量子与结构化学(0-1)

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1、量子与物质结构导论§0、绪言§0-1、结构化学的本质§0-1-1、定义定义：研究原子、分子和晶体的微观结构，进而研究物质的结构和性能之间关系的一门学科，由表及里，表里统一的学科。（烤面包从里面热起）§0-1-2、内容1、原子和分子内电子的运动情况，由此得到原子和分子内的电子组态和化学键的本质。电子——它的组态、它的键合2、分子和晶体内多原子在空间排列的相对位置即主体构型。原子构型§0-1-3、目的提供微观结构的理论依据，揭示微观体系的运动规律，借助当代物理学的先进手段（XRD、NMR等），推动结构研究的不断深入。§0-1-4、应用微观组成→宏观性质特定微观→特定宏观人的DNA排序决定

2、人的多异，多肽结构不同（H位置的上下）决定药物成分对人体的有效，材料中Si，Al的变异决定哪一种性能。高分子活性基团的位置及嫁接基团的可能性。化妆品的效果由微观的结构组成决定。在化学、物理、生物、材料、药物、化工、石化等等许多技术中得到应用和发展。§0-1-5、本课程的教程1、量子力学基础2、原子结构3、双原子和多原子分子结构4、分子对称性和群论知识5、配位场理论6、原子价7、结构分析8、晶体结构§0-1-6、本课程的参考书1、周公度、段连运编著.《结构化学基础》北京：北京大学出版社，1995年9月第二版2、[英]C.A库尔森原著，R.麦克威尼修订.《原子价》北京：科学出版社，198

3、6.4第二版3、游效曾编著《结构分析导论》北京：科学出版社§1、量子力学基础§1-1、微观粒子的运动特征19世纪末经典物理学的标志：Newton的经典力学Maxwell的电、磁、光的电磁波理论Boltzmann、Gibbs的统计物理学共同特点：用于宏观现象的解释微观上无法应用。新的理论体系——量子力学，是十九世纪初自然科学发展的集中表现。§1-1-1、量子力学诞生的实验基础1、黑体辐射黑体——多种波长的全吸收体，多种波长的最大发射体。黑体辐射的能量电磁波的波长的关系如教材图1-1所示Wien的解释：类似麦克斯韦的分子速度分布，这种解释只符合短波长。Rayleigh-Jeans的解释：

4、能量按自由度均分，这种解释只符合长波长。Plank的解释：(1)黑体中原子或分子辐射能量时作简谐振动，振动的能量只能采用某一最小能量单位ε0（能量子）的整数倍数值。即ε=nε0(n＝1,2,3,…)n称作量子数(2)ε=hv(h：普朗克常数，6.626×10-34J·S)(3)量子化基础上T：绝对温度Kc：光速k：玻尔兹曼常数在每个T绝对温度下，有Ev~ν的变化曲线。2、光电效应规律：(1)ν光>ν光电子，可见光(2)I光电子>I光(3)E光电子=kν光爱因斯坦（Einstein）的光子学说：a、光子能量：ε=nε0b、光子质量：m=hν/c2意义：不同频率的光子有不同的质量，m0=

5、0，即静止的光子质量为0。c、光子动量：P=mc=hν/c=h/λd、光子密度：3、氢原子光谱不连续的线状光谱1913年，Bihr由Planker的量子论，Einstein的光子说和Rutherford的原子模型，提出三个假设：(1)电子绕核作圆形轨道运动稳定态→不辐射能量→定态→最低的定态→基态→除基态外，为一、二、三激发态。(2)电子的跃迁ΔE跃=E2-E1=hνν即为辐射出（吸收入）的频率。(3)电子轨道有一定要求运动角动量M=nh/2π(n=1,2,3,…)这称为玻尔的量子化规律。4、上述理论的应用解释了一些简单现象，而Schrödinger的波动力学，W.Heisenber

6、g的矩阵力学，P.A.M.Dirac&Neuman的量子力学是更一般化的理论方法。§1-1-2、实物微粒的波粒二象性来源：1924年，deBroglie提出实物也具有波粒二象性，即：E=hν，P=h/λ粒子性波动性粒子性波动性其中P=h/λ，适用于实物粒子，完全是一个假说，称为德布罗依关系式，实物波称为德布罗依波。1927年，Davison&Germer用电子衍射方法证实了deBroglie的正确性。X射线在晶体上的衍射现象，可根据布拉格方程算出电子波波长λ值：2dSinα=nλ玻恩(Born)的实物微粒波概念：空间任一点的波的强度（振幅绝对值平方）和粒子在该点出现的几率成正比，实物

7、波又称几率波。对此的几点解释：1、单个电子的随机性2、大量电子的波动性3、波强度与电子在空间单位体积内出现的几率成正比4、该运动特征不符合经典力学，要用量子力学解释§1-1-3、测不准原理1、定义：见书（坐标、动量测不准）单缝衍射——对测不准原理的说明当光程差为波长的半整数倍时，消光；当光程差为波长的整数倍时，存在关系，可以导出：Δx·ΔPx=hΔy·ΔPy=h测不准关系式Δz·ΔPz=h2、意义：当Δx→0时，即x就趋于准确值，ΔPx→∞，即Px就没有准