1.1 微观离子的运动特征
物理化学-专业词汇中英文对照表
非自发过程 non-spontaneous
平衡 equilibrium 热机 heat engine
不可逆 irreversible 可逆 reversible
3.2 卡诺循环和卡诺定理 Carnot cycles and Carnot’Law
热机效率 efficiency of the heat engine
8.4 可逆电池和可逆电极 Reversible cell and electrode
国际理论和应用化学联合会 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)
化学电源 electrochemical cell
8.5 可逆电池热力学 reversible cell thermodynamics
Carnot 定理 Carnot law
可逆热机 revisable engine
不可逆热机 irreversible engine
冷冻系数 freezing coefficient
3.3 熵的概念 the concept of entropy
熵 entropy
克劳修斯不等式 Clausius inequality
Ideal dilute solution
4.7 相对活度的概念 relative activity
4.8 稀溶液的依数性 colligative properties of the dilute solution
依数性 colligative properties
渗透压 osmotic pressure
第 7 章 化学反应动力学 Chemical Reaction kinetics
7.1 动力学的基本概念 basic concepts of kinetics
1.1 微观粒子的运动特征
Albert Einstein(1879-1955) Nobel Prize 1921
§1.1 从经典力学到早期的量子论
4.光的波粒二象性
“光子学说”表明——光不仅有波动性，且有微粒性， 波粒二象 性 标志光的粒子性的物理量 和 p ，与标志波动性的 和 之间 由普朗克常数定量联系起来：
掌握三二一掌握三二一学习方法学习方法绪论basicknowledgequantummechanics第一章量子力学基础11从经典力学到早期量子论微观粒子的运动特征111黑体辐射和能量量子化112光电效应与光子学说113原子光谱与轨道角动量量子化12量子力学的建立量子力学基本假设121实物微粒的本性1debrogile假设2debrogile波的实验证实122薛定谔方程123物质波的物理意义124不确定原理125量子力学公设量子力学基本假设13定态薛定谔方程的应用箱中粒子的量子特征第一章量子力学基础任何能思考量子力学而又没有被搞得头晕目眩的人都没有真正理解量子力学anyonewhohasbeenshockedquantumphysicshasnielsbohrnielsbohr18851962nobelprize1922经典物理学牛顿newton力学体系麦克斯韦maxwell光电磁学理论玻耳兹曼boltzmann统计力学吉布斯gibbs热力学从十八世纪起物理学迅速发展完善起来逐步成为严谨的经典物理学体系11从经典力学到早期的量子论到了20世纪初出现了一系列的利用经典物理学无法解释的实验现象
17
§1.1 从经典力学到早期的量子论 3.光子学说对光电效应的解释:
光子与电子碰撞时服从能量守恒和动量守恒。
h W E k h 0 1 m 2 2
当频率为 v 的一个光子照射到金属表面时，金属 中的一个电子受到光子撞击，光子消失而将能量 传递给了电子（称光电子），电子吸收了能量： 一部分用来克服金属对它的束缚(W )，另一部 分转换为光电子的动能 1 m 2 。
结构化学教学大纲
课程名称：物质结构授课班级：化学教育03级A班
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云南师范大学化学化工学院教案课程名称：物质结构授课班级：化学教育03级A班
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第一章 原子结构
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1. 2.4 原子轨道的图形
py电子云角度分布图 py原子轨道角度分布图
其它两个p电子云角度分布图形状相同.
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1. 2.4 原子轨道的图形
波函数的角度分布
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1. 2.4 原子轨道的图形
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1.2.2 量子数
角量子数就是描述电子云的不同形状. l取值: n值确定后, l = 0,1,(n-1)正整数. l值 0 1 2 3 4 5 p d f g h l值符号 s 形状 球形 哑铃形 花瓣形 当n值相同时,能量相对高低为ns < np < nd < nf . (3)磁量子数(m): l值相同的电子,具有确定的电子云形状,但可以有不 同的伸展方向. 磁量子数就是描述电子云在空间的伸展方向 .
E E 终 E始 h h
式中h为普朗克常数(6.626×10-34J· s).
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1.1.1玻尔的氢原子模型
例如当氢原子中电子从n=3的轨道跃迁回n=2的轨 道时所发射光的波长为:
hc 6.626 1034 3.00 108 109 = 656.0nm. 19 19 E 2.42 10 ( 5.45 10 )
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1. 2.4 原子轨道的图形
将不同的代入,可求得相应的Y(pz):
(º ) 0
Y ( p z) R
30 0.866R 135
45 0.707R 150
60 0.5R 180 -R
物质结构基础教案
第七章物质结构基础（The Basis of Substance Structure）学习要求1．理解原子核外电子运动的特性；了解波函数表达的意义；掌握四个量子数的符号和表示的意义及其取值规律；掌握原子轨道和电子云的角度分布图。
2．掌握核外电子排布原则及方法；掌握常见元素的电子结构式；理解核外电子排布和元素周期系之间的关系；了解有效核电荷、电离能、电子亲合能、电负性、原子半径的概念。
3．理解化学键的本质、离子键与共价键的特征及它们的区别；理解键参数的意义；掌握O2和F2的分子轨道，理解成键轨道、反键轨道、键、键的概念以及杂化轨道、等性杂化、不等性杂化的概念；掌握价层电子对互斥理论。
4．了解金属键理论；理解分子间作用力的特征与性质；理解氢键的形成及对物性的影响；了解常见晶体类型、晶格结点间作用力及物性；了解离子晶体晶格能、离子极化作用对物性的影响。
在物质世界中，种类繁多的物质，其性质各不相同。
物质在不同条件下表现出来的各种性质，不论是物理性质还是化学性质，都与它们的结构有关。
在第二章，我们主要从宏观(大量分子、原子的聚集体)角度讨论了化学变化中质量、能量变化的关系，解释了为什么有的反应能自发进行而有的则不行。
而从微观的角度上看，化学变化的实质是物质的化学组成、结构发生了变化。
在化学变化中，原子核并不发生变化，而只是核外电子运动状态发生了改变。
因此要深入理解化学反应中的能量变化，阐明化学反应的本质，了解物质的结构与性质的关系，预测新物质的合成等，首先必须了解原子结构，特别是原子的电子层结构的知识以及分子结构与晶体结构的有关知识。
本章将简要介绍有关物质结构的基础知识。
核外电子的运动状态原子的组成自然界中的物体，无论是宏观的天体还是微观的分子，无论是有生命的有机体还是无生命的无机体，都是由化学元素组成的。
到上个世纪40年代，人们已发现了自然界存在的全部92种化学元素，加上用粒子加速器人工制造的化学元素，到二十世纪末总数已达111种。
离子半径变化规律
离子半径变化规律
离子是带电的原子或分子，在化学反应中扮演着重要角色。
离子的大小直接影响着物质的化学性质和反应性。
离子半径的变化是由多种因素影响的，比如原子核电荷数、电子层排布等。
本文将探讨离子半径变化的规律性。
1. 单原子阳离子的离子半径变化
在周期表中，同一周期内的元素形成的阳离子，离子半径随着原子序数的增加而递增，原因在于电子层逐渐增多，电子云外扩，使离子半径变大。
2. 单原子阴离子的离子半径变化
对于同一族元素，不同阴离子的情况，随着电子数的增加，离子半径会逐渐减小。
原因在于增加电荷数量导致电子云受核吸引力增强，电子云收缩。
3. 多原子离子的离子半径变化
多原子离子由多个原子组合而成，其离子半径受到多种因素的影响，例如中心原子核电荷数、外层电子数等。
一般情况下，多原子离子的半径比单原子离子小，原因在于多原子离子中电子云更受核电荷的吸引。
4. 离子半径变化规律的工程实践
在材料科学领域，对离子半径变化规律的深入研究有助于设计開发新型材料。
例如根据阳离子和阴离子的大小差异，可以设计出特定结构的陶瓷材料或燃料电池材料。
综上所述，离子半径变化规律是化学中一个重要且基础的概念。
通过研究离子半径的变化规律，我们能够更深入地理解化学元素之间的相互作用，为材料科学领域的发展提供有益借鉴。
以上是关于离子半径变化规律的基础介绍，希望能对读者有所帮助。
物质结构基础
光有波动性，用表征波动性的波长(λ)和频率(v)描述。1905 年，爱因斯坦
（A.Einstein，1879~1955）受普朗克量子理论的启发提出了光子学说，认为光
子不仅具有能量，而且还具有动量，对一个光子而言，其E和p分别为：
E = hv
（1-1）
·8·
第 1 章 物质结构基础
p = mv = h /λ
速度射出，其德布罗意波长又为若干？
解：普朗克常数h = 6.626×10-34J·s，1J = 1kg·m2·s-2
对于电子，由式 1-3：
λ
=
h mv
=
6.626 ×10−34 ×103 g ⋅ m2 ⋅ s −1 (9.11×10−28 g )(5.97 ×106 m ⋅ s −1 )
=
1.22 ×10−10
在微观世界中，量子化现象是普遍存在的，是微观粒子运动的重要特征。 量子论提出的所谓“连续”或“不连续”的概念，实质上就是量的变化有没 有一个最小单位。在描述宏观物体运动规律性的经典物理学中，许多物理量 是可以连续变化的。例如物体的电量的测量可以为几十库仑或零点几库仑， 仿佛物体的电量可以增减任意一个无穷小量。但从微观角度分析，物体的电
表为牛顿，认为光是一种作直线运动的微粒，不同种光的微粒有不同颜色，
白色是各种微粒的混合结果。波动学说的代表为惠更斯（Christian Huygens，
1629-1695），认为光是一种波，不同波长的光波有不同颜色，白色由各种波长
的光波混合而得。
证明光是粒子的论据有光的吸收、光的发射和光电效应等。证明光的波
在宏观物体中，物理量的量子化特征常常难以觉察出来。例如测出的电 量往往都是最小单位一个电子电量的极大倍数，但对原子、离子等微观粒子 就完全不同了，一个一个的电子电量的增减就不可认为是连续变化了。因此， 不连续性是微观世界的重要特征。
结构化学复习-资料
②会解F方程，了解主量子n，角量子数l，磁量子数m的物理
含义及取值范围；单电子原子的能级公式。 ③屏蔽常数的计算，电离能的计算； ④掌握角动量耦合规则，会推求原子光谱项，会推求基谱项。
第二章 原子的结构和性质
2.1 单电子原子的Schrödinger 方程及其解
ns态 D(r)4r2n2s
径向分布图的讨论
0.6
0.3
☆1s态：核附近D为0；r＝a0时，D极大。表
0 0.24
明在r＝a0附近，厚度为dr的球壳夹层内找
0.16 0.08
到电子的几率要比任何其它地方同样厚度 0
的球壳夹层内找到电子的几率大。
0.24 0.16
0.08
D1,0(r)4r2 1s24(aZ0)3r2e2aZ 0r
的轨道在核附近有较大的几率。可以证
0
0.12
明，核附近几率对降低能量的贡献显著。 0.08
Pb2+ 比 Pb4+, Bi3+ 比 Bi5+的稳定的原因
0.04 0
就是6s电子比6p电子钻得更深可以更好
0.12 0.08
的避免其它电子的屏蔽效应， 6s电子不 0.04
易电离，只电离6p电子。
0 0
1s 2s 2p 3s 3p 3d
径向分布图的讨论
0.6
0.3
0
☆每一n和l确定的状态，有n－l个
0.24 0.16
极大值和n－l－1个D值为0的点。
0.08 0
0.24
Dn.l (r) r2R2n.l (r)
0.16 0.08
2zr
r2(blrl bl1rl1 bn1rn1)2e na0
结构化学基础-1
经典力学，电子与核的电场相互作用，不断向外辐射能量， 电子最后螺旋状落入原子核。原子处在定态，电子在量子化的轨 道上运动，不辐射能量，也没有能量损失，电子自然不会坠毁在 原子核中，原子可以稳定的存在下去。但进一步研究氢光谱的精 细结构和多电子原子的光谱，遇到无法克服的矛盾。 卢瑟福，1871—1937，英国本世纪 最伟大的实验物理学家 之一，放射性和原子结构等方面做出重大的贡献。 1911年提出 原子结构模型，原子由原子核和电子组成，原子核是一个很小的 带正电的核，电子带负电绕核旋转。原子光谱表明，在没有外力 作用，原子不发生辐射；受到光、电作用，只发射自己特有的频 率，而且不会发生连续辐射现象。
质量为0.01kg子弹，运动速度约103m.s-1 ，速度的不确定 程度为其运动速度的1%，位置的不确定程度为 h 6.6 1034 J s 6.6 1033 m P 0.01kg 1% 103 m s-1 电子质量 9×10-31kg。
h 6.6 1034 J s 7.3 105 m P 9.110-31 kg 1% 103 m / s
1.1.4 实物微粒的波粒二象性
德布罗意（de Broglie），1892-1987，法国著名理论物理 学 家，1929年获诺，波动力学的创始人，物质波理论的创立 者，量子力学的奠基人之一。 1924年，法国年轻的物理学家德布罗意大胆地提出光子说 h 不仅对光实用，也适用于其它微粒。即 E hv 和 p 也适用于电子和其它实物微粒。1927年戴维逊和革末的单晶电 子衍射实验电子衍射实验和汤姆逊多晶证实了德布罗意提出的 假设。 h h h 德布罗意波长 p h P m 2m eV 物质波反映微粒出现的概率，也称为概率波或统计波。 波粒二象性是微观粒子的基本特性，微观粒子包括静止质量 为零的光子，静止质量不为零的实物微粒，如电子、质子、 原子和分子。
量子力学基础知识
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
上一内容
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 . 算符、本征方程及其解 4 . 势箱中自由粒子的薛定谔方程及其解
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十九世纪末的物理学
结构化学基础课程使用的教材
结 构 化 学
第 4 版
周公度,段连运 编
北京大学出版社
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结构化学
《结构化学》 是进入微观世界的通行证， 是解剖物质结构的手术刀， 是搭建化学键的指挥官， 是解析谱图的翻译器， 是研制新材料的设计师， 是化学教学的催化剂， 是化学研究的显微镜和探照灯……
1.1.1 黑体辐射和能量量子化
黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐 射的物体。带有一微孔的空心金属球，非常接近于黑体， 进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射、使射入 的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发 出辐射，极小部分通过小孔逸出。黑体是理想的吸收体， 也是理想的发射体。
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主讲教师：吕申壮 教授 授课学时：60 参考书：
1.厦门大学化学系物构组，《结构化学》，科学出版社，2004年. 2.江元生，《结构化学》，高等教育出版社，1997年. 3.谢有畅 邵美成，《结构化学》，第二版，人 民教育出版社，1983年.
学分：3
4. 徐光宪、王祥云，《物质结构》，第二版，高等教育出版社，1987年 . 5. 周公度、段连运，《结构化学基础（第3版）习题解析》，北京大学出版社，2002年第一版. 6. 周公度，《结构和物性：化学原理的应用》，高等教育出版社，2000年第一版。
微观粒子的运动
1911 年 英国人卢瑟福（Rutherford） 进行 粒子散射实验， 提出原子的有核模型
1913 年 丹麦人玻尔（Bohr） 提出玻尔理论， 解释氢原子光谱
5. 1 微观粒子运动的特殊性
5. 1. 1 波粒二象性 1924 年，法国年轻的物理学家 德 • 布罗意（de Broglie） 指出：
mc h
用 p 表示动量，则 p = mc， 故有公式
p h
p h
式子的左侧动量 p 是表示粒
子性的物理量，而右侧波长 是
表示波动性的物理量。
二者通过公式联系起来。
德 • 布罗意认为具有动量 p 的
微观粒子，其物质波的波长为 ，
h
p
1927 年，德 • 布罗意的预言 被电子衍射实验所证实，这种物 质波称为德 • 布罗意波。
h 的数量级约为 10－4 m2•s－1， m 这在微观世界是很大的数字。
问题的关键就在于电子的质量 非常小，m = 9.1110－31 kg
h ＝ 6.626 10－34 J·s 对于质量较大的宏观物体，不 确定原理没有实际意义。
例如 子弹， m = 10 g， h 的数量级为 10－32 m2•s－1 m
解常微分方程 f ´( x ) = 2 x
则
f ( x ) = x2
确切说应为一组函数 f ( x ) = x2 + C
C 为常数。 解常微分方程，结果是一组
单变量函数；
偏微分方程的解则是一组多变 量函数。如
F ( x，y，z ) 等
波函数 就是一系列多变量
函数，经常是三个变量的函数。
2 2 2 8 2m (E V ) 0
《离子》 知识清单
《离子》知识清单一、什么是离子在化学世界中，离子是一个非常重要的概念。
简单来说，离子就是原子或分子失去或获得电子后形成的带电粒子。
我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的。
原子核带正电荷，核外电子带负电荷。
在正常情况下，原子中的质子数（即原子核中的正电荷数）与电子数（即核外电子所带的负电荷数）相等，所以原子整体呈电中性。
然而，当原子在某些条件下失去或获得电子时，质子数和电子数不再相等，原子就会变成离子。
如果原子失去电子，它所带的正电荷数就会大于负电荷数，形成带正电荷的离子，称为阳离子；反之，如果原子获得电子，负电荷数大于正电荷数，就形成带负电荷的离子，称为阴离子。
例如，钠原子（Na）的核外电子排布是 2、8、1，最外层只有 1 个电子，这个电子相对容易失去。
当钠原子失去一个电子后，就变成了钠离子（Na⁺），钠离子带有一个单位的正电荷。
而氯原子（Cl）的核外电子排布是 2、8、7，最外层有 7 个电子，容易获得 1 个电子达到稳定结构。
当氯原子获得一个电子后，就变成了氯离子（Cl⁻），氯离子带有一个单位的负电荷。
二、离子的形成过程离子的形成通常与原子的电子得失有关。
这个过程可以通过多种方式发生。
一种常见的方式是在化学反应中。
当两种或多种原子相互作用时，为了达到更稳定的结构，它们会发生电子的转移。
例如，在氯化钠（NaCl）的形成过程中，钠原子失去一个电子变成钠离子，氯原子获得一个电子变成氯离子，然后钠离子和氯离子通过静电作用结合在一起，形成离子化合物氯化钠。
另一种方式是在电离过程中。
当物质受到外界能量的作用，如高温、电场或辐射等，原子中的电子可以获得足够的能量摆脱原子核的束缚，从而形成离子。
例如，在电解质溶液中，电解质在水分子的作用下发生电离，产生自由移动的离子，从而能够导电。
三、离子的表示方法为了方便表示离子，我们使用特定的符号和数字来描述它们。
对于阳离子，我们在元素符号右上角标注所带的正电荷数，例如钠离子写作 Na⁺，镁离子写作 Mg²⁺。
《离子》 知识清单
《离子》知识清单一、什么是离子在化学的世界里，离子是一个非常重要的概念。
简单来说，离子就是原子或分子由于得失电子而形成的带电粒子。
我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的。
原子核带正电荷，核外电子带负电荷，正常情况下，原子中质子数（即原子核中的正电荷数）与电子数相等，所以原子整体呈电中性。
但在某些情况下，原子会失去或得到电子，这时候质子数和电子数就不再相等，从而形成了带电的离子。
如果原子失去电子，那么它就会带有正电荷，称为阳离子；如果原子得到电子，它就会带有负电荷，称为阴离子。
举个例子，钠原子（Na）的原子序数是 11，其核外电子排布为 2、8、1。
在化学反应中，钠原子容易失去最外层的 1 个电子，形成带正电荷的钠离子（Na⁺）。
而氯原子（Cl）的原子序数是 17，核外电子排布为 2、8、7，容易得到 1 个电子形成带负电荷的氯离子（Cl⁻）。
二、离子的形成过程离子的形成通常与原子的最外层电子数有关。
一般来说，当原子的最外层电子数少于 4 个时，在化学反应中容易失去电子，形成阳离子。
比如金属元素，像钠（Na）、钾（K）、钙（Ca）等，它们的原子在反应中往往会失去最外层的电子，从而形成带正电的阳离子。
当原子的最外层电子数多于 4 个时，在化学反应中容易得到电子，形成阴离子。
比如非金属元素，像氯（Cl）、氧（O）、硫（S）等，它们的原子在反应中容易获得电子，形成带负电的阴离子。
对于最外层电子数为 8 个（氦为 2 个）的原子，它们的结构相对稳定，在一般条件下不易得失电子。
以镁（Mg）和氧（O）的反应为例，镁原子的最外层电子数是 2，容易失去这 2 个电子，形成带 2 个正电荷的镁离子（Mg²⁺）；氧原子的最外层电子数是 6，容易得到 2 个电子，形成带 2 个负电荷的氧离子（O²⁻）。
最终，镁离子和氧离子相互结合形成氧化镁（MgO）。
三、离子的表示方法为了方便表示离子，我们有特定的符号和写法。
1.1 微观离子的运动特征
（1）德布罗依（De Brogile）假设
实物微粒也具有波性。 实物微粒所具有的波就称为物质波或德布罗依波。
De Brogile
德布罗依（De Brogile）关系式（假设）
E h
u
p h
1-5
h h p mv
Sinф =OC / OA= λ/D
x方向电子的位置不确定量为：Δx=D x方向的分动量px的不确定量为： p x p sin
h h x x
px x h
考虑二级衍射： p x x h
上式说明动量的不确定程度乘坐标的不确定程度不小于一常数h. 表明微观粒子不能同时有确定的坐标和动量，当它的某个坐标确 定的越准确，其相应的动量就越不准确，反之亦然。
光电效应的解释
将频率为v的光照射到金属上，当金属中的一个电子受
到一个光子的作用时，产生光电效应，光子消失，并把它
的能量传给电子。电子吸收的能量，一部分用于克服金属 对它的束缚力，其余部分则变为电子的动能
1 2 h W EK h 0 mv 2
函数，它等于hv0； EK 是电子的动能。
大小相当于分子大小的数量级，说明原子和分子中电子
运动的波效应是重要的。
但对于宏观粒子，与其大小相比，波效应是微小的。
（3）De Brogile 波的实验证实
当V=102～104V时，从理论上已估算出电子德布罗依波 长为1.2～0.12Å，与x光相近（0.1～100 Å），用普通的光 学光栅（周期 Å）是无法检验出其波动性的。
1-2
W 是电子逸出金属所需要的最低能量，称为脱出功或功
地大大学化学作业A1
9. 某化学反应在等温等压（25℃、101325Pa）下进行，放热 41.84kJ，假定在相同条件 下使反应通过可逆电池来完成，这时放热 8.37kJ。
（1） 计算该反应的S； （2） 当反应按前一过程进行时，计算环境的熵变及大孤立系统的熵变，并判断过程
是否自发进行； （3） 计算系统可能做的最大功。
3. 把 100℃、101.325kPa 下的水向真空蒸发为同温同压下的水蒸气，已知水的汽化热为
41kJmol-1，则ΔS（系）__109.9 J K 1 ____，ΔS(总) __8.314 J K 1 ，ΔG_=0_。
4. 在外压恒定为 101325 kPa，温度恒定为10℃时，发生相变过程 H2O ( l ) H2O ( s )，
4.1mol 水在 100℃，101.325kPa 下向真空蒸发，变成 100℃，101.325kP 的水蒸汽，试
计 算 此 过 程 的 S系、S环、S总 ， 并 判 断 此 过 程 是 否 自 发 过 程 。 已 知 水 的 蒸 发 热
gl
H
Ο m
40.67kJ mol1 。
5.恒温恒压下将 1mol H2 与 1mol O2 混合，计算此过程的熵变。设 H2 与 O2 为理想气体。
5．与人体血液具有相同渗透压的葡萄糖水溶液，其凝固点比纯水降低 0.543℃，求此葡 萄糖水溶液的质量百分比和血液的渗透压？（已知 M r (葡萄糖) 180 ，水的凝固点降低常数 K f 1.86K mol1 kg ，葡萄糖水溶液的密度近似为1.0kg dm 3 ）
第三部分 热力学第二定律
(A)大于；
(B)小于
(C)等于；
(D)不能确定。
( A )5. 对恒沸混合物的描写，下列各种叙述中哪一种是不正确的？ (A) 与化合物一样，具有确定的组成； (B) 恒沸混合物的组成随压力的改变而改变； (C) 平衡时，气相和液相的组成相同； (D) 其沸点随外压的改变而改变。
结构化学
楚雄师范学院化学与生命科学系化学专业结构化学（理论）课程教学大纲一、课程基本信息课程代码 032306004课程中文名称结构化学课程英文名称Struatural Chemistry课程性质专业选修课程使用专业化学教育开课学期第六学期总学时34总学分 2预修课程普通化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理课程简介本课程是化学教育专业第四学年开设的一门必修课程，34学时，2学分。
它是一门在原子、分子水平上讨论物质微观结构的课程。
它以量子化学为基础，结合无机化学、有机化学的实验事实，讨论原子、分子的化学键理论。
主要内容包括四大部分：量子力学基础、原子结构、分子结构（双原子、多原子分子）、晶体结构（金属、离子晶体）。
教材建议：周公度、段连运等编《结构化学基础》（第四版）。
北京大学出版社参考书1、林梦海、林银钟等编《结构化学基础》 2005年，高等教育出版社。
2、夏树伟、夏少武主编《简明结构化学学习指导》化学工业出版社20043、周公度、段连运等编《结构化学基础习题解》北京大学出版社二、课程性质、目的及总体教学要求课程的基本特性结构化学是一门在原子、分子水平上讨论物质微观结构的课程。
它是以量子化学为基础，结合无机化学、有机化学的实验事实，讨论原子、分子有化学键理论。
主要内容包括四大部分：量子力学基础、原子结构、分子结构（双原子、多原子分子）、晶体结构（金属、离子晶体）。
教材注重介绍结构化学的基本原理，同时也反映结构化学的新成就、新进展。
本书主要内容：量子力学基础、原子结构、分子对称性与点群、双原子分子、多原子分子结构、晶体学基础、金属和合金结构、离子化合物等内容。
课程的教学目的：要求学生在掌握无机化学、有机化学、分析化学等专业基础课程和高等数学、大学物理、线性代数等公共课程基础上再进行学习。
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样决定分子的几何构型，并表现出独特的物理与化学性质。
高中化学知识点总结离子
高中化学知识点总结离子离子是高中化学课程中的重要概念，它们是构成物质的基本微粒之一。
离子是指带电的原子或分子，通常分为阳离子和阴离子。
阳离子是失去电子而带有正电荷的原子或分子，而阴离子则是获得电子而带有负电荷的原子或分子。
离子的形成和性质是高中化学教学中的核心内容，下面将对这一主题进行详细的总结。
# 1. 离子的形成离子的形成通常是通过化学反应实现的，这个过程涉及到电子的转移。
当一个原子或分子失去或获得一个或多个电子时，就会形成带电的离子。
例如，钠原子失去一个电子后形成带正电的钠离子（Na⁺），氯原子获得一个电子后形成带负电的氯离子（Cl⁻）。
1.1 离子键离子键是一种电荷相互吸引的力，它在离子之间形成。
当一个正离子和一个负离子接近时，它们之间的电荷吸引会导致它们结合在一起，形成离子化合物。
例如，钠离子和氯离子通过离子键结合形成氯化钠（NaCl）。
1.2 电离电离是指物质在吸收足够能量后释放出电子，从而形成离子的过程。
这通常在高温或在电解质溶液中发生。
例如，水在高温下可以电离成氢离子（H⁺）和氢氧根离子（OH⁻）。
# 2. 离子的性质离子的性质主要取决于它们的电荷和原子核的正电荷。
离子的电荷决定了它们与其他离子的相互作用，而原子核的正电荷则影响了离子的大小和反应活性。
2.1 电荷密度电荷密度是指离子的电荷与其体积的比值。
电荷密度高的离子反应活性更强，因为它们更容易与其他离子或分子发生相互作用。
2.2 溶解性离子的溶解性是指它们在溶剂中的分散程度。
水是最常见的溶剂，水分子能够与离子形成水合离子，从而增加离子的溶解度。
例如，NaCl 在水中溶解，形成水合钠离子和水合氯离子。
# 3. 离子反应离子反应是指涉及离子的化学反应。
这些反应通常发生在溶液中，因为离子必须在溶液中自由移动才能相互作用。
3.1 置换反应置换反应是一种离子反应，其中一个元素的离子被另一个元素的离子所取代。
例如，铜离子（Cu²⁺）可以置换出锌离子（Zn²⁺）的位置，形成新的化合物。
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出， 发射电磁辐射的能力比同
温度下的任何其它物体强 ； 理想的吸收体与发射体。
实验结论: 辐射能量密度按波长分布的曲线，其形状和位置只
与黑体的绝对温度有关，与空腔的形状及组成的物
质无关； 随着温度的升高，同一频率辐射的能量增大，辐射 能量最大值向高频移动。
T=1500K T=1000K
E ：黑体在单位时间、 单位表面积上辐射 的能量
大小相当于分子大小的数量级，说明原子和分子中电子
运动的波效应是重要的。
但对于宏观粒子，与其大小相比，波效应是微小的。
（3）De Brogile 波的实验证实
当V=102～104V时，从理论上已估算出电子德布罗依波 长为1.2～0.12Å，与x光相近（0.1～100 Å），用普通的光 学光栅（周期 Å）是无法检验出其波动性的。
实物微粒是指静止质量不为零的微观粒子（m0≠0）。 如电子、质子、中子、原子、分子等。
（1）德布罗依（De Brogile）假设
实物微粒也具有波性。 实物微粒所具有的波就称为物质波或德布罗依波。
De Brogile
德布罗依（De Brogile）关系式（假设）
E h
u
p h
1-5
h h p mv
的突出一些。
光具有波粒二象性，即在一些场合光的行为像粒子，在另 一些场合光的行为像波。
光的波粒二象性 光的本质认识历史:
以Newton为代表的微粒说（1680年）
以 Huygens为代表的波动说（1690年）
Maxwell在十九世纪证明光是一种电磁波
Einstein在二十世纪初提出光具有波粒二象性
谐振子的辐射能量 E只能是 的整倍，即
Planck
E = n0 = nhv n=0,1,2…称为量子数。
能量量子 化 v是谐振子的频率，
h=6.626×10-34J.s , 称为普朗克常数
Planck解释
假设： III.各能量状态的线性谐振子遵从麦克 斯韦 - 玻尔兹曼分布规律，即能量为 nhv的振子出现的概率为 - nh 。
第1章 量子力学基础知识
1. 微观粒子(光子，实物粒子)的运动特征
2.
3.
量子力学基本假设
量子力学处理微观体系实例
1.1 微观粒子的运动特征 1.1.1 黑体辐射与普朗克（Planck）量子假设
黑体是指几乎能全部吸收各种波长入射光线辐射的物体。
类黑体物质：单微孔空心金属球。
进入金属球小孔的辐射全部 被吸收； 当空腔受热时，空腔壁会发 出辐射，极小部分通过小孔逸
1-2
W 是电子逸出金属所需要的最低能量，称为脱出功或功
1 2 h W EK h 0 mv 2
上式解释了光电效应实验的全部结果：
1-2
当hv＜W 时，光子没有足够的能量使电子逸出金属，不发生
光电效应；
当hv=W 时，这时的频率为产生光电效应的临阈频率(v0) ；
当hv＞W 时，从金属中发射的电子具有一定的动能，它随v的
光电效应
经典物理学
光波能量与强度成正比，
与频率无关
只有当照射光的频率超 过某个最小频率时，金属 光强度足够，任何频率 的光都能产生光电子 电子的动能将随光强度 的增强而增大
才能发射光电子，
随着光强的增加，发射 的电子数目增加，但不影
响光电子的动能。
增加光的频率，光电子 的动能也随之增加。 电子的动能与频率无关
Einstein光子学说
1 光是一束光子流，每一种频率的光的能量都有
一个最小单位，称为光的量子或光子，光子的
能量与光子的频率成正比，即 ε=hv Einstein
2 光子不但有能量(ε)，还有质量(m)，但光子的静止质量为零。
按相对论的质能联系定理ε=mc2,光子的质量m =εc-2 = hvc-2 ,所 以不同频率的光子有不同的质量 3 4 光子具有一定的动量，p=mc=hv/c=h/λ 光的强度取决于单位体积内光子的数目，即光子的密度
黑体辐射
能量 量子化
1.1.2 光电效应与爱因斯坦(Einstein)光子学说 光电效应
当光照射到阴极K上时，使阴极上金属中 的一些自由电子的能量增加，逸出金属表 面，产生光电子。实验事实是：
A
K
G
V
阴极K是镀有金属或金属 氧化物的玻璃泡内壁， 玻璃泡内抽成真空 阳极A是金属丝网。
只有当照射光的频率超过某个最小频率 ν0 (临阈频率)时，金属才能发射光电子； 不同金属的ν0不同。 随着光强的增加，发射的电子数目增加， 但不影响光电子的动能。 增加光的频率，光电子的动能也增加。
E
经典物理学方法解释 Rayleigh-Jeans（瑞利-金斯）公式
8 E ( , T ) 3 c
Wien（维恩）公式
2
kT
只适用于长波部分，引出了“紫外灾难”的争论
E( , T ) c1 exp(c2 / T )
3
只适用于短波部分
经典物理学无法解释
Planck解释
假设： I. 黑体中的原子、分子看作带电线性谐 振子，作简谐振动， II.线性谐振子吸收或发射辐射的能量是 不连续的，辐射能量的最小单位为 0=hν，0 被称为能量子。
方向的动量分量。
同理
h x p x 4 h y p y 4 h z p z 4
1-8
Heisenberg
x
P A O
A ф
x
P
e
y
O
C
ф
单缝衍射，单缝宽度D 第一极小值P点：从A点出发的波和从O点出发的波到达P点所走的路程相差 半个波长，即OC=λ/2
例2
质量为0.01kg的子弹，运动速度为1000ms-1，若速度的
不确定程度为其运动速度的1%，求其位置的不确定度
h 6.6 10 x 6.6 1033 m mv 0.011000 1%
34
位置的不确定度∆ x如此之小，与子弹的运动路程相 比，完全可以忽略。因此，可以用经典力学处理。
p h
1-6
p m
p2 E 2m
c
p mc
E pc
E
实物粒子
光 子
E
E h
E h
de Broglie波的传播速度为相速度u, 不等于粒子运动速度v; 它可以在真空中传播，因而不是机械波；它产生于所有带电 或不带电物体的运动，因而也不是电磁波。
（2）德布罗波波长的估算
1-7
对电子等实物微粒，其德布罗依波长具有Å数量级， 是由加速电子运动的电场电势差决定的。
例
求以1.0×106m· s-1的速度运动的电子的de Broglie波波长。 λ=
h mv
=（6.6×10-34J· s）/(9.1×10-31kg×1.0×106m· s-1) = 7×10-10m = 7Å
可分别计算出衍射电子的波长λ。
两种方法的计算结果非常吻合。
Thomson 多晶电子衍射实验
电子在金钒多晶上的 衍射
由花纹的半径及底片到衍射源之间的距离等数值，也 可以求出。都证明实验结果与理论推断一致。
（4） De Brogile 波的统计解释
1926年，玻恩（Born）提出实物微粒波的
统计解释。他认为：在空间任何一点上波的强
px h 6.6 1034 J s 11 vx 15 6.6 10 m/ s 8 m mx 10 kg 10 m
比起微尘运动的一般速度（10-2m.s-1）是完全可以忽略
的，至于质量更大的宏观物体，Δv就更小了。由此可见，
可以认为宏观物质同时具有确定的位置和动量，因而服 从经典力学规则。
• 微观粒子在某些条件下表现出粒子性，在某些条
件下表现出波动性，二两种性质虽寓于同一体中，
却不能同时表现出来，
• 少女？ • 老妇？
1.1.4 不确定原理（uncertainty principle）
因为实物微粒具有波粒二象性，从微观体系得到的信息会
受到某些限制。例如一个粒子不能同时具有确定的坐标和相同
增加而增加，与光强无关。但增加光的强度可 增加光束中单位体积内的光子数，因此增加发 射电子的数目。
光的波粒二象性
光电效应：光子 干涉、衍射：光波
与光的传播有关的现象，如干涉，衍射和偏振，光的波动 性表现的突出一些； 光与实物相互作用的有关现象，如光的反射（原子光谱）， 吸收（光电效应，吸收光谱）和散射等现象，光的粒子性表现
戴维逊实验——单晶 镍（C.J.Davtsson） 汤姆逊实验——金-钒 多晶（G.P.Thomson）
戴维逊单晶电子衍射实验
电子在单晶金上的衍射
对Dovissn和Germer单晶电子衍射实验，由布拉格（Bragg） 方程 2dh k l sin hkl n 和
12.26 V
Sinф =OC / OA= λ/D
x方向电子的位置不确定量为：Δx=D x方向的分动量px的不确定量为： p x p sin
h h x x
px x h
考虑二级衍射： p x x h
上式说明动量的不确定程度乘坐标的不确定程度不小于一常数h. 表明微观粒子不能同时有确定的坐标和动量，当它的某个坐标确 定的越准确，其相应的动量就越不准确，反之亦然。
动量为p的自由微粒，在电势差为V的加速电场中运动，当它的运 动速度比光速小得多时（c）
E 1 m 2 eV 2
h h h p mv 2meV 6.626 1034 2 9.111031 1.602 1019 V 1.226 12.26 109 (m) A V V