绪论及第一章量子力学基础和原子结构.ppt

物质结构;绪论 Introduction;一、《结构化学》的任务;研究内容;二、发展简史 ;1900年 plank----量子论;1927年Heitler\London ----成功解释了H2;量子化学;三、本课程的内容安排 ;四、本课程的学习方法;结构化学的难点：;电子难懂，空间难学 1）电子结构部分 涉及大量抽象的理论概念，不易理解 2）空间结构部分 要在有限的课时内使学生熟悉大量分子、晶体的三维结构，建立起立体结构概念有困难。;五、本课程的考核方法;第一章 量子力学基础 和原子结构;本节课讲授内容：;§1-1 经典物理学的困难和量子论的诞生;原子为什么能够稳定存在？;1．三个著名实验导致“量子”概念的引入; 黑体指能全部吸收 外来辐射的物质（加热时可放出任何频率的能量）。;①黑体是由谐振子构成的； ②一个谐振子的能量为;以某一波长的光照射在靶A上面，可以观察到光电流。; (2)需加反向电压，遏止光电子运动 ——遏止电压Vs, 与入射光的强度无关 ;遏止电压与入射光强度相关。;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，否则没有。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”; ⑤光子与电子碰撞时服从能量守恒和动量守恒定律。;（频率和波长）;根据能量守恒原理;(3)氢原子光谱;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）;谱线的经验公式;玻尔理论：;氢原子光谱解释;轨道半径量子化;能量量子化;由n1→ n2 状态跃迁时:;三个著名实验的总结;本节课内容：;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射线的天然光栅。;P20图，若只考虑晶体衍射的第一级极大，相邻两界面所衍射的电子射线光程差应等于入射电子波长λ λ=1.65? 用德氏公式计算： λ=h/P=1.67x10 m=1.67? 实验与计算结果相符，证明电子是一种波;4．波粒二象性的必然结果;微观粒子不能同时有确定的位置和动量。;例1．设电子运动速度v=106m·s-1,  Δx=1?，求其速度的不确定程度。;例2 质量为0.05㎏的子弹，运动速度为300m/s，如果速度的不确定程度为其原来运动速度的0.01%，则其位置的不确定程度为： ΔΧ≈h∕mΔv=4.4*10 m 可以忽略不计。;§1-2 实物微粒运动状态的 表示法及态叠加原理;电子的运动规律;2．波函数的性质;(3)Ψ和CΨ表 示同一状态;求算sinx是归一化函数吗？归一化常数是什么？;3．量子力学态叠加原理;微观粒子运动状态;§1-3 实物微粒的运动规律——薛定谔方程;1. 定态薛定谔方程;2. 实例——在一维势箱中运动的自由粒子;势箱内粒子的薛定谔方程为： ;①边界条件： ;②Ψ归一化性： ;一维势箱的解为： ;解的讨论： ;(2) 最可几位置 ;(4) 箱内粒子的能量量子化;解的推广;（2）三维势箱（边长a, b, c );以二维势箱（边长a, b)为例：;特殊情况：立方势箱（a=b=c）;简并态;算符;?§1-4 定态薛定谔方程的算符表达式 ;1. 算符和力学量的算符表示;本征函数;(2)力学量算符书写规则 ;例：动能算符 ;2. 能量算符本征方程、本征值和本征函数;总能量算符的本征函数; Schr?dinger 方程;Ψ状态下，某力学量Q,;薛定谔方程的应用;§1-5 氢原子与类氢离子的 定态薛定谔方程及其解 ;由于真正的化学体系是相当复杂的，故引入了 ;;?2. 定态薛定谔方程的球极坐标表达式 ;球极坐标系中，氢与类氢离子的薛定谔方程 ;1）氢原子及类氢离子基态解;上式为变系数的二阶线性齐次常微分方程;氢原子及类氢离子基态解为：;3. Φ(?)方程的解 ;特解;线性组合（实数解）;4. Θ(θ)方程的解 ;5. R(r)方程的解 ;;小结;本节课掌握的内容;§1-6 氢原子及类氢原子的解的讨论 ;(2) l — 角量子数 ;(3) m — 磁量子数 ;例： ;轨道角动量和