量子力学基础知识 (I)

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1、结构化学StructuralChemistry湖南人文科技学院化学与材料科学系吴超富二○一○年八月7/24/20211绪论一、结构化学研究的主要内容结构化学是研究原子、分子、晶体的结构以及结构与性质之间关系的科学。主要包括:量子力学基础知识、原子的结构和性质、分子的结构和性质、化学键理论、晶体化学、研究结构的实验原理和基本方法等内容。7/24/20212二、结构化学的地位和特点结构化学与其它学科的关系结构化学是其它学科的理论基础，具有成上启下的作用。结构化学的特点新概念多，数学推导多，系统性强。绪论7/24/20213绪论三、学习结构化学的目的与意义1、

2、目的通过本课程的学习,培养学生用微观结构的观点分析、解决化学问题的能力。培养学生具有扎实的基础理论知识，为后续课程（如有机结构分析，配位化学，高等无机化学，量子化学等）打下良好的理论基础。7/24/202142、意义当今化学已进入纳米空间、皮秒时间时代，随着人们对物质微观结构认识的不断深入，结构化学的基本理论越来越广泛地应用于化学的各个领域，特别是在材料、信息、能源等领域。根据结构决定性能、性能反映结构的相互关系，使化学家有可能对新材料等进行“分子设计”。绪论7/24/20215石墨的导电性改良绪论石墨为层状结构，C采取SP2杂化，同层内为六角形结构且在

3、与分子平面垂直的P轨道上各占一个电子，所以层内导电性能好，层间导电性能差。为了提高石墨的导电性，往往在其中加入一些钾原子。7/24/20216在大自然中，豆科植物的根瘤菌在常温常压下可以吸收空气中的N2固定成NH3。化学工作者通过模拟固氮酶对氮的特殊催化作用，使氮活化转化为氨。绪论人工模拟生物固氮合成氨反应高温、高压催化剂7/24/20217新药的合成绪论分子设计合成药理活性实验分离提取结构测定天然药材其中结构测定和分子设计必须具有扎实的结构化学知识。7/24/20218四、主要参考书绪论1.东北师范大学等《结构化学》，高等教育出版社，2003；2.郭用

4、猷《结构化学》，山东大学出版社，1998；3.江元生《结构化学》，高等教育出版社，1997；4.潘道皑等《物质结构》（第二版），高等教育出版社，1989；5.倪行，高剑南《物质结构学习指导》，科学出版社，1999；6.郭用猷《物质结构基本原理》，高等教育出版社，1987；7.周公度等编著《结构化学习题解析》，北京大学出版社，2002。7/24/20219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能否用来描述微观粒子的运动状态经典物理学Gibbs-Boltzman统计物理学Maxwell电磁理论Newton力学7/24/202110第一章量

5、子力学基础知识经典物理学无法解释的三个著名实验氢原子光谱实验（1885年）黑体辐射实验（1884年）光电效应实验（1887年）7/24/202111第一章量子力学基础知识一、黑体辐射和能量量子化黑体——是指能够完全吸收照射在其上面各种波长的光而无反射的物体。7/24/202112第一章量子力学基础知识EE：能量密度单位面积黑体辐射的能量。实验得到：黑体辐射时能量密度按频率分布的关系曲线。7/24/202113第一章量子力学基础知识★经典物理学的解释经典电磁理论认为：黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的，由于其振动是连续的，因此辐射电磁波的能量也是

6、连续变化的。7/24/202114低频时，瑞利-金斯曲线与实验曲线比较吻合；在高频时，维恩曲线较吻合。但是在频率接近紫外光时，理论计算值趋于无穷。实验曲线0Rayleigh-Jeans(瑞利－金斯)曲线Wien(维恩)曲线紫外第一章量子力学基础知识紫外灾难7/24/202115Planck第一章量子力学基础知识Planck量子论1.黑体是由不同频率的谐振子组成；2.每个谐振子的能量总是某个最小能量单位ε的整数倍；因此，黑体辐射时能量是不连续的、即是量子化的。称为能量子—谐振子固有频率—普朗克常数，3.7/24/202116普朗克基于上述假定，采用与瑞利-

7、金斯完全相同的处理方法—经典统计物理学的方法解释黑体辐射时能量密度与频率变化规律，得到了与实验完全吻合的结果。第一章量子力学基础知识Planck能量量子化假设的提出，标志着量子理论的诞生；1918年，Planck获得的诺贝尔物理学奖。7/24/202117第一章量子力学基础知识二、光电效应和光子学说金属光电子光电效应—光照射在金属表面，使金属发射出电子的现象。实验现象光电子的产生与入射光的频率有关光电子的动能与入射光的频率成正比，而与光的强度无关。7/24/202118第一章量子力学基础知识Einstein光子说1光是一束光子流，每一种频率的光的能量都有

8、一个最小单位，称为光子，光子的能量与光子的频率成正比，即：—Planck常数—光