《结构化学》全套教学课件.pptx

第一章量子力学基础知识;1.1微观粒子的运动特征;经典物理学的研究范围：质量m原子分子速度v光速;1.1.1黑体辐射和能量量子化

1.黑体和黑体辐射：

黑体：指能全部吸收照射到它上面的各种波长电

磁波的物体。

黑体辐射：当加热黑体时发射出各种波长的电磁

波，称为黑体辐射。

黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体，当把几种物体加热到同一温度时，黑体放出的能量最多。

;2.实验结果：

1877——1900年间，鲁墨尔（O.Lummer）和普斯兴姆（E.Pringsheim）首先用实验得到了黑体辐射能量分布曲线，其特点是随着温度（T）的增加，黑体辐射的能量Eν增大且其极大值向高频移动。

;黑体辐射研究中理论发展过程;3.普朗克（Planck）能量量子化假定：;1.1.2光电效应和光子学说;1.1.3实物微粒的波粒二象性

;德布罗意假设：

具有确定动量p和确定能量E的自由粒子，相当于频率为v和波长为λ的平面波(物质波)，二者之间的关系如同光子与光波的关系一样：

E=hv

P=h/?

这就是著名的德布罗意关系式

数学形式上与爱因斯坦关系式一样，但这是一个全新的假设，因为它可以应用到所有的实物微粒中;例：子弹的质量为0.01kg，运动速度为1000m/s，

电子质量为9.11×10-31kg，运动速度为

5×106m/s，试求子弹和电子的德布罗意波长。;2.电子衍射实验—德布罗意假设的实验验证;;1.1.4不确定度关系;例：质量为9.0×10-31kg的电子和质量为0.01kg的子弹均以1000m·s-1的速度运动，假定速度的不确定度为其速度的1%，计算它们位置不确定度。;宏观物体的运动可以同时具有确定的位置和动量。;●微观粒子和宏观粒子的特征比较：;;量子力学(QuantumMechanics)

微观粒子具有波粒二象性，根据不确定关系原理，微观粒子的运动没有确定的轨道，因此必须有一套全新的理论来描述微观粒子的运动—量子力学

量子力学是自然界的基本规律之一，在其研究实物微粒运动规律时，形成了一整套公认的公设(基本假设Postulate)，量子力学就是建立在这些公设基础之上的

这些公设不能用演绎??方法证明，虽然这些假设相对于其它一些经典理论来说显得“难以理解”，这是因为这些假设与日常经验相距较远，但其正确性仍然可以从它所推导出的结论与实验事实一致而得到证实;1.2.1波函数和微观粒子的状态;1.定态波函数;1)若ψ=f+ig,ψ*=f-ig,ψ*ψ=f2+g2,为实数,正值。有时用ψ2代替ψ*ψ。;3.波函数的合格条件

;品优函数?;波函数的归一化;波函数、几率密度的概念对于推动化学由纯经验学科向理论学科发展起着极为重要的作用.现代化学中广泛使用的原子轨道、分子轨道,就是描述原子、分子中电子运动的单电子波函数:;而“电子云”就是相应的几率密度:;;算符相等:;线性算符(linearoperator):;3.力学量算符的写法

力学量算符怎样得到，它可以通过将经典力学（都是坐标和动量的函数）中的坐标不变，动量沿坐标q的分量Pq变换成相应的动量算符而得到。;例如：哈密顿（Hamilton）算符

经典力学量：;(3)量子力学中的常用算符;1.2.3本征态、本征值和Schr?dinger方程;1.自轭算符的本征值一定为实数;自轭算符的性质：

若?为自轭算符，则:

1）?对任何可积函数ψ的下述积分为实数：

∫ψ*?ψdτ=实数(ψ为可积函数)

2）?的本征值一定为实数：

?ψ=aψ(a为实数);3.Schr?dinger方程;定态Schr?dinger方程的物理意义;1.2.4态叠加原理;1、本征态的力学量的平均值

设与ψ1，ψ2，……，ψn对应的本征值分别为a1，a2，……，an，当体系处于状态ψ并且ψ已归一化时，物理量A的平均值;如?是力学量算符?的本征函数;;例：对一维势箱中的粒子，求粒子坐标的平均值;;Pauli原理引申出的两个常用规则：

Pauli不相容原理：在一个多电子体系中，两个自旋相同的电子不能占据同一轨道，也就是说在同一原子中，两个电子的量子数不