.1-量子力学基础.ppt

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1、结构化学2011.4结构化学基础（第四板）周公度段连运编著参考资料1.徐光宪、王祥云,《物质结构》,第二版,高等教育出版社,1987年.2.I.N.Levine,《QuantumChemistry》,5thedition,PublishedbyPearsonEducationAsiaLimitedandBeijingWorldPublishingCorporation，2004.3.周公度,《结构和物性:化学原理的应用》,高等教育出版社,2000年第一版。4.厦门大学化学系物构组,《结构化学》,科学出版社,2004年.5.江

2、元生,《结构化学》,高等教育出版社,1997年.量子力学基本原理(6学时)原子结构与性质(7学时)共价键与双原子分子(8学时)分子对称性(4学时)多原子分子(5学时)晶体的点阵结构和晶体的性质(6学时)金属的结构和性质(2)离子化合物的结构和性质(2)第一章量子力学基本原理1.微观粒子(原子和分子)的运动规律2.原子结构与分子结构,化学键的本质3.晶体的微观结构，结构与性能的关系结构化学的研究对象1.物质世界可以分为宇观,宏观,介观与微观四个层次;每个层次的运动规律有着本质的不同。2.宏观体系遵循牛顿力学。经典粒子(质点)

3、的运动状态用其坐标与速度(动量描述)。已知某初始时刻t0粒子坐标(x0,y0,z0)以及速度(vx0,vy0,vz0)或动量(px0,py0,pz0),以及粒子受到的力,可以根据牛顿第二定律求出以后时刻的坐标与动量,因此获得粒子的运动轨迹。微观粒子的运动规律xyzt0经典粒子的坐标与动量在任何时候都可以同时精确地测量；经典粒子有确定的运动轨迹；等同经典粒子(由相同的质量,电荷,自旋等)是可以区分的。3.微观粒子不遵循牛顿力学,遵循量子力学。原子的稳定性无法用经典电磁理论解释。原子相结合形成稳定分子的作用力即化学键不是简单的库

4、仑作用力，还包含其他效应，即量子效应。原子与分子光谱无法用经典物理学解释。需要用微观粒子的定态与量子跃迁的思想解释。量子化的思想是二十世纪最重要的思想之一。量子与量子化物质世界由量子构成,量子即微观的基本粒子。包括有静质量粒子如电子,和无静质量粒子如光子等。微观粒子的某些物理量不能任意连续取值,只能取分离值。如能量,角动量等。微观粒子的坐标和动量不能同时精确地测量。微观粒子运动状态不能用坐标和动量描述。微观粒子既有粒子性,也有波动性。粒子性:有能量,有动量；波动性：微观粒子在空间的出现是随机的,因此具有几率的特征，这种几率性

5、可以用波(类似于电磁波)来描述。波的强弱对应于粒子在空间出现的几率大小。电磁波既有波动性,也有粒子性。电磁辐射不是连续的，是一份一份发射，每一份有确定的能量,称为能量子,即光子(m=0)。电磁场就由光子构成。电磁辐射就是大量光子构成的粒子束。Planck,Einstein实物微观粒子(m0)也可以看做是构成物质场或物质波的基本粒子。德布罗意19th世纪,经典力学，热力学，气体运动理论，光学，电磁理论,统计物理学物理学家认为，任何问题都可以解决。只有一两个问题有点令人烦恼，但也很快可以解决掉。在物理学大厦中，有两个概念：粒子

6、与波，物质是粒子，光与电磁波都是波。粒子与波之间的联系不明显。经典物理学大厦建成1.涉及微观领域的实验事实的解释(1).黑体辐射(2).1887Hertzphotoclectriceffect的发现(3).1909Rutherford粒子散射实验原子核式结构模型(4).原子光谱2.高速运动与电磁波的传播介质以太假说迈克尔-莫雷实验经典物理学的困难1900Planck黑体辐射中量子的假设(blackbodyradiation)1905Einstein光电效应中的量子假设1913Bohr原子理论量子假设用于氢原子1924deB

7、roglie物质波假设重要思想:1.量子化2.波粒二象性,物质波3.量子跃迁旧量子论1927Davisson,Germer电子衍射实验测定电子波长与deBroglie的理论预言一致1925~1928Heisenberg,Schrodinger,Born,Dirac量子力学的建立量子力学成功地应用于原子问题；任何化学问题原则上都可以用量子力学解决量子力学的建立经典物理学的困难黑体辐射的能量密度的波长(或频率)分布什么是黑体完美黑体：完全吸收投射到其上面的所有辐射(光)实验上最接近于完美的黑体：中空物体上的一个微孔带有一微孔的空

8、心金属球，非常接近于黑体，进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射、使射入的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸出。黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体。黑体辐射黑体辐射的热力学设空腔中的辐射与腔壁在温度T时达成热平衡。辐射的能量为E，空腔体积为V，则辐