学习课件第一章绪论和量子力学的基础知识

《学习课件第一章绪论和量子力学的基础知识》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、结构化学StructuralChemistry主讲教师：李飞辽宁石油化工大学结构化学1绪论引言结构化学是在原子、分子和晶体的水平上，从微观的角度研究物质结构与性能的关系，研究物质中微观粒子运动规律的学科。辽宁石油化工大学结构化学1结构化学研究的主要内容结构化学理论产生于20世纪30年代后，研究的主要内容是用现代化学的观点和物理实验方法来研究原子、分子及晶体的结构以及结构与性质（性能）的关系。辽宁石油化工大学结构化学1结构化学探讨的问题必须探讨以下几个问题：①物质是由分子组成，而分子是由哪些更基本的质点构成？②它们是怎样

2、构成的？（什么作用力使之形成分子？）③这些质点在构成原子、分子时，起什么作用？（质点的运动和相互作用规律如何？）辽宁石油化工大学结构化学1结构化学探讨的问题④原子形成分子时，一个原子与其他原子的结合是有选择的、数量是有限制的，为什么表现出“选择性”和“饱和性”？⑤原子组成分子时是怎样控制分子结构（几何结构和电子结构）？这些结构对其物理与化学性质有何影响？结构的含义““结构结构””包含两层包含两层意义意义：：电子结构电子结构几何结构几何结构原子、分子中电子分子空间构架，特别的运动状态、能级和相是分子（晶体）中原子互作用规

3、律。在空间排布的对称性。对物质的结构来讲：不同的几何结构来自于不同的电子结构，有稳定的电子结构就有稳定的几何结构。结构化学课程是：“化学键理论”课程辽宁石油化工大学结构化学课程的特点和学习方法特点（一）化学键理论是以量子力学为基础，波动方程为核心，通过逻辑思维和数学方法处理来阐明原子、分子内的电子和原子核之间各种复杂的相互作用，推论出原子的性质和电子结构的关系。在此基础上，通过对称性原理，结合分子中的电子结构，进一步讨论分子结构，以及该结构与性质的关系。称为“演绎法”。（东方思维）辽宁石油化工大学结构化学1结构化学课程

4、的特点和学习方法特点（二）借助于现代物理测试技术的先进手段，对物质的电学、磁学、光学、热学、超导等物理性质进行测试，通过实验的方法为“演绎法”提供实践依据，从中了解获得原子排列和电子运动的规律，称为“归纳法”。（西方思维）辽宁石油化工大学结构化学的学习方法♥把握重点（原理、概念、方法）♥重视理论与实践的密切联系♥学会抽象思维和运用数学工具处理问题的方法♥恰当运用类比、模拟及其它科学方法结构化学的应用领域随着人们对物质微观结构认识的深入，结构化学的基本知识已广泛地应用于化学的各个领域。特别是：当今化学已进入纳米空间(10

5、-9m)、皮秒时间(10-１２s)时代，结构化学知识越显重要，很多学科领域都与结构化学知识密切相关。反应机理的研究人工模拟生物固氮、催化剂的合成新材料、新药的合成反应机理的研究反应机理的研究反应机理研究是一个既古老而又有很多问题尚不清楚的学科。美国R.Hoffmann和日本KenichFukui分别提出了分子轨道对称守恒原理和提出前线轨道理论，为此他们获得了1981年诺贝尔化学奖。由李远哲教授等创立的交叉分子束反应是研究微观反应机理的重要实验手段，为此他们获得了1986年诺贝尔化学奖。辽宁石油化工大学例例11：：H()

6、I()gg+→2HI()g221d[HI]速率方程rk==cc二级反应HIH22I2dt此前就误以为是双分子基元反应，直到1967年才证明并非如此，而是具有如下机理：2'I22I[I]=K[I]2K′为平衡常数k'H(g)2I+⎯⎯→2HI控制步骤三分子基元反应21d[HI]'2''rk===[H][I]Kk[H][I]=k[H][I]HI222222dt不同的反应机理对应同样的速率方程。用结构化学中的前线轨道理论很容易证明，双分子基元反应是禁阻反应（反应能垒很高，不可能正常进行）辽宁石油化工大学例21992年美国S

7、cience评出的年度明星分子NO。在人体中，NO能容易地穿过生物膜，氧化外来物质，在大脑、血管、肝脏、末梢神经等系统中有益成分。但在大气中是有害气体，它破坏臭氧层，形成酸雨。解决酸雨问题最佳方案是发生下列反应：2NO→+NO过渡态22400)-1300θ−1209Δ=rmH−⋅180kJmol389200(kJmolθ−1E2NOΔ=G−173.8kJmol⋅100180rm0N2+O2反应坐标在热力学上是可以自发进行的，但此反应是动力学禁阻的，用前线轨道理论很容易证明这一点。辽宁石油化工大学解决上述问题的方法是制备

8、专用催化剂PtPd/AlO23CO+CO+烃烃+O+O2COCO2+H+H2OOPtPd/AlO2NO2NO23NN2+O+O2辽宁石油化工大学人工模拟生物固氮，催化剂的合成合成氨反应3H(g)2N(g)+→2NH(g)223Φ−1Δ=G(298K)−32.70kJmol⋅rm分析热力学允许，但动力学禁阻，常温常压下H与N混22合