的，如等径金属原子的密堆积、晶胞与点阵、硅酸盐、杂多酸等，但在介绍这些基础内容时，作者也重视引出新的内涵。例如点阵是基础的，但从点阵中如何找出威格纳-塞茨(Wigner-Seitz)多面体却是新内容。又如金属原子密堆积和NaCl晶体结构是很基本的内容，但讨论它们的多层多面体包合是新的延伸。书中示出了中心Na+外的5层包合表示式:

并用精致的结构图示出了NaCl立方晶胞中的3层包合、晶胞外的两层包合和中心Na+外的5层包合。

书中更多的内容是化学学科前沿新发现的化合物，如球碳及其化合物、新型合金和主族元素与过渡金属元素簇合物等。在介绍球碳及其化合物时，讨论了9类球碳化合物:球碳非金属加合物、球碳金属加合物、球碳作为π配位体的配合物、金属球碳盐、球碳超分子加合物、多球球碳化合物、杂球碳、内藏型球碳化合物和开口球碳化合物。对每类球碳化合物都举出实例，示出化学结构图，并给以清晰的说明。作者指出，以苯(6个C原子)和其他芳香环为基础，化学家开发出千万种产品，形成芳香族化合物。现在以60个C原子的多面体球碳C60为骨干，加上其他大小的球碳分子为基础，相信可以开发制备出数目更多的球碳族化合物，为化学家探索研究开辟了一个崭新的领域。

主族元素和过渡金属元素簇合物内含丰富多彩的多面体结构，其中不乏新发现的化合物，它们的内容分布在书的第3章至第8章，自然地成为该书的重点内容。全书共有900多幅精美的结构图形，其中主族元素和过渡金属元素簇合物的化学结构图占了较大部分。这部分内容对学生学习非常有用，对科研工作者也有较大的参考价值。

此外，书中还介绍了沸石分子筛中的多面体和笼形气体水合物结构中的多面体，对甲烷气体水合物(可燃冰)的结构作了较详细的讨论。在第8章介绍主族元素簇合物的多层包合结构时，所举的Si60C60实例是很有意思的。球碳C60被发现后，化学家设想能否将内层球碳C60分子包合在球体Si60之内，形成两层包合的球碳型化合物Si60@C60。对这个理性上设计分子进行量子化学计算，结果显示Si60@C60是可以稳定存在的。

4 作者的研究成果贯穿全书

早在20世纪80年代，作者综合研究文献上各种多面体骨架的价电子数，以及相关结构的结构数据，提出计算多面体骨架键价数的公式，对阐述硼烷及主族元素和过渡金属元素簇合物的键价和化学键非常有用。作者在书中第4章4.2节详细地介绍了这一研究成果，分别对主族元素原子组成的骨架、过渡金属元素原子组成的骨架和两者混合组成的骨架给出了计算价键数的公式，并总结出指认簇合物多面体骨架Mn中化学键的步骤等经验规则。在该书第3章至第8章中，列举了数目众多的主族元素和过渡金属元素簇合物实例，作者运用自己的研究成果，先计算簇合物的多面体骨架Mn已有的价电子数(g)，再计算Mn的键价数 (b)。根据b值，结合Mn的实际几何构型指认多面体原子间的化学键，并讨论它们的结构和性能。这为读者学习、研究主族元素和过渡金属元素簇合物的结构与性能提供了一把有用的钥匙。书中也列出了一些新的簇合物，如甲基锂四聚体 Li(CH3)4、B4Cl4、B(CMe3)4、Al4(C5Me5)4和Ga4［C(SiMe3)3］4等化合物，在这些分子中，原子间的化学键尚不能很好解释，有待进一步探讨研究。