结构化学整本书省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

结构化学结构化学结构化学是以量子力学为基础，联系无机化是以量子力学为基础，联系无机化学，有机化学实验事实讨论原子，分子化学键理学，有机化学实验事实讨论原子，分子化学键理论的一门科学，本课程供大学师范类院校化学类论的一门科学，本课程供大学师范类院校化学类专业作本科基础课教材，也可作材料、化工、生专业作本科基础课教材，也可作材料、化工、生物化学等专业使用，还可供从事与化学、化工有物化学等专业使用，还可供从事与化学、化工有关类别工作人员作参考关类别工作人员作参考。学习本课程需具备学习本课程需具备高等数学、大学物理高等数学、大学物理、线、线性代数、无机化学、有机化学性代数、无机化学、有机化学等课程基础。等课程基础。结构化学是以量子力学理论为基础，联系无机化结构化学是以量子力学理论为基础，联系无机化学、有机化学等大量实验事实讨论原子、分子化学、有机化学等大量实验事实讨论原子、分子化学键理论的一门学科。学键理论的一门学科。结构化学-课程介绍课程介绍本课程阐述原子间以什么样的结合力本课程阐述原子间以什么样的结合力形成分子、原子的组成及连接方式是怎形成分子、原子的组成及连接方式是怎样决定分子的几何构型，并表现出独特样决定分子的几何构型，并表现出独特的物理与化学性质，使读者了解的物理与化学性质，使读者了解“结构结构决定性能，性能反映结构决定性能，性能反映结构”，从而建立，从而建立起起“结构结构-性能性能-应用应用”的渠道。的渠道。课程内容包含量子力学基础知识，原课程内容包含量子力学基础知识，原子结构理论、多原子分子结构及研究它子结构理论、多原子分子结构及研究它们的们的HMO方法，晶体点阵结构及方法，晶体点阵结构及X射线射线衍射，金属结构及性质，离子化合物的衍射，金属结构及性质，离子化合物的结构与性质。结构与性质。物质结构（结构化学）物质结构（结构化学）是在原子、分子水平上，是在原子、分子水平上，深入到电子层次，研究物质的微观结构及其宏观性能深入到电子层次，研究物质的微观结构及其宏观性能关系的科学。其内容涉及用量子力学原理与方法研究关系的科学。其内容涉及用量子力学原理与方法研究化学问题，进而建立物质结构理论；提出与创造结构化学问题，进而建立物质结构理论；提出与创造结构分析方法；剖析以生物在分子为主的复杂物质的结构。分析方法；剖析以生物在分子为主的复杂物质的结构。这一门课我们采用的是北京大学出版社出版的这一门课我们采用的是北京大学出版社出版的结构结构化学基础化学基础一书。这本书是北京大学化学院结构化学一书。这本书是北京大学化学院结构化学（即物质结构）基础教材。内容主要包括：（即物质结构）基础教材。内容主要包括：结构化学结构化学-内容提要内容提要课程简介课程简介量子力学基础知识、原子的结构和性质、分子量子力学基础知识、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、研究结构的结构和性质、化学键理论、晶体化学、研究结构的实验方法等。的实验方法等。结构化学结构化学是一门直接应用多种近代实验手段测定是一门直接应用多种近代实验手段测定分子静态、动态结构和静态、动态性能的实验科学。分子静态、动态结构和静态、动态性能的实验科学。它要从各种已知化学物质的分子构型和运动特征中，它要从各种已知化学物质的分子构型和运动特征中，归纳出物质结构的规律性；还要从理论上说明为什么归纳出物质结构的规律性；还要从理论上说明为什么原子会结合成为分子，为什么原子按一定的量的关系原子会结合成为分子，为什么原子按一定的量的关系结合成为数目众多的、形形色色的分子，以及在分子结合成为数目众多的、形形色色的分子，以及在分子中原子相互结合的各种作用力方式，和分子中原子相中原子相互结合的各种作用力方式，和分子中原子相对位置的立体化学特征；结构化学还要说明某种元素对位置的立体化学特征；结构化学还要说明某种元素的原子或某种基团在不同的微观化学环境中的价态、的原子或某种基团在不同的微观化学环境中的价态、电子组态、配位特点等结构特征。电子组态、配位特点等结构特征。结构化学结构化学是在原子、分子水平上研究物质分子构是在原子、分子水平上研究物质分子构型与组成的相互关系，以及结构和各种运动的相互影型与组成的相互关系，以及结构和各种运动的相互影响的化学分支学科。它是阐述物质的微观结构与其宏响的化学分支学科。它是阐述物质的微观结构与其宏观性能的相互关系的基础学科。观性能的相互关系的基础学科。另一方面，从结构化学的角度还能阐明物另一方面，从结构化学的角度还能阐明物质的各种宏观化学性能，和各种宏观非化学性质的各种宏观化学性能，和各种宏观非化学性能与微观结构之间的关系及其规律性。在这个能与微观结构之间的关系及其规律性。在这个基础上就有可能不断地运用已知的规律性，设基础上就有可能不断地运用已知的规律性，设法合成出具有更新颖、结构特点更不寻常的新法合成出具有更新颖、结构特点更不寻常的新物质，在化学键理论和实验化学相结合的过程物质，在化学键理论和实验化学相结合的过程中创立新的结构化学理论。与此同时，还要不中创立新的结构化学理论。与此同时，还要不断地努力建立新的阐明物质微观结构的物理的断地努力建立新的阐明物质微观结构的物理的和化学的实验方法。和化学的实验方法。与其他的化学分支一样，结构化学一般从与其他的化学分支一样，结构化学一般从宏观到微观、从静态到动态、从定性到定量按宏观到微观、从静态到动态、从定性到定量按各种不同层次来认识客观的化学物质。演绎和各种不同层次来认识客观的化学物质。演绎和归纳仍是结构化学研究的基本思维方法。归纳仍是结构化学研究的基本思维方法。早期的有关物质化学结构的知识可以早期的有关物质化学结构的知识可以说是来自对于物质的元素组成和化学性质说是来自对于物质的元素组成和化学性质的研究。当时人们对化学物质，只能从对的研究。当时人们对化学物质，只能从对物质组成的规律性认识，诸如定比定律、物质组成的规律性认识，诸如定比定律、倍比定律等加以概括。随着化学反应当量倍比定律等加以概括。随着化学反应当量的测定，人们提出了的测定，人们提出了“化合价化合价”的概念并的概念并用以说明物质组成的规律。那时，对于原用以说明物质组成的规律。那时，对于原子化合成分子的成因以及原子在分子中的子化合成分子的成因以及原子在分子中的排布方式可以说是一无所知。排布方式可以说是一无所知。结构化学结构化学的产生与有机物分子组成的的产生与有机物分子组成的研究密切相关。有机化学发展的初期，人研究密切相关。有机化学发展的初期，人们总结出许多系列有机物分子中碳原子呈们总结出许多系列有机物分子中碳原子呈四面体化合价的规律。为解释有机物组成四面体化合价的规律。为解释有机物组成的多样性，人们提出了碳链结构及碳链的的多样性，人们提出了碳链结构及碳链的键饱和性理论。随后的有机物同分异构现键饱和性理论。随后的有机物同分异构现象、有机官能团结构和旋光异构现象等研象、有机官能团结构和旋光异构现象等研究，也为早期的结构化学研究提供有力的究，也为早期的结构化学研究提供有力的实验证据，促使化学家从立体构型的角度实验证据，促使化学家从立体构型的角度去理解物质的化学组成和化学性质，并从去理解物质的化学组成和化学性质，并从中总结出一些有关物质化学结构的规律性，中总结出一些有关物质化学结构的规律性，为近代的结构化学的产生打下了基础。为近代的结构化学的产生打下了基础。近代实验物理方法的发展和应用，为结近代实验物理方法的发展和应用，为结构化学提供了各种测定物质微观结构的实构化学提供了各种测定物质微观结构的实验方法；量子力学理论的建立和应用又为验方法；量子力学理论的建立和应用又为描述分子中电子和原子核运动状态提供了描述分子中电子和原子核运动状态提供了理论基础。有关原子结构特别是原子中电理论基础。有关原子结构特别是原子中电子壳层的结构以及内力、外力引起运动变子壳层的结构以及内力、外力引起运动变化的理论，确立了原子间相互作用力的本化的理论，确立了原子间相互作用力的本质，也就从理论上阐明了化学键的本质，质，也就从理论上阐明了化学键的本质，使人们对已提出的高子键、共价键和配位使人们对已提出的高子键、共价键和配位键加深了理解有关杂化轨道的概念，也为键加深了理解有关杂化轨道的概念，也为众多化合物的空间构型作出了合理的阐明众多化合物的空间构型作出了合理的阐明甚至预测。甚至预测。近代测定物质微观结构的实验物理近代测定物质微观结构的实验物理方法的建立，对于结构化学的发展起了方法的建立，对于结构化学的发展起了决定性的推动作用。决定性的推动作用。X射线衍射方法和射线衍射方法和原理上相当类似的中子衍射、电子衍射原理上相当类似的中子衍射、电子衍射等方法的发现与发展，大大地丰富了人等方法的发现与发展，大大地丰富了人们对物质分子中原子空间排布的认识，们对物质分子中原子空间排布的认识，并提供了数以十万种计的晶体和分子结并提供了数以十万种计的晶体和分子结构的可靠结构数据。此外，通过晶体衍构的可靠结构数据。此外，通过晶体衍射的研究，使人们能够从分子和晶体结射的研究，使人们能够从分子和晶体结构的角度说明这些物质在晶态下的物理构的角度说明这些物质在晶态下的物理性质。性质。另一类测定结构的方法是谱学方法。谱学方另一类测定结构的方法是谱学方法。谱学方法在提供关于分子能级和运动的信息，尤其是更法在提供关于分子能级和运动的信息，尤其是更精细的和动态的结构信息方面起着重要的作用。精细的和动态的结构信息方面起着重要的作用。如分子振动光谱是鉴定物质分子的构成基团的迅如分子振动光谱是鉴定物质分子的构成基团的迅速和有力的工具。因而被称为化学物质的速和有力的工具。因而被称为化学物质的“指纹指纹”，与电子计算机高速信息处理功能结合起来，与电子计算机高速信息处理功能结合起来，人们已能通过计算机的检索和识别很快地查明未人们已能通过计算机的检索和识别很快地查明未知物样品的分子结构。红外喇曼光谱的理论处理，知物样品的分子结构。红外喇曼光谱的理论处理，还能提供有关振动力常数等有关化学键特征的一还能提供有关振动力常数等有关化学键特征的一些数据。其他谱学法有：核磁共振谱、顺磁共振些数据。其他谱学法有：核磁共振谱、顺磁共振诺、电子能谱、质谱、穆斯堡尔谱学、可见诺、电子能谱、质谱、穆斯堡尔谱学、可见紫紫外光谱、旋光谱、圆二色性谱以及扩展外光谱、旋光谱、圆二色性谱以及扩展X射线吸射线吸收精细结构等。收精细结构等。物质的某些物理常数的测定，也能提供有关分物质的某些物理常数的测定，也能提供有关分子结构的某些整体信息，如磁化率、折射率和介电子结构的某些整体信息，如磁化率、折射率和介电常数的测定等。此外，高放大率、高分辨率的电子常数的测定等。此外，高放大率、高分辨率的电子显微镜还能提供有关物质表面的结构化学信息，甚显微镜还能提供有关物质表面的结构化学信息，甚至已能提供某些分子的结构形象。至已能提供某些分子的结构形象。量子化学是近代结构化学的主要理论基础。量量子化学是近代结构化学的主要理论基础。量子化学中的价键理论、分子轨道理论以及配位场理子化学中的价键理论、分子轨道理论以及配位场理论等，不但能用来阐明物质分子构成和原子的空间论等，不但能用来阐明物质分子构成和原子的空间排布等特征，而且还用来阐明微观结构和宏观性能排布等特征，而且还用来阐明微观结构和宏观性能之间的联系。由于量子化学计算方法的发展和逐步之间的联系。由于量子化学计算方法的发展和逐步提高完善，加上高速电子计算机的应用，有关分子提高完善，加上高速电子计算机的应用，有关分子及其不同聚集状态的量子化学方法已有可能用于特及其不同聚集状态的量子化学方法已有可能用于特殊材料的殊材料的“分子设计分子设计”和制备方法的探索，把结构和制备方法的探索，把结构化学理论推向新的高度。化学理论推向新的高度。当今结构化学主要研究新构型化合物当今结构化学主要研究新构型化合物的结构化学，尤其是原子簇结构化学和金的结构化学，尤其是原子簇结构化学和金属有机化合物。这一类研究涉及属有机化合物。这一类研究涉及“化学模化学模拟生物固氮拟生物固氮”等在理论研究上极其重要的等在理论研究上极其重要的课题，以及寻找新型高效的工业催化剂等课题，以及寻找新型高效的工业催化剂等与工农业生产息息相关的应用研究课题。与工农业生产息息相关的应用研究课题。稀土元素的结构化学与中国丰富的稀稀土元素的结构化学与中国丰富的稀土元素资源的综合利用的关系非常密切。土元素资源的综合利用的关系非常密切。有关的研究对于中国稀土工业的发展具有有关的研究对于中国稀土工业的发展具有重要的意义。重要的意义。表面结构和表面化学反应的研究与工表面结构和表面化学反应的研究与工业生产上的非均相催化反应关系极为密切，业生产上的非均相催化反应关系极为密切，有关的研究对于工业催化剂，尤其是合成有关的研究对于工业催化剂，尤其是合成氨等工业生产用的新型催化剂的研制具有氨等工业生产用的新型催化剂的研制具有理论指导的作用。理论指导的作用。激光光谱学和激光化学的研究，对于激光光谱学和激光化学的研究，对于快速动态结构和快速化学反应动态过程等快速动态结构和快速化学反应动态过程等研究方法的建立有着深远的影响，并且可研究方法的建立有着深远的影响，并且可能导致新的结构化学研究手段的建立。激能导致新的结构化学研究手段的建立。激光作用下的化学反应过程更具有独特之处。光作用下的化学反应过程更具有独特之处。结构化学的信息工程的研究能充分利用电结构化学的信息工程的研究能充分利用电子计算机的高速、高效率，充分发挥结构化学子计算机的高速、高效率，充分发挥结构化学数据库的作用，对于新的半经验理论和新的结数据库的作用，对于新的半经验理论和新的结构化学理论的提出将有重大的影响。有关方法构化学理论的提出将有重大的影响。有关方法的建立将对于的建立将对于“分子设计分子设计”的实现起着重要的的实现起着重要的作用。作用。目前，结构化学已成为一门不但与其他化目前，结构化学已成为一门不但与其他化学学科联系密切，而且与生物科学、地质科学、学学科联系密切，而且与生物科学、地质科学、材料科学等各学科的研究相互关联、相互配合、材料科学等各学科的研究相互关联、相互配合、相互促进。由于许多与物质结构有关的化学数相互促进。由于许多与物质结构有关的化学数据库的建立，结构化学也越来越被农学家和化据库的建立，结构化学也越来越被农学家和化工工程师所重视。工工程师所重视。诸言-结构化学的内容，方法动态结构：动态结构：化学反应之时，结构随时间而变化。化学反应之时，结构随时间而变化。从一静态结构到另一静态结构，如中从一静态结构到另一静态结构，如中间产物，过渡态，激发态间产物，过渡态，激发态结构化学：结构化学：是研究原子、分子和晶体的微观是研究原子、分子和晶体的微观结构，研究原子、分子中电子的运动规律，研究物结构，研究原子、分子中电子的运动规律，研究物质的微观结构和宏观性能之间关系的一门科学。质的微观结构和宏观性能之间关系的一门科学。结结构：构：几何结构和电子结构。几何结构和电子结构。结结构：构：静态结构和动态结构。静态结构和动态结构。静态结构：静态结构：稳定状态之时，结构不随时间而变化。稳定状态之时，结构不随时间而变化。电子结构电子结构主要是指描述电子运动规律的波函数，主要是指描述电子运动规律的波函数，即原子轨道和分子轨道，通过轨道相互作用了解即原子轨道和分子轨道，通过轨道相互作用了解化学键的本质。化学键的本质。几何结构几何结构主要是指分子或晶体中主要是指分子或晶体中原子空间布排的立体结构。原子空间布排的立体结构。结构化学的研究方法和学习方法结构化学的研究方法和学习方法发发展展史：史：1900至今至今（简介之）（简介之）研究方法：研究方法：其一其一演绎法，演绎法，理论到实验。理论到实验。其二其二归纳法，归纳法，实验到理论。实验到理论。学习方法：学习方法：1.重视理论与实践之间的密切联系；重视理论与实践之间的密切联系；2.要学会用抽象思维和运用数学工具来处理问要学会用抽象思维和运用数学工具来处理问题方法；题方法；3.要恰当的运用类比，模拟，对比和其它方法；要恰当的运用类比，模拟，对比和其它方法；4.要理论联系实际。要理论联系实际。这里所指的结构和运动规律，涉及原子和分子层次的空间排布，涉及微观粒子所遵循的量子力学规律，它包括原子中电子的分布和能组合、分子的化学组成、分子的空间构型和构象、分子中电子的分布、化学键的性质和分子的能量状态、晶体中原子的空间排布、晶体的能量状态等内容。结构化学根据结构决定性能、性能反应结构的基本原则，探讨物质的结构与性能间的关系。研究对象：结构化学是研究原子、分子和晶体的微观结构，研究原子和分子运动规律，研究物质的结构和性能关系的科学，是化学的一个重要分支。很明显，物质的动态结构的研究要以研究静态结构所得成果为基础，其内容也比较复杂。本课程作为一门基础课将主要探讨物质的静态结构。当我们研究的是处于稳定状态下物质的内部结构时，这种结构不随时间而变化，称之为静态结构。如果我们要进而研究物质的化学反应是如何发生的，那就要研究反应物分子如何因相互作用而使其结构发生变化，从而使原来的静态结构转变为另一种新的静态结构。这种在化学反应过程中分子结构变化的过程就称之为动态结构。研究物质结构主要采取两条途径：其一是以演绎的方法为主，即是从微观质点运动的普遍规律，即量子力学规律出发，先研究原子内电子运动的规律，其中包括电子和原子核以及电子之间相互作用的规律，由此推论原子的性质，特别要阐明元素周期律的本质。进而研究原子是如何组成分子或如何组成晶体的。为此，要探讨分子中电子在两个或多个原子核作用下以及相互作用下其运动的规律，由此探讨化学键的本质。研究途径：如要研究动态结构，还要研究在整个化学反应过程中电子状态如何随着原子核的相对运动而发生变化，并讨论这种变化如何制约着化学反应的进行。其二是以归纳为主的方法，主要用一些物理测试的手段，如X射线结构分析、原子光谱、分子光谱、电学及磁学性质的测定、核磁共振、电子自旋共振等方法来研究物质内部原子的排列及运动状况、原子和分子中电子的运动状态等。当对很多个别具体对象进行测量后，再总结成规律。当然这些测试方法的原理，也是以量子理论为基础的。其中有一种称做原子参数图示方法或键参数函数方法，可以总结出对冶金、化工等科学技术上有实际意义的规律。这些规律对于发展化学健理论也有其价值。两条途径中，前者主要是量子化学的主要内容，后者主要是物理测试方法等的内容。当然这两部分内容彼此间还是有密切联系的。前者的基本理论都是来源于实践，在由实践总结成基本理论时，归纳法也起了很重要的作用。后者又依靠前者作为理论基础，在由基本理论指导新实验技术的建立和发展时，演绎法也有重要的作用。“物质结构”这门学科是在十九世纪末叶逐步发展起来的。当时由于生产力的不断提高，实验技术有了很大的发展。有一些物理学家观察到许多现象，用当时已经非常成熟、理论体系已经非常完整的经典物理学理论无法加以说明，甚或与其推论完全相反。最主要的发现有：电子的发现、元素的天然放射现象的发现、黑体辐射现象的规律的发现等。这就迫使人们对经典物理学的体系提出革命性的见解，并逐步发展新的理论体系。1900年普朗克(M.Planck)提出量子论，是在微观领域内对经典物理学第一次强有力的冲击，且为以后量子力学理论的建立作了良好开端。发展简史：1905年爱因斯坦（A.Einstein）提出相对论，在高速运动的物体的力学方面对经典力学提出重要修正与补充。过后他又在量子论和相对论基础上以光电现象作为实验基础，提出光的量子论，把对微观世界物质运动的规律的研究又推进了一大步。1913年玻尔(N.Bohr)则把他们的理论与卢瑟福(E.Rutherford)的原子有核模型巧妙地结合起来，第一次提出原子结构的量子理论，首次提出原子内部电子运动状况具有不连续性即量子化特性的思想，又提出定态的概念，并成功地把氢原子光谱现象与氢原子内电子运动的定态相联系起来，为运用光谱现象研究原子的内部结构提供了理论基础与成功的经验。玻尔理论的发展，使化学键的电子理论得以建立，使得化学基础理论的发展进入一个新的阶段。由于玻尔原子结构理论在进一步发展中遇到难以克服的困难，1924年法国青年物理学家德布罗意（deBroglie）用与光的量子论相类比的方法提出电子等微观质点的运动兼具波动性的见解，后来他的这一假说得到实验的证明，于是薛定谔（Schrodinger）、海森堡(Heisenberg）、狄拉克（Dirac）等在这一假说的基础上有选择地吸取了经典物理学的光辉成就，建立了量子力学理论。从此物质的微观结构的研究就获得比较可靠而有效的理论基础。从1927年开始就诞生了量子化学这门新学科，种种物理测试方法进一步建立起来。这使得化学键的理论进一步得到发展，有力地推动了化学基础理论的研究。目前，由于电子计算机的迅速发展，量子化学的比较严格较为精确的计算日益成为可能。同时各种物理测试的手段也得到突飞猛进的发展，特别是光电子能谱技术的兴起，以无可辩驳的实验事实直接证明了量子化学中所用单电子轨函模型的合理性，使理论计算与实验研究能更紧密地结合起来。可预见，化学的基础理论及实验方法都将有进一步的发展。在两个世纪内发展起来的传统的实验与理论紧密相结合的化学研究方法在吸收了量子化学理论方法及物理测试的实验方法后将如虎添翼，取得更加光辉的成就。绪论 第一章 量子力学基础知识第二章 原子的结构和性质第三章 共价键和双原子分子的结构和性质第四章 分子的对称性第五章 多原子分子的结构和性质第六章 配位化合物的结构和性质第七章 次级键及超分子的结构化学第八章 晶体的点阵结构和晶体的性质第九章 金属的结构和性质第十章 离子化合物的结构化学课程内容课程内容 本课程为化学系各本科专业的一门重要基础课程，包括的各部分内容如下：1要重视理论与实践之间的密切联系。“物质结构化学”虽是一门理论性比较强的学科，但它与其他学科一样，一切理论概念都是来源于实践，一切理论性的结论都要用实践来加以检验，“物质结构”在这一方面还有其特点，那就是理论与实验之间的关系往往不是很简单。对于实验数据往往要经过一系列的理论处理才能与现有的理论推论相比较。而理论往往也要根据具体条件作一番逻辑论证或数学运算才可得出可与实验相比较的结论。例如原子光谱与原子结构理论之间的关系就是如此。在学习方法上应注意之点：2要努力学会应用要努力学会应用抽象思维抽象思维及及数学数学工具工具处理问题。在处理理论与实验结果之处理问题。在处理理论与实验结果之间的关系时往往要运用逻辑推理与数学运间的关系时往往要运用逻辑推理与数学运算。在表达量子力学基本规律时也必要运算。在表达量子力学基本规律时也必要运用数学方法从量上表达各种因素所起的作用数学方法从量上表达各种因素所起的作用及其相互关系。这要求我们努力把物理用及其相互关系。这要求我们努力把物理概念和数学表达式密切地联系起来。此外，概念和数学表达式密切地联系起来。此外，在由基本理论推得具体结论时也要运用数在由基本理论推得具体结论时也要运用数学方法，这时要密切注意学方法，这时要密切注意“起始条件起始条件”和和“边界条件边界条件”的具体意义，并要明确所得的具体意义，并要明确所得结果的物理意义。结果的物理意义。在在“物质结构物质结构”中，由于计算比较复中，由于计算比较复杂的问题就要遇到难以克服的数学上的困杂的问题就要遇到难以克服的数学上的困难。这时往往采用一些简化的模型，突出难。这时往往采用一些简化的模型，突出地反映其中某一个因素或某几个因素所起地反映其中某一个因素或某几个因素所起的作用。对这些简化的模型进行理论计算，的作用。对这些简化的模型进行理论计算，可得到一些新的概念和规律，我们就可运可得到一些新的概念和规律，我们就可运用这些概念和规律分析比较复杂的问题。用这些概念和规律分析比较复杂的问题。我们要善于掌握所用模型的具体意义，特我们要善于掌握所用模型的具体意义，特别要明确其所突出表现的因素，并适当地别要明确其所突出表现的因素，并适当地对其结果加以估价，并能与实验事实结合对其结果加以估价，并能与实验事实结合起来用来分析处理比较复杂的问题。起来用来分析处理比较复杂的问题。3要能恰当要能恰当运用类比运用类比的方法。我们既的方法。我们既要密切注意微观现象与宏观现象之间具有本要密切注意微观现象与宏观现象之间具有本质的差异，也要注意其间可能有的密切的联质的差异，也要注意其间可能有的密切的联系。我们往往可以利用这种联系运用类比的系。我们往往可以利用这种联系运用类比的方法去认识微观现象的某些特点。例如微观方法去认识微观现象的某些特点。例如微观质点的运动兼具微粒性与波动性，这是微型质点的运动兼具微粒性与波动性，这是微型现象与宏观现象最基本的差异。但无论其微现象与宏观现象最基本的差异。但无论其微粒性这个侧面还是波动性这个侧面都与宏观粒性这个侧面还是波动性这个侧面都与宏观的粒子运动及波动有相似之处。到目前为止，的粒子运动及波动有相似之处。到目前为止，我们对微观质点的具体特点及其所表现波动我们对微观质点的具体特点及其所表现波动性还认识得很不全面、很不具体。性还认识得很不全面、很不具体。我们就可利用类比的方法从宏观的我们就可利用类比的方法从宏观的粒子运动及波动的规律得到启发去掌握粒子运动及波动的规律得到启发去掌握量子力学的基本概念、所用模型及某些量子力学的基本概念、所用模型及某些数学运算的物理意义。当然，我们要注数学运算的物理意义。当然，我们要注意，这种类比的逻辑根据是不够充分的，意，这种类比的逻辑根据是不够充分的，所得结果正确与否或其可靠程度均得由所得结果正确与否或其可靠程度均得由实践来检验实践来检验。但是由于这种方法立足于。但是由于这种方法立足于已有知识基础之上，同时兼有启发思路、已有知识基础之上，同时兼有启发思路、提供线索、举一反三、触类旁通的作用，提供线索、举一反三、触类旁通的作用，因此常在获得科学新发现中起着重要的因此常在获得科学新发现中起着重要的作用。作用。总之，在学习结构化学时，要重视从衍射法、光谱法和磁共振法等实验所得的实验数据以及新产品表现出来的性能，这是我们认识物质结构的第一性内容。一切要领和原理都来源于实践，而所得理论的正确性又要由初中来检验。要重视微观粒子运动所遵循的量子力学规律，掌握微观现象的特点，努力把物理概念数学表达式密切地联系起来。要重视结构和性能间的联系，了解各种物质具有其特性的结构根源，了解各种结构所必然出现的性能，了解理论的实际应用，加深对事物本质认识。学以致用，通过学习更有效地为祖国的建设服务。本课程为化学系各本科专业的一门重要基础课程，其任务是使学生掌握微观物质运动的基本规律，获得原子、分子及晶体结构的基本理论、基础知识，了解物质的结构与性能关系，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理，加深对前修课程，如无机化学、有机化学等的有关内容的理解，为后课程的学习打下必要的基础；通过本课程的学习，培养学生能从物质结构与物质性质（性能）相互关系的基本规律出发，分析和解决问题。教学大纲教学大纲结构化学教学大纲结构化学教学大纲 一、本课程的目的和任务一、本课程的目的和任务 本课程包括四部分的内容，各部分的内容和基本要求如下：1量子力学基础和原子结构 这部分内容在第一、二章中讲授。要求了解量子力学的基本假设，掌握氢原子的薛定谔方程及求解要点，提高对原子结构的认识，深入理解原子轨道的意义、性质和空间图象。了解多电子原子中心力场近似法及He原子的变分法处理，了解核外电子排布的依据，了解角动量的偶合及原子光谱的意义。二、本课程的基本要求二、本课程的基本要求 这部分内容主要在第三、五、六及十章中讲授。要求重点掌握化学键的三个基本理论：分子轨道理论、价键理论和配位场理论。其中第三章要求了解线性变分法处理H2+和H2，了解共价键本质及典型的双原子分子的电子排布。第五章要求掌握价键理论在多原子分子结构中的应用，了解价电子对互斥理论，了解SP杂化轨道的组成及键角公式。掌握HMO方法及其在共轭分子中的应用，了解前线轨道理论，了解范德华引力等分子间作用力的本质第六章要求掌握配位场理论在配合物结构中的应用，以及s-p 配键配合物和多原子 p 键配合物的结构。在第十章中了解非金属单质的结构，硼烷、氢的结构化学。2化学键理论和分子结构 3点阵理论和晶体结构。这部分内容主要在第七、八、九章中讲授。要求掌握晶体周期性结构的特点及由此特点决定晶体的各种性质。了解单晶、多晶衍射法的基本原理，了解金属、离子化合物、分子化合物等各类晶体结构的基本型式及规律。4分子性质及测定分子和晶体结构的实验方法。这部分内容主要在第三、四、五及七章中讲授。要求根据分子的几何构型确定分子所属的点群，了解群的表示和特征标表的意义。了解偶极矩、磁化率与分子结构的关系。要求着重了解分子光谱、核磁共振谱、X射线衍射等方法所依据的基本原理，以及这些方法在测定结构中的作用和应用范围，为了解与掌握现代化学中的重要实验方法打下初步的基础。绪论绪论 结构化学课程的任务、内容和学习方法结构化学课程的任务、内容和学习方法 第一章第一章 量子力学基础知识量子力学基础知识 （课堂讲授（课堂讲授6 6学时）学时）1 1 微观粒子的运动特征微观粒子的运动特征 2 2 量子力学基本假设量子力学基本假设 3 3 角动量本征方程及其解角动量本征方程及其解 4 箱中粒子的箱中粒子的Schrodinger 方程及其解方程及其解三、讲授大纲、实习内容及学时安排三、讲授大纲、实习内容及学时安排 本课程安排讲授本课程安排讲授5151学时，附有学时，附有“*”“*”的内的内容不作要求。容不作要求。第二章第二章 原子的结构和性质原子的结构和性质 （课堂讲授（课堂讲授8 8学时）学时）1 1 单电子原子的薛定谔方程及其解单电子原子的薛定谔方程及其解2 2 量子数及其意义量子数及其意义3 3 波函数和电子云的图形波函数和电子云的图形4 4 多电子原子的结构多电子原子的结构5 5 元素周期表与元素周期性质元素周期表与元素周期性质6 6 原子光谱原子光谱第三章第三章 双原子分子的结构和性质双原子分子的结构和性质 （课堂讲授（课堂讲授6 6学时）学时）1 1 H2+的结构和共价键的本质的结构和共价键的本质2 2 分子轨道理论分子轨道理论3 3 同核双原子分子的结构同核双原子分子的结构4 4 异核及双原子分子的结构异核及双原子分子的结构5 5 H2分子的结构和价键理论分子的结构和价键理论6 6 分子光谱分子光谱7 7 光电子能谱光电子能谱 第四章第四章 分子的对称性分子的对称性 （课堂讲授（课堂讲授4 4学时）学时）1 对称操作和对称元素2 对称操作群与对称元素的组合3 分子的点群4 分子的偶极矩和极化率5 分子的对称性和旋光性*6 群的表示 第五章第五章 多原子分子的结构和性质多原子分子的结构和性质 （课堂讲授（课堂讲授8 8学时）学时）l l 价电子对互斥理论价电子对互斥理论（VSEPR）2 2 杂化轨道理论和离域分子轨道理论杂化轨道理论和离域分子轨道理论 3 3 休克尔分子轨道法（休克尔分子轨道法（HMO法）法）4 4 离域键和共轭效应离域键和共轭效应 5 5 分子轨道对称性和反应机理分子轨道对称性和反应机理 6 6 硼烷及其有关化合物的结构硼烷及其有关化合物的结构 7 7 非金属元素的结构特征非金属元素的结构特征 8 8 共价键的键长和键能共价键的键长和键能第六章第六章 配位化合物的结构和性质配位化合物的结构和性质 （课堂讲授（课堂讲授6 6学时）学时）l.l.配位场理论要点配位场理论要点2.2.-配键与有关配合物的结配键与有关配合物的结 构和性质构和性质3.3.原子簇化合物的结构与性质原子簇化合物的结构与性质*4*4 物质的磁性和磁共振物质的磁性和磁共振第七章第七章 次级键及超分子结构化学次级键及超分子结构化学 （课堂讲授（课堂讲授0 0学时）学时）1.键价和键的强度键价和键的强度 2.2.氢的结构化学氢的结构化学 3.3.非氢键型次级键非氢键型次级键 4 4 范德华力和范德华半径范德华力和范德华半径 5 5 分子的形状和大小分子的形状和大小 6 6 超分子结构化学超分子结构化学第八章第八章 晶体的点阵结构和晶体的性质晶体的点阵结构和晶体的性质 （课堂讲授（课堂讲授6 6学时）学时）1 1 晶体结构的周期性和点阵晶体结构的周期性和点阵 2 2 晶体的对称性晶体的对称性 3 3 晶体的结构的表达和应用晶体的结构的表达和应用 4 4 晶体的点群和群符号晶体的点群和群符号 5 5 晶体的晶体的X X射线衍射原理射线衍射原理 第九章第九章 金属的结构和性质金属的结构和性质 （课堂讲授（课堂讲授2 2学时）学时）1 1 金属的性质和金属键金属的性质和金属键2 2 球的密堆积和金属单质的结构球的密堆积和金属单质的结构3 3 合金的结构和性质合金的结构和性质4 固体表面的结构和性质固体表面的结构和性质5 5 准晶准晶6 非晶态合金非晶态合金第十章第十章 离子化合物的结构化学离子化合物的结构化学 （课堂讲授（课堂讲授2 2学时）学时）1 1 离子键和点阵能离子键和点阵能 2 2 离子半径离子半径 3 3 离子配位多面体及其连接方式离子配位多面体及其连接方式 4 4 若干典型离子化合物的结构若干典型离子化合物的结构*5*5 硅酸盐的结构化学硅酸盐的结构化学1 1周公度、段连运：周公度、段连运：结构化学基础结构化学基础，北京大学出版社，北京大学出版社，19961996年，第二版。年，第二版。2 2徐光宪、王祥云：物质结构，高徐光宪、王祥云：物质结构，高等教育出版社，等教育出版社，19871987年，第二版。年，第二版。3 3潘道皑、赵成大和郑载兴潘道皑、赵成大和郑载兴:物质结物质结构，高等教育出版社，构，高等教育出版社，19891989年，第二年，第二版版四、推荐教学参考书四、推荐教学参考书4.L.Pauling,EBWilson陈陈洪洪生生译译，量量子子力学导论，科学出版社，力学导论，科学出版社，19645.谢谢有有畅畅，邰邰美美成成，结结构构化化学学，人人民民教教育育出出版社版社,19836.何何福福诚诚，朱朱正正和和，结结构构化化学学，高高等等教教育育出出版社版社,19847.张张乾乾二二，林林连连堂堂，王王南南钦钦，休休克克尔尔矩矩阵阵图图形方法，科学出版社形方法，科学出版社,19838.Cotton著著：群群论论在在化化学学中中的的应应用用，福福建建科技出版社科技出版社,19999.M,Karplus&R.N.Porter:AtomMolecules10.U.Mller.InorganicStructuralChemistry,IohnWilery&SonsLtd,199311.M.Ladd.Introduction to physicalchemistry3rdEdition,CambridgeUniversityPress,199812.W.L.Bragg,Atomic Structure ofminerals13.冯冯端端等等：金金属属物物理理学学(第第一一册册)科科学学出出版版社社,200014.周公度周公度:无机结构化学无机结构化学,科学出版社科学出版社,198215.L.Pauling著，卢嘉锡等译，化学键本质著，卢嘉锡等译，化学键本质（第三版），上海科技出版社（第三版），上海科技出版社,1981考试成绩分布考试成绩分布平时成绩平时成绩(作业作业)：10%期中成绩：期中成绩：2030%期末成绩：期末成绩：6070%考试题型考试题型1.填空题（填空题（20分）分）2.选择题（选择题（10分）分）3.判断题（判断题（10分）分）4.证明题（证明题（20分）分）5.计算题（计算题（20分）分）6.概念题（概念题（20分）分）现代物理化学是研究所有物质体系的化学行为现代物理化学是研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法的学科。捅盖从微观到宏观对的原理、规律和方法的学科。捅盖从微观到宏观对结构与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的结构与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究。它是化学以及在分子层次上研究物质变化的研究