结构化学 - 东华理工大学

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1、结构化学黄斌东华理工大学材料系两分子乙醇在金属表面上吸附模拟乙醇分子形成氢键模式OptimizingthestructureofBNcubicCalculatingtheelasticconstantsofBNDescriptionoftheelasticconstantsfile量子力学基础知识原子的结构和性质双原子分子的结构和性质分子的对称性多原子分子的结构和性质配位化合物的结构和性质次级键和超分子结构结构化学第一章量子力学基础知识1.1量子力学的诞生1.2量子力学基本假设1.3箱中粒子薛定谔方程及其解1.1量子力学的诞生1.1.1十九世纪末的物理学十九世纪末，经典物理学已经形成一

2、个相当完善的体系，机械力学方面建立了牛顿三大定律，热力学方面有吉布斯理论，电磁学方面用麦克斯韦方程统一解释电、磁、光等现象，而统计方面有玻兹曼的统计力学。当时物理学家很自豪地说，物理学的问题基本解决了，一般的物理都可以从以上某一学说获得解释。唯独有几个物理实验还没找到解释的途径，而恰恰是这几个实验为我们打开了一扇通向微观世界的大门。黑体辐射所研究的问题是黑体腔内热辐射能量密度ρ随波长λ(或频率ν)的变化规律。1911年诺贝尔物理学奖维恩1.黑体辐射1.1.2三个重要实验检测的辐射针孔温度T时的黑体图1－2在四个不同的温度下，黑体单位面积单位波长间隔上发射的功率曲线图1-1黑体辐射示意图

3、1900年12月14日，普朗克公布了他对黑体辐射的研究成果。提出假设：黑体腔内辐射能的吸收或释放不能连续进行，只能以某一个最小单位做跳跃式改变，而且大小与辐射波频率有关。普朗克Planck量子论2.光电效应光电效应是19世纪末人们发现的新的物理现象：当光照射到纯净金属表面时有电子（称光电子）逸出。图1-3光电效应示意图实验现象：（1）光电子的动能Ek与光的强度无关，与入射光的频率有关。（2）对于一定金属，存在临阈频率。（3）加反向电压，抑制光电流发生。按照电磁波理论，光电子的动能Ek与光的强度有关，与入射光的频率无关。1905年爱因斯坦运用量子概念成功解释光电效应。爱因斯坦获1921年

4、诺贝尔物理学奖Einstein光子学说光是一种粒子流，能量量子化，最小单位称光量子。光的辐射场是由光量子（简称光子）组成的。光速为c=2.99792×108m·s-1每个光子的能量=hv=mc2动量为p=h/λ,ρ=dN/dτ，光具有波粒二象性。光存在动质量m，静止质量m为0，碰撞时动量和能量守恒。粒子性波动性可见，光具有波粒二象性，通过h联系起来。传播时——呈波动性与物质作用时——呈粒子性当光照射到金属表面后，一个光子被一个电子吸收，光子的能量一部分用来克服金属对表面电子的束缚能W0（又称逸出功），另一部分转化为光电子动能。Einstein光电方程光电方程在1916年被罗伯特·安德罗

5、·密里根精确实验证实具有普适性。密里根荣获1923年度诺贝尔物理学奖3.原子光谱图1－4氢原子光谱的5个线系从原子光谱观察，在没有外作用时，原子不发生辐射，受到作用时，原子也只发射自己特有的频率，不会连续辐射。1924年，德布罗意（deBroglie）受到光的波粒二象性的启示，提出实物粒子也具有波粒二象性。实物微粒是指静止质量不为零的微观粒子（m0≠0）。如电子、质子、中子、原子、分子等。1.1.3微观粒子的波粒二象性：德布罗意波波长；p：粒子的动量；h：Planck常数；：粒子能量；v：物质波频率。deBroglie关系式，形式上与Einstein关系式相同，但却是一个新的假设。

6、LouisVictorduedeBroglie德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。1923年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。1924年，在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波，同时提出用电子在晶体上做衍射实验的想法。爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，评价说“我相信这是揭开我们物理学最困难谜题的第一道微弱的希望之光”。法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。例1:求m=1.0×10-3kg的宏观粒子以1.0×10-2m·s-1的速度运动时粒子的deBroglie波长。

7、这个波长与粒子本身的大小相比太小，观察不到波动效应。例2：求以1.0×106m·s-1的速度运动的电子的deBroglie波的波长。这个波长相当于分子大小的数量级，说明分子和原子中电子运动的波动性是显著的。例3：计算动能为300eV的电子的deBroglie波长。=7.08×10-9(cm)abca.X射线通过铝箔所得到的衍射环b.电子束通过铝箔所得到的衍射环c.中子束通过铜箔所得到的衍射环1.1.4测不准原理微观世界的力学量变化是量子化的，变