结构化学19513

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1、绪论现代化学的发展趋势及其特点结构化学的研究内容、研究方法及发展简史一.现代化学的发展趋势及其特点化学研究化学事实化学理论化学事实：人们熟知的各种现象的研究化学理论：各种现象是否有规律，即需要研究现象的本质1986年Nobel化学奖获得者李远哲教授：“化学的规律是有的，那就是量子力学。所有化学现象都是原子核和外围电子的重新排列和组合。”量子力学运用于解释H2的形成量子化学的诞生化学理论宏观(热力学、统计热力学)微观(结构化学、量子化学)完整体系构成1.化学的发展趋势是合成化学、结构化学和量子化学的紧密结合并相互促进（多学科多层面的研究）2.五个特点（发展趋

2、势决定了以下的特点）①宏观到微观二十世纪以来，化学从研究宏观领域，进入微观领域的研究。从研究物质的光、电、热、磁的宏观性质到微观粒子的内部结构及运动状态，建立起了量子化学、核化学等新学科。定量研究是必然趋势，这需要借助精密的测试工具。为深入研究原子、分子和晶体的结构和性质间的关系，结构化学在计算机和四圆衍射仪等现代仪器的推动下，可提供丰富可靠的定量结构数据，对复杂的生物大分子结构也有解决办法。精密晶体结晶学可以精密地测定分子中电子云分布和化学成键状况。③静态到动态静态结构：当物质的内部结构处于稳定状态，它将不随时间而变化，称为静态结构。一种静态另一种静态②

3、定性到定量④体相到表相：表面化学以合成氨在催化剂上反应为例：Fe催化剂+Al2O3k2OCaOMgO⑤纯化学学科到边缘学科生物化学、半导体化学、环境化学、超导材料、稀土材料、原子核物理、物理化学、化学物理等。过渡态：通常指结构的中间态。激发态：指电子的运动状态。中间产物：上述二者都叫中间产物,都是瞬间不稳定的。化学反应过程中产生的过渡态、激发态、中间产物为动态结构。二.结构化学的研究内容、研究方法及发展简史1.研究内容主要研究原子、分子和晶体的微观结构，运动规律，及结构与性能间的关系。微观结构几何结构电子结构如：SF6OhCH4TdBF3D3h电子结构：是

4、指电子的运动状态和能级（组态）。研究内容决定了学习结构化学的目的学会用微观结构的观点和思维方法来分析和解决化学中遇到的实际问题。几何结构：是指构成原子、分子及晶体的更基本微粒的空间几何构型，尤其是对称性问题。结构决定物性当任何一种物体，它的性质和物体的结构联系起来的时候，那么这样它的性质最容易最清楚的被认识，理解。----Pauling化学理论最重要的作用是提供一种思维体制以总结更新知识。----霍夫曼2.研究方法①归纳法（个别到一般）利用现代的物理测试手段，如衍射法、光谱法及核磁共振法等对物质的光、电、磁、热等性质的测定，或用计算机模拟的方法，了解物质内

5、部原子的排布及电子运动状态等，然后再把这些数据总结成规律。②演绎法（一般到个别）即从微观物体普遍遵循的量子力学规律（物理工具）出发，研究原子中电子的结构及电子与核的相互作用。3.发展简史①量子力学的产生从1900年普朗克提出量子论到1926年薛定谔建立量子力学的基本方程后，量子力学才真正建立起来。普朗克（Plank,1900年，谐振子能量量子化：黑体辐射）爱因斯坦（Einstein,1905年光能量量子化：光电效应）玻尔（Bohr,1913年原子能量量子化：氢原子光谱）德布罗意（deBroglie,1924年实物微粒的波动性）薛定谔（Schrödinger

6、,1926年薛定谔方程）海森堡（Heisenberg,1927年测不准原理）狄拉克（Dirac,矩阵方程）保里（Pauli）玻恩（Born,实物微粒波的统计解释）②量子化学的诞生量子力学建立后很快就应用到化学中来，1927年海特勒（Heitler）和伦敦（London）用量子力学研究氢分子H2，提出了价键理论的理论基础，一门新兴的化学学科——量子化学诞生了。第一章量子力学基础知识1.微观粒子的运动特征2.量子力学基本假设3.势箱中自由粒子的薛定谔方程及其解十九世纪末，经典物理学已经形成一个相当完善的体系，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

7、论，电磁学方面用麦克斯韦方程统一解释电、磁、光等现象，而统计方面有玻耳兹曼的统计力学。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。十九世纪末的物理学黑体：能全部吸收外来电磁波的物体。黑色物体或开一小孔的空心金属球近似于黑体。黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长电磁波的现象。1.1.微观粒子的运动特征1.1.1黑体辐射和能量量子化按经典理论只能得出能量随波长单调变化的曲线：Rayleigh-Jeans把分子物理学中能量按自

8、由度均分原则用到电磁辐射上，按其公式计算所得结果在长波处比较接近实