结构化学基础第1章.ppt

结构化学的发展历程 ▲利用现代技术不断武装自己 采用电子技术、计算机、单晶衍射、多晶衍射、原子光谱、 分子光谱、核磁共振等现代手段，积累了大量结构数据，为归纳总结结构化学的规律和原理作基础； ▲运用规律和理论指导化学实践 将结构和性能联系起来，用以设计合成路线、改进产品质量、开拓产品用途。 结构化学的学习方法 ★培养目标 用微观结构的观点和方法分析、解决化学问题 ★学习方法 ?把握重点（原理、概念、方法） ?重视实验方法（衍射法、光谱法、磁共振法） ?结构与性能间的关系 * 结构化学基础 （第三版） 周公度 段连运 编著 主讲教师：孙 忠 副教授 辅 导：许 嘉 授课学时：48 学分：3 参 考 书：1.周公度 段连运编著《结构化学基础》，第二版，北京大学出版社，1995年 2.谢有畅 邵美成编《结构化学》，第二版，人 民教育出版社，1983年 3.江元生遍《结构化学》，第一版，高等教育出版社，1997年 绪 言 结构化学的研究范围 结构化学的主要内容 结构化学的发展历程 结构化学的学习方法 第一章 量子力学基础知识 1.1 微观粒子的运动特征 ☆ 经典物理学遇到了难题 19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相当完善： ◆Newton力学 ◆Maxwell电磁场理论 ◆Gibbs热力学 ◆Boltzmann统计物理学 上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现了解释不了的新现象。 黑体：能全部吸收外来电磁波的物体。黑色物体或开一小孔的空心金属球近似于黑体。 黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长电磁波的现象。 ★经典理论与实验事实间的矛盾： 经典电磁理论假定，黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的，按经典热力学和统计力学理论，计算所得的黑体辐射能量随波长变化的分布曲线，与实验所得曲线明显不符。 Wien（维恩）曲线 能量 波长 实验曲线 Rayleigh-Jeans（瑞利－金斯）曲线 黑体辐射能量分布曲线 按经典理论只能得出能量随波长单调变化的曲线： Rayleigh-Jeans把分子物理学中能量按自由度均分原则用到电磁辐射上，按其公式计算所得结果在长波处比较接近实验曲线。 Wien假定辐射波长的分布与Maxwell分子速度分布类似，计算结果在短波处与实验较接近。 经典理论无论如何也得不出这种有极大值的曲线。 1. 黑体辐射与能量量子化 Planck能量量子化假设 1900年，Planck（普朗克）假定，黑体中原子或分子辐射能量时作简谐振动，只能发射或吸收频率为?,能量为??h?的整数倍的电磁能，即振动频率为?的振子，发射的能量只能是0h?，1h?，2h?，……，nh?（n为整数）。 h称为Planck常数，h＝6.626×10－34J?S 按Planck假定，算出的辐射能E?与实验观测到的黑体辐射能非常吻合： ●能量量子化：黑体只能辐射频率为?，数值 为h?的整数倍的不连续的能量。 2. 光电效应与光的波粒二象性 光电效应：光照射在金属表面，使金属发射出电子的现象。 金属 光 电子 Ek 0 ? ?0 光电子动能与照射光频率的关系 1900年前后，许多实验已证实： ●照射光频率须超过某个最小频率?0，金 属才能发射出光电子； ●增加照射光强度，不能增加光电子的动能，只能使光电子的数目增加； ●光电子动能随照射光频率的增加而增加。 经典理论不能解释光电效应： 经典理论认为，光波的能量与其强度成正比，而与频率无关；只要光强足够，任何频率的光都应产生光电效应；光电子的动能随光强增加而增加，与光的频率无关。这些推论与实验事实正好相反。 Einstein光子学说 1905年，Einstein在Planck能量量子化的启发下，提出光子说： ★光是一束光子流，每一种频率的光其能量都有一个最小单位，称为光子，光子的能量与其频率成正比：??h? ★光子不但有能量，还有质量（m），但光子的静止质量为零。根据相对论的质能联系定律?＝mc2，光子的质量为：m＝h?/c2，不同频率的光子具有不同的质量。 ★光子具有一定的动量：p＝mc＝h?/c＝h/? (c＝??） ★光的强度取决于单位体积内光子的数目（光子密度）。 产生光电效应时的能量守恒：h?＝w＋Ek＝h?0+mv2/2 （脱出功：电子逸出金属所需的最低能量，w＝h?0） 用Einstein光子说，可圆满解释光电效应： ○当h??w时，???0