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1、主讲 丁益民主讲 丁益民 Email ymding Tel 66136953 HA203b 结构化学结构化学 Structural Chemistry PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 结构化学结构化学 在原子 分子水平上研究分子构型与组成的相互在原子 分子水平上研究分子构型与组成的相互 关系 以及结构和各种运动的相互影响的化学分支学关系 以及结构和各种运动的相互影响的化学分支学 科 它是阐述科 它是阐述物质的微观结构与其宏观性能的相互关物质的微观结构与其宏观性能的相互关 系系的基础学科 的基础学科 是一门直接应用多种近代实验手段测定分子静是一门直接应用多种近代实验
2、手段测定分子静 态 动态结构和静态 动态性能的实验科学 态 动态结构和静态 动态性能的实验科学 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 结构化学要从各种已知化学物质的结构化学要从各种已知化学物质的分子构型分子构型和和 运动特征运动特征中 归纳出中 归纳出物质结构的规律性物质结构的规律性 还要从 还要从 理论上说明为什么原子会结合成分子 为什么原理论上说明为什么原子会结合成分子 为什么原 子按一定的量的关系结合成为数目众多的 形形子按一定的量的关系结合成为数目众多的 形形 色色的分子 以及在分子中原子相互结合的各种色色的分子 以及在分子中原子相互结合的各种 作用力方式 分子
3、中原子相对位置的立体化学特作用力方式 分子中原子相对位置的立体化学特 征 还要说明某种元素的原子或基团在不同的微征 还要说明某种元素的原子或基团在不同的微 观环境中的价态 电子组态 配位特点等结构特观环境中的价态 电子组态 配位特点等结构特 征 征 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 结构决定性能 性能反映结构结构决定性能 性能反映结构 结构化学对应的微观层次结构化学对应的微观层次结构化学结构化学对对应的微观应的微观层次层次 基基本粒本粒子子原子原子核核原子原子分子分子聚 集聚 集 态态 物理化学物理化学 化学物理化学物理 气气 态态 等离等离子态子态固固 态态液液
4、态态 晶体晶体非晶体非晶体 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 化学化学键键 分子 分子 晶体晶体的的立体立体结构结构 结构与化学结构与化学键键结构与化学结构与化学键键 原子原子轨道轨道原子原子轨道轨道 分子分子轨道轨道分子分子轨道轨道 成成键键能能力力成成键键能能力力 电电 子子 因因 素素 电电 子子 因因 素素 原原 子子 间间 原原 子子 间间 连连 接接 形形 式式 连连 接接 形形 式式 键键 角角 键键 角角 键键 长长 键键 长长 对对 称称 性性 对对 称称 性性 几何因素几何因素几何因素几何因素 结构化学的中结构化学的中心问题心问题结构化学的中结构
5、化学的中心问题心问题 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 曌 原子中电子的分布和能级 原子中电子的分布和能级 分子的化学组成 空间构型和构象 分子中电子的分布 分子的化学组成 空间构型和构象 分子中电子的分布 化学键的性质和分子的能量状态 化学键的性质和分子的能量状态 晶体中原子的空间排布 晶体的能量状态 晶体中原子的空间排布 晶体的能量状态 结构测定的实验方法 结构测定的实验方法 一 研究一 研究内容 内容 三种理论三种理论 量子理论 化学量子理论 化学键键理论 理论 点阵点阵理论理论 三种结构三种结构 原子结构 分子结构 原子结构 分子结构 晶体晶体结构结构 三个
6、基础三个基础 量子量子力力学基础 学基础 对称对称性基础 性基础 晶体晶体学基础学基础 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 二二 研究 研究方法方法 以量子力学为核心 以近代物理实验技术为研究手段以量子力学为核心 以近代物理实验技术为研究手段 研究物质微观运动规律的基本理论方法 研究物质微观运动规律的基本理论方法 从从Sch 方程方程出出发发 经过求解经过求解 得波函得波函数及数及有有关量关量信息信息 与与经典体经典体系相系相类比类比 Sch 方程方程的的建立建立 从从大大量的已知量的已知事例事例出出发发 总总结规律结规律 结结晶晶化学定律化学定律 演绎法演绎法演绎法
7、演绎法 归纳归纳法法归纳归纳法法 类比法类比法类比法类比法 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 从了解原子和分子内的电子运动行为 进而得出分子内原从了解原子和分子内的电子运动行为 进而得出分子内原 子间的相互作用子间的相互作用 键型 键型 从了解分子和晶体中原子的空间相对位置 进而得出分子从了解分子和晶体中原子的空间相对位置 进而得出分子 和晶体的空间结构和晶体的空间结构 构型 构型 通过对分子的键型和构型的了解 就可以探索结构和性能通过对分子的键型和构型的了解 就可以探索结构和性能 间的内在联系 间的内在联系 1 利用现代技术 积累大量的结构数据利用现代技术 积累大
8、量的结构数据 归纳总结结构化归纳总结结构化 学的规律和原理做基础 学的规律和原理做基础 2 根据规律和理论 指导实践 结构根据规律和理论 指导实践 结构 性能联系 用以设性能联系 用以设 计合成的途径 探讨产品的分析方法 改进产品质量 开计合成的途径 探讨产品的分析方法 改进产品质量 开 拓产品用途 拓产品用途 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 三三 课课程程特特点点与学与学习习方法方法 1 特特点点 概念抽象 涉及知识面广 与物理 数学有紧密联系 解概念抽象 涉及知识面广 与物理 数学有紧密联系 解 题有一定难度 题有一定难度 学习结构化学时 学习结构化学时 首先
9、首先要注意提出问题的背景 解决问要注意提出问题的背景 解决问 题的途径 思路 解决问题的方法 技巧 得到结果题的途径 思路 解决问题的方法 技巧 得到结果 论 实际意义与应用领域 论 实际意义与应用领域 然后然后再去研究中间的推导过再去研究中间的推导过 程 程 要求 要求 多多思考思考 多 多讨讨论 基论 基本本概念概念和理论和理论模模型要型要清楚清楚 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 学学习习方法方法 抓住课程骨架 一定要把有关章节的抓住课程骨架 一定要把有关章节的基基本点本点联系起来 找联系起来 找 出它们之间的共同性和差异 出它们之间的共同性和差异 不仅要
10、明确不仅要明确 是什么是什么 而且要理解 而且要理解 为什么为什么 并且将学到 并且将学到 的结构化学知识转化成解决化学问题的能力 的结构化学知识转化成解决化学问题的能力 以课堂笔记为基础 适当读些参考书 以课堂笔记为基础 适当读些参考书 学习时做到学习时做到耐耐心心 慢慢 细细 深深 灵活灵活运用 及运用 及时时消消化 化 掌掌 握重握重点点 侧重于侧重于运用运用 在学习过程中必须广泛联系无机 有机 物化中遗留的问在学习过程中必须广泛联系无机 有机 物化中遗留的问 题 用结构化学的观点 知识分析解决这些问题是提高学题 用结构化学的观点 知识分析解决这些问题是提高学 习兴趣的有效方法 习兴趣的
11、有效方法 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 参考书参考书 1 徐光宪 王祥云 物质结构 高等教育出版社 徐光宪 王祥云 物质结构 高等教育出版社 1987 年 第二版 年 第二版 2 潘道皑 赵成大和郑载兴 潘道皑 赵成大和郑载兴 物质结构 高等教育出版社 物质结构 高等教育出版社 1989年 第二版 年 第二版 3 厦门大学 结构化学 科学出版社 厦门大学 结构化学 科学出版社 2004 4 李炳瑞 结构化学 高等教育出版社 李炳瑞 结构化学 高等教育出版社 2004 5 江元生 结构化学 高等教育出版社 江元生 结构化学 高等教育出版社 1997 6 Jiang
12、 Yuansheng Molecular Structural Theory 高等教育出版社 高等教育出版社 1999 7 周公度 结构化学习基础题解析 周公度 结构化学习基础题解析 第三版第三版 北京大学出版 北京大学出版 社 社 2002 8 倪行 高剑南 物质结构学习指导 科学出版社 倪行 高剑南 物质结构学习指导 科学出版社 1999 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 物质是由分子和原子组成的 分子和原子的线度大约在物质是由分子和原子组成的 分子和原子的线度大约在 10 10m数量级 这种尺度非常小的客体被称为 数量级 这种尺度非常小的客体被称为微观物微观物
13、体体 微观物微观物体体运动运动遵循遵循的规律的规律 量子量子力力学学 被被称称为是为是20世世 纪纪三大三大科学科学发发现 现 相相对对论 量子论 量子力力学 学 DNA双螺旋双螺旋结构结构 之之 一 一 100多多年前年前量子量子概念概念的的诞生诞生 随随后后的的发发展展及其及其产产生生的的革革 命命性性巨变巨变 是一 是一场激场激动动人人心心又又发发人深省人深省的的史话史话 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1 微观微观粒粒子的运动特征子的运动特征 经典物理学发展到经典物理学发展到19世纪末 在理论上已相当完善 世纪末 在理论上已相当完善 它在一系列问题上取
14、得了令人目眩的辉煌成就 它在一系列问题上取得了令人目眩的辉煌成就 经典力经典力学学 1687年 年 Newton的 自然哲学的数学原理 在的 自然哲学的数学原理 在 伦敦出版 伦敦出版 Lagrange 创立分析力学 创立分析力学 经典电经典电磁磁学学 Ampere Weber Maxwell等 等 热热力力学学 Gibbs 统统计计物理学物理学 Boltzmann 实验实验发发现现一一些些新新的的现现象象无无法法用用经典经典物理学物理学解解释释 具具代代表表性的性的有三个有三个著名著名的实验的实验 黑黑体体辐射辐射 光光电电效效应 原子应 原子 光光谱谱 此外此外还还有有原子结构原子结构等等
15、 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1 1 黑黑体体辐射辐射与能量量子化与能量量子化 黑黑体体 能全部吸收各种波长辐射的物体 是一种理想的吸收能全部吸收各种波长辐射的物体 是一种理想的吸收 体 同时在加热它时 又能最大程度地辐射出各种波长体 同时在加热它时 又能最大程度地辐射出各种波长 的电磁波 的电磁波 黑体辐射实验黑体辐射实验 用棱镜可把黑体辐射的各种频用棱镜可把黑体辐射的各种频 率的辐射分开 就能在指定的率的辐射分开 就能在指定的 狭窄的频率范围内测量黑体辐狭窄的频率范围内测量黑体辐 射的能量 射的能量 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用
16、版本创建 实验实验发发现现 在不同温度下 在不同温度下 黑体辐射的能量 单位时间 在黑体辐射的能量 单位时间 在 单位面积上 每单位波长间隔内单位面积上 每单位波长间隔内 发射的辐射能 也称辐射强度 发射的辐射能 也称辐射强度 与波长的关系如图与波长的关系如图1 1 随温度增加 随温度增加 E 增大且 增大且 极大值向高频移动 极大值向高频移动 人们早已知道 辐射是一种人们早已知道 辐射是一种 电磁波 是由物体中带电微粒的电磁波 是由物体中带电微粒的 振动而产生的 这种振动可近似振动而产生的 这种振动可近似 地当作谐振子 地当作谐振子 hermonic oscillator 图1 1 黑体在不同温度下 辐射的能量分布曲线 1014 Hz E 10 9 J m 1 2000K 1500K 1000K PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 瑞利 瑞利 Rayleigh J W 和金斯 和金斯 Jeans J H 把分子物理学中能量按 把分子物理学中能量按 自由度均分的原理用于电磁辐射上 自由度均分的原理用于电磁辐射上 得到的辐射能量公式在长波处接近实得到的辐射能量公
