【正文】 天然藥材 其中結構測定和分子設計必須具有扎實的結構化學知識。 2022/7/14 7 在大自然中，豆科植物的根瘤菌在常溫常壓下可以吸收空氣中的 N2固定成 NH3。 緒 論 2022/7/14 6 石墨的導電性改良 緒 論 石墨為層狀結構， C采取 SP2雜化，同層內為六角形結構且在與分子平面垂直的 P軌道上各占一個電子，所以層內導電性能好，層間導電性能差。 2022/7/14 5 意 義 當今化學已進入納米空間、皮秒時間時代，隨著人們對物質微觀結構認識的不斷深入，結構化學的基本理論越來越廣泛地應用于化學的各個領域，特別是在材料、信息、能源等領域。 緒 論 2022/7/14 4 緒 論 三、學習結構化學的目的與意義 目 的 通過本課程的學習 ,培養(yǎng) 學生用微觀結構的觀點分析、解決化學問題的能力。 2022/7/14 3 二、結構化學的地位和特點 ? 結構化學與其它學科的關系 結構化學是其它學科的理論基礎，具有成上啟下的作用。2022/7/14 1 結 構 化 學 湖南人文科技學院化學與材料科學系 吳超富 二○一 ○ 年 八 月 2022/7/14 2 緒 論 一、結構化學研究的主要內容 結構化學是研究原子、分子、晶體的結構以及結構與性質之間關系的科學。 主要包括 : 量子力學基礎知識、原子的結構和性質、分子的結構和性質、化學鍵理論、晶體化學、研究結構的實驗原理和基本方法等內容。 ? 結構化學的特點 新概念多，數(shù)學推導多，系統(tǒng)性強。 培養(yǎng) 學生具有扎實的基礎理論知識，為后續(xù)課程（如有機結構分析，配位化學，高等無機化學，量子化學等）打下良好的理論基礎。 根據(jù)結構決定性能、性能反映結構的相互關系，使化學家有可能對新材料等進行 “ 分子設計 ” 。 為了提高石墨的導電性，往往在其中加入一些鉀原子?；瘜W工作者通過模擬固氮酶對氮的特殊催化作用，使氮活化轉化為氨。 2022/7/14 9 四、主要參考書 緒 論 1. 東北師范大學等 《 結構化學 》 ，高等教育出版社， 2022； 2. 郭用猷 《 結構化學 》 ，山東大學出版社， 1998； 3. 江元生 《 結構化學 》 ，高等教育出版社， 1997； 4. 潘道皚等 《 物質結構 》 （第二版），高等教育出版社， 1989； 5. 倪行，高劍南 《 物質結構學習指導 》 ，科學出版社， 1999； 6. 郭用猷 《 物質結構基本原理 》 ，高等教育出版社， 1987； 7. 周公度等編著 《 結構化學習題解析 》 ，北京大學出版社， 2022。 11 微觀粒子的運動特征 經典物理學能否用來描述微觀粒子的運動狀態(tài) 經典物理學 GibbsBoltzman 統(tǒng)計物理學 Maxwell 電磁理論 Newton 力 學 2022/7/14 11 第一章 量子力學基礎知識 經典物理學無法解釋的三個著名實驗 氫原子光譜實驗 （ 1885年） 黑體輻射實驗 （ 1884年） 光電效應實驗 （ 1887年） 2022/7/14 12 第一章 量子力學基礎知識 一、 黑體輻射和能量量子化 黑體 —— 是指能夠完全吸收照射在其上面各種波長的光而無反射的物體。 實驗得到： 黑體輻射時能量密度按頻率分布的關系曲線。 2022/7/14 15 低頻時，瑞利 金斯曲線與實驗曲線比較吻合；在高頻時，維恩曲線較吻合。 實驗曲線 0 RayleighJeans (瑞利－金斯 )曲線 ?E Wien(維恩 ) 曲線 ?紫外 第一章 量子力學基礎知識 紫外 災難 2022/7/14 16 Planck 第一章 量子力學基礎知識 Planck量子論 1. 黑體是由不同頻率的諧振子組成； 2. 每個諧振子的能量總是某個最小能量單位 ε的整數(shù)倍； ?nE ? ?3,2,1?n因此，黑體輻射時能量是不連續(xù)的、即是量子化的。 第一章 量子力學基礎知識 ? Planck能量量子化假設的提出，標志著量子理論的誕生； 1918年， Planck獲得的諾貝爾物理學獎。 實 驗 現(xiàn) 象 ? 光電子的產生與入射光的頻率有關 ? 光電子的動能與入射光的頻率成正比，而與光的強度無關。稱為該金屬的臨閾頻率才會產生光電子。 3 光與物質作用時，能量守恒，動量守恒。根據(jù)愛因斯坦質能聯(lián)系公式： ?chm ?光子的質量 m和動量 P分別為： ?hp ?2 2mc??2022/7/14 21 光電效應的解釋 第一章 量子力學基礎知識 當一束頻率為 v的光照射到金屬表面時，根據(jù)能量守恒原理，光子的能量 hv 就會被電子所吸收，其中一部分用來克服金屬表面的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面所具有的動能 。 0?hW ?2022/7/14 22 解釋光電效應實驗結果： 當 hv＜ W 時，光子的能量不足以克服逸出功，不發(fā)生光電效應； 當 hv=W 時，光子的頻率即為產生光電效應的臨閾頻率 (v0) ； 當 hv＞ W 時，從金屬中發(fā)射的電子具有一定的動能，它隨 v的增加而增加，與光強無關。 2022/7/14 23 光的波粒二象性 第一章 量子力學基礎知識 波動說 （ Huggens） （ 1690年） 微粒說（ Newton） （ 1680年） 電磁波 （ Maxwell） （ 1865年） 光子說 （ Einstein ） （ 1905年） 光的本質 的認識歷史 光具有波性和粒性的雙重性質 ,稱為 光的波粒二象性 。 光在傳播過程中，例如光的干涉、衍射，波性為主； 光與物質作用時，例如光電效應，光化反應，粒性為主。 ?? h? ?hp ?實物粒子 —— 靜止質量 (m0≠0)的微觀粒子。 2022/7/14 26 第一章 量子力學基礎知識 對于實物粒子 P=mv 與此微粒相適應的波長為： mvhph ??? 德布羅依關系式 實物微粒所具有的波就稱為物質波或德布羅依波。 2022/7/14 27 德布羅依波波長的計算 第一章 量子力學基礎知識 例 1 飛行的子彈 m=102 kg ， v=102 m mmv hph 34234 ???????????解 : 子彈的尺度在 cm數(shù)量級 , 德布羅依波 λ子彈的尺度 ，故其波動性可以忽略。s1， 試確定其德布羅依波長 。 解 : 第一章 量子力學基礎知識 2022/7/14 29 德布羅依波的實驗證實 第一章 量子力學基礎知識 Davtsson和 Germer —— Ni單晶電子衍射實驗 Thomson —— 多晶 電子衍射實驗 2022/7/14 30 第一章 量子力學基礎知識 根據(jù) 電子衍射實驗測得的電子波長與 由德布羅依關系式計算出的電子波長非常吻合。 1929年，德布羅依榮獲諾