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物质结构课件 杜秀果 绪论 Introduction 一、《物质结构》的任务 二、发展简史 三、本课程的内容安排 四、本课程的学习方法 五、本课程的主要参考书 六、本课程的考核办法 研究内容 ??? 结构化学是一门直接应用多种近代实验手段测定分子静态、动态结构和静态、动态性能的实验科学。它要从各种已知化学物质的分子构型和运动特征中，归纳出物质结构的规律性；还要从理论上说明为什么原子会结合成为分子，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，和分子中原子相对位置的立体化学特征；结构化学还要说明某种元素的原子或某种基团在不同的微观化学环境中的价态、电子组态、配位特点等结构特征。?? 另一方面，从结构化学的角度还能阐明物质的各种宏观化学性能，和各种宏观非化学性能与微观结构之间的关系及其规律性。在这个基础上就有可能不断地运用已知的规律性，设法合成出具有更新颖、结构特点更不寻常的新物质，在化学键理论和实验化学相结合的过程中创立新的结构化学理论。与此同时，还要不断地努力建立新的阐明物质微观结构的物理的和化学的实验方法。 ??? 与其他的化学分支一样，结构化学一般从宏观到微观、从静态到动态、从定性到定量按各种不同层次来认识客观的化学物质。演绎和归纳仍是结构化学研究的基本思维方法。 二、发展简史 1900年普朗克提出量子论。是微观领域对经典物理学第一次强有力的冲击。 1905年爱因斯坦提出光子学说。解释了光电效应，将微观运动规律推进一大步。 1911年卢瑟福提出原子有核模型。 1913年波尔提出原子结构的量子理论。提出原子内电子运动“不连续性”提出“定态”概念。此理论的发展是化学键的电子理论得以建立，使化学基础理论发展步入一个新阶段。 1924年德布罗意提出电子等实物粒子具有波粒二象性，标志量子力学的诞生。 1926年薛定谔给出了物质波波动方程S.方程。 1927年海特勒和伦敦提出价键理论。洪特等人提出分子轨道理论。 量子化学 三、本课程的内容安排 第一章 量子力学基础和原子结构 第二章 共价键理论和分子结构 第三章 配位场理论和配合物结构 第四章 分子结构测定方法的原理及应 用 第五章 晶体结构 四、本课程的学习方法 1、重视理论和实践的密切联系 2、注重抽象思维和运用数学工具处理问题的方法 3、要恰当的运用类比、模拟、对比和其他手法处理问题 4、重视基础理论、基本概念的学习。 五、本课程的主要参考书 1．徐光宪,《物质结构》,人民教育出版社。 2．谢有畅，邵美成，《结构化学》 （上、下册），人民教育出版社。 3．柯耳逊,《原子价》(陆浩译), 科学出版社。 4．唐有祺,《结晶化学》,高等教育出版社。 5．各类习题集（图书馆）。 六、本课程的考核方法 1、旷课超过总学时的三分之一者不准参加考试 2、平时成绩占20%，试卷成绩占80% 3、考勤方法：点名、课堂练习上交的情况 第一章 量子力学基础与原子结构 原子为什么能够稳定存在？ 经典物理学：绕核高速旋转的电子向外辐射能量，最终落入原子核。 1．三个著名实验导致“量子”概念的引入 黑体辐射 光电效应 氢原子光谱 (1)黑体辐射 Plank提出： ①黑体是由谐振子构成的； ②一个谐振子的能量为 (2)光电效应 以某一波长的光照射在靶A上面，可以观察到光电流。 实验现象： 总结现象得出结论 1）每种金属表面都有一临阈频率? 0，只有入射光频率? ? 0时，有电子溢出，否则无。不同金属? 0不同。 2）当? ? 0时，光强增加，光电流增加。 3）光电子动能随光的频率成直线状增加，与光强无关。 4）入射光照到金属表面立即有光电子产生，无时间差。 爱因斯坦“光子学说” ④光是以光速行进的光子流，光强取决于单位体积内的光子数目，光子的密度ρ=limΔN/Δ? =dN/d? ⑤光子与电子碰撞时服从能量守恒和动量守恒定律。 “光子学说” 根据能量守恒原理 (3)氢原子光谱 谱线的经验公式 1885-1910年最有代表性的线系 n=1 赖曼线系（远紫外区） n=2 巴尔末线系（可见光区） n=3 帕刑线系（近红外） 玻尔理论： 氢原子光谱解释 轨道半径量子化 能量量子化 线状光谱 由n1→ n2 状态跃迁时: 三个著名实验的总结 2. 德布罗意对物质波的假设 德布罗意假设电子具有波动性, 借用Einstein 的“光子学说”的公式: 例1：具有105 eV 能量的电子 例2：以 1 m.s-1速度运动的小球 3．物质波的实验证明 1）金属中原子有规则的周期性排列，晶面间距与X射线的波长（n-几百个pm）相当，因此晶体可做X射线的天然光