《晶体结构教学研究》PPT课件

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1、晶体结构教学研究段连运duanly@pku.edu.cn二零零八年度西部高校教师培训班二零零八年十月二十八日西安低年级低年级高年级一、结构化学基础课基本内容建议1.我国传统的化学基础课程体系目前国际较流行的物化课体系结构运动平衡化学热力学溶液相平衡电化热力学量子力学基础原子分子结构化学键晶体结构结构表征统计力学非平衡态热力学化学动力学2.两种物理化学课程体系3.教指委制定的结构化学基本内容(草案)Ⅰ量子力学基础(1)微观粒子的波粒二象性(2)不确定度关系（测不准原理）(3)量子力学的基本假设(4)箱中粒子Ⅱ原子结构

2、(1)氢原子及类氢离子的薛定谔方程量子数的物理意义原子轨道图(2)电子自旋(3)多电子原子的结构及元素周期律(4)原子光谱项Ⅲ分子结构(1)分子轨道理论和双原子分子结构(2)多中心键和缺电子分子结构(3)离域键和共轭分子结构共振论(4)价键理论(5)杂化轨道理论及价层电子对互斥理论(6)分子轨道的对称性和反应机理Ⅳ范德华力氢键Ⅴ分子对称性(1)对称元素和对称操作(2)分子点群(3)偶极矩、旋光性与分子对称性的关系Ⅵ晶体结构基础(1)周期性点阵理论空间点阵型式(2)晶系晶胞(3)微观对称性及国际记号(4)密堆积原理

3、和金属晶体的结构(5)离子晶体的结构及结晶化学规律(6)非金属元素的晶体结构和分子晶体的结构(7)晶体的X射线衍射同不妨异异不妨同结构化学基础教学三字诀—“三二一”3个“三”：1.三种理论(量子力学理论、化学键理论、点阵理论)2.三种结构(原子结构、分子结构、晶体结构)3.三种基础(量子基础、对称性基础、晶体学基础)2个“二”：1.二种构型(电子构型、几何构型)2.二种方法(谱学方法、衍射方法)1个“一”:一条渠道(沟通结构↔性能↔应用的渠道)4.结构化学基础教学基本内容（建议）★我国结构化学基础课主流形式：独立设

4、课；个别学校将物化和结构合二为一.优化课程：探索,实践,比较一家之言欢迎批评■贯穿“晶体结构两大基本特征”：周期性和对称性：长程平移有序和长程取向有序周期性：几何表示法:点阵或晶格(两者义同而形别)代数表示法:平移群(Tmnp=ma+nb+pc)对称性：对称元素和对称操作:宏观对称性－点群微观对称性－空间群■周期性和对称性的相互联系和相互制约■纠正关于晶体结构两大基本特征的错误或欠妥表述■研究:把晶体结构两大基本特征从概念、原理及方法上讲清、讲准,使学生受鱼、受渔、更受道！二、关于“晶体结构”部分的教学建议■以“

5、晶胞”的教学为例各类晶胞示意图c1.“混乱”的晶系、晶胞和点阵概念关于晶系、晶族、晶胞、点阵的错误或欠妥表述举例：■“根据晶胞的形状划分、确定晶系”■“晶胞是晶体结构中最小的重复单位”■“CsCl晶体可画出体心立方晶胞，其空间点阵型式为体心立方(cI)；金刚石晶体可画出面心立方晶胞”;“点阵的对称元素与实际晶体的对称元素总是相同的”。关于三方晶系晶体的晶胞、点阵错误或困惑问题举例：■“三方、六方和三斜晶体都只有素格子,它们的点阵型式可分别用记号R,H,P来标记”；■三方晶系只抽象出“R心六方（hR）点阵”；■为什么

6、菱面体晶胞未入选、而六方晶胞却能入选6类晶胞？■为何三方晶系的晶体既有简单六方(hP)又有R心六方(hR)两种空间点阵型式？三斜晶族的记号为何用a而不t？概念混乱,给教与学带来困惑2.建议按四个层级组织关于“晶胞”的教学内涵：晶胞—晶体结构的缩影和基本重复单位既为晶体结构的缩影,则必须：(1)代表晶体的化学组成(2)为平行六面体.但平行六面体并非一定是晶胞,须看是否符合该晶体的周期性(可否平移复原,例如,体积为NaCl晶体立方复晶胞1/8的小立方体就不是晶胞)(3)是晶体结构的基本重复单位,有大有小,分为素晶胞、复

7、晶胞和正当晶胞第一层级：晶胞定义的内涵和外延外延:(4)“底心晶胞”、“体心晶胞”、“面心晶胞”等称谓值得商榷(5)晶胞和结构基元既有联系又有区别(6)二维晶胞(投影问题,例如石墨的二维晶胞)(7)辨析几种图形是否为晶胞(划分晶胞的方式多种多样,晶胞的顶点并非一定在原子上)(8)晶胞不是划分晶系的标准(9)若干晶体的晶胞示意图(a)(b)(c)(d)晶胞“并置”构成晶体，因而必为平行六面体；但平行六面体未必是晶胞；是六方晶胞吗？素晶胞复晶胞正当晶胞晶胞与结构基元NaCl晶体的正当晶胞立方金刚石晶胞沿a轴的投影碘晶体

8、沿x方向的投影第二层级—晶胞的两个要素晶胞参数:表示晶胞的大小和形状；晶胞中“原子”的坐标参数:表示晶胞中“原子”的分布下面的晶胞是NaCl晶体的立方复晶胞，也是NaCl晶体的正当晶胞晶胞，包含4个Na+离子，4个Cl-离子晶胞参数：a=b=c=2(rNa++rCl-)=564pmα=β=γ=90°晶胞体积:V=abc体心1面心1/2棱心1/4顶点1/8Cl