量子与结构化学优秀课件.ppt
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1、量子与结构化学第1页,本讲稿共30页0、绪言、绪言 0-1、结构化学的本质、结构化学的本质 n0-1-1、定义、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)n0-1-2、内容、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、它的键合第2页,本讲稿共30页 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n0-1-3、目的、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
2、。第3页,本讲稿共30页n0-1-4、应用、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。第4页,本讲稿共30页n0-1-5、本课程的教程、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、晶体结构第5页,本讲稿共30页n 0-1-6、本课程的参考书、本课程
3、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,1986.4 第二版3、游效曾编著 结构分析导论 北京:科学出版社第6页,本讲稿共30页1、量子力学基础、量子力学基础n1-1、微观粒子的运动特征、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: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。第7页,本讲稿共30页
4、n1-1-1、量子力学诞生的实验基础、量子力学诞生的实验基础 1、黑体辐射、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:能量按自由度均分,这种解释只符合长波长。第8页,本讲稿共30页nPlank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0(能量子)的整数倍数值。即=n0 (n1,2,3,)n称作量子数 (2)=hv (h:普朗克常数,6.62610-34JS)(3)量子化基础上 T:绝
5、对温度K c:光速 k:玻尔兹曼常数 在每个T绝对温度下,有 Ev 的变化曲线。第9页,本讲稿共30页2、光电效应、光电效应n规律:(1)光光电子,可见光(2)I光电子I光(3)E光电子=k 光爱因斯坦(Einstein)的光子学说:a、光子能量:=n 0b、光子质量:m=h/c2n意义:不同频率的光子有不同的质量,m0=0,即静止的光子质量为0。c、光子动量:P=mc=h /c=h/d、光子密度:第10页,本讲稿共30页3、氢原子光谱、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
6、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E跃=E2-E1=h 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/2(n=1,2,3,)这称为玻尔的量子化规律。第11页,本讲稿共30页4、上述理论的应用 解释了一些简单现象,而Schrdinger的波动力学,W.Heisenberg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。第12页,本讲稿共30页1-1-2、实物微粒的波粒二象性、实物微粒的波粒二象性n来源:来源:1924年,de Broglie提出实物也具有波粒二象性,即:E =h
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