结构化学 南开大学 张宏伟 课件
合集下载
结构化学课件第四章第一节
任何一个可约表示，总可以找到合适的矩阵 S
经相似变换成相应的对角方块化矩阵，如：
r11 r12 0 0 0
S 1D Ri
S
D ' Ri
r21 0
0
r22 0 0
0 r33 0
0 0 r44
0
0
r45
0 0 0 r54 r55
此变换过程称，约化
特征标表
顶行，群的共轭类及其所含对称操作数
左列，群的各个不可约表示的符 号
按维数分成四种：一维，A和B；二维，E；三维，T 按主轴Cn的对称操作效果分成两种：对称为A；反对称为B 按垂直于主轴的C2或σv 对称操作效果分成两种：对称为1；反对称为2 按σh对称操作的效果分成两种：对称为′；反对称为〞 按 i 对称操作效果分成两种：对称为g；反对称为u
可约表示的特征标等于由其约化出的各不可约表示特征标的和
R ai i R
i
跑标 i 遍及各不可约表示
a i 第 i 个不可约表示在此可约表示中出现的次数
且有
ai
1 h
R
R i
R
1 h
L
nL
L
i
L
nL 共轭类 L 所含对称操作个数
5.4 对称性匹配函数的构造
对称性（在点群某对称操作下两个H原子动了），要组合改造。
组合两个H原子的1s, 1sa ,1sb , 点群各对称操作矩阵在该基下的特征标是：
C21
1sa 1sb
1sb 1sa
y
z 0 0 1 z z
结构化学PPT课件
1 c1 o.5 0 s o 4 0 0.20
解得： c22 0.20
c2 0.45
c1210.80 c1 0.89
据此，可计算出H2O 中，两个孤对电子所在轨道的成分 （ α=0.30 ，β＝0.7）,夹角（θ=115.4o ）
CHENLI
19
例 2. NH 3
实验测定 NH3 分子属C3v 点群。3个 N—H 键 中 s 、p 成分相同。∠HNH=107.3o。
D∞h D3h Td
D4h D3h C4v Oh
CO2 , N3BF3 , SO3
CH4
Ni(CN)42PF5 IF5 SF6
CHENLI
13
• 杂化轨道满足正交性、归一性
例： i aisbip
由归一性可得： i *id1 ai2 bi2 1
由正交性可得： i*jd0
i j
★根据这一基本性质，考虑杂化轨道的空间分布及 杂化前原子轨道的取向，就能写出杂化轨道中原子轨道的 组合系数。
b0 .5p 5 x0 .7Cp H0 y EN L0 I .4s5
18
若不需区分 px 和 py ,只需了解杂化轨道中 s成分和 p 成分，
可按
cos 计算夹角。
对于 H2O 中的 O 原子只有 s 轨道和 p 轨道参加杂化。
设 s 成分为 α， p 成分β=1- α
则：
1 c o s 0
y H
0 .6c 1 1 p x 0 .7c 1 9 p y c2 s
根据原子轨道正交、归一条件，可得： 解之，得 c12 0.80 c1 0.89
x
{ c12 c22 1 0 .62c 1 1 2 0 .72c 9 1 2 c 2 2 0
南开大学结构化学精品课件-第2章
Nankai University
《结构化学》第二章 原子结构
Sir Joseph John Thomson
1897年发现电子(1906年物理奖) Cambridge Cavendish Lab.主任 学生中7 Nobel 获奖者
1911年建立原子模型 (1908年化学奖) Cavendish Lab. 主任(1919) 学生中超过11人 获Nobel奖
实数解 1 2(1 1 ) 1 cos
1 1 2 ei 1 2 cos i sin
sin 1 1 2 i (1 1 ) 1 sin
函数 m( )
m 0 1 1 2 2 3 3
Nankai University
2.1.4 方程的解及角量子数l
sin d d sin d d 2 2 sin m
Legendre)
化为联属勒让德(Associated 方程，具有已知解 有满足合格条 件的解
l (l 1)
l 0,1, 2,3... l | m |
对于给定的l m=0, ±1, …±l
( ) CPl m (cos )
|m|
与量子数 l, m 有关
|m| l |m| 1 d 2 2 l Pl (cos ) l (1 cos ) 2 (cos 1) 联属勒让德函数 2 l! d cos l |m|
l 为角量子数 (angular momentum quantum number)
2
1 2 1 1 2 2 Ze2 r 2 r r r r 2 sin θ θ sin θ θ r 2 sin 2 θ 2 r,θ, 2 E 4πε r r,θ, 0 0
《结构化学》课件
《结构化学》ppt课件
contents
目录
• 结构化学简介 • 原子结构与性质 • 分子的电子结构与性质 • 晶体结构与性质 • 结构化学实验结构化学的定义
总结词
结构化学是一门研究物质结构与 性质之间关系的科学。
详细描述
结构化学主要研究原子的排列方 式、电子分布和分子间的相互作 用，以揭示物质的基本性质和行 为。
晶体的电导率、热导率等性质取决于其内 部结构，不同晶体在这些方面表现出不同 的特性。
晶体的力学性质
晶体材料的应用
晶体的硬度、韧性等力学性质与其内部原 子排列密切相关，这些性质决定了晶体在 不同工程领域的应用价值。
晶体材料广泛应用于电子、光学、激光、 半导体等领域，如单晶硅、宝石等。了解 晶体的性质是实现这些应用的关键。
分子的选择性
分子的选择性是指分子在化学反应中对反应物的选择性和对产物的选择性。选择性强的分 子可以在特定条件下优先与某些反应物发生反应，产生特定的产物。
04
晶体结构与性质
晶体结构的基础知识
晶体定义与分类
晶体是由原子、分子或离子在空 间按一定规律重复排列形成的固 体物质。根据晶体内部原子、分 子或离子的排列方式，晶体可分 为七大晶系和14种空间点阵。
电子显微镜技术
• 总结词：分辨率和应用 • 电子显微镜技术是一种利用电子显微镜来观察样品的技术。相比光学显微镜，
电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，因此可以观察更细微的结构 和组分。 • 电子显微镜技术的分辨率一般在0.1~0.2nm左右，远高于光学显微镜的分辨 率（约200nm）。因此，电子显微镜可以观察到更小的晶体结构、病毒、蛋 白质等细微结构。 • 电子显微镜技术的应用范围很广，例如在生物学领域中，可以用于观察细胞、 病毒、蛋白质等生物样品的结构和形态；在环境科学领域中，可以用于观察污 染物的分布和形态；在材料科学领域中，可以用于观察金属、陶瓷、高分子等 材料的表面和断口形貌等。
contents
目录
• 结构化学简介 • 原子结构与性质 • 分子的电子结构与性质 • 晶体结构与性质 • 结构化学实验结构化学的定义
总结词
结构化学是一门研究物质结构与 性质之间关系的科学。
详细描述
结构化学主要研究原子的排列方 式、电子分布和分子间的相互作 用，以揭示物质的基本性质和行 为。
晶体的电导率、热导率等性质取决于其内 部结构，不同晶体在这些方面表现出不同 的特性。
晶体的力学性质
晶体材料的应用
晶体的硬度、韧性等力学性质与其内部原 子排列密切相关，这些性质决定了晶体在 不同工程领域的应用价值。
晶体材料广泛应用于电子、光学、激光、 半导体等领域，如单晶硅、宝石等。了解 晶体的性质是实现这些应用的关键。
分子的选择性
分子的选择性是指分子在化学反应中对反应物的选择性和对产物的选择性。选择性强的分 子可以在特定条件下优先与某些反应物发生反应，产生特定的产物。
04
晶体结构与性质
晶体结构的基础知识
晶体定义与分类
晶体是由原子、分子或离子在空 间按一定规律重复排列形成的固 体物质。根据晶体内部原子、分 子或离子的排列方式，晶体可分 为七大晶系和14种空间点阵。
电子显微镜技术
• 总结词：分辨率和应用 • 电子显微镜技术是一种利用电子显微镜来观察样品的技术。相比光学显微镜，
电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，因此可以观察更细微的结构 和组分。 • 电子显微镜技术的分辨率一般在0.1~0.2nm左右，远高于光学显微镜的分辨 率（约200nm）。因此，电子显微镜可以观察到更小的晶体结构、病毒、蛋 白质等细微结构。 • 电子显微镜技术的应用范围很广，例如在生物学领域中，可以用于观察细胞、 病毒、蛋白质等生物样品的结构和形态；在环境科学领域中，可以用于观察污 染物的分布和形态；在材料科学领域中，可以用于观察金属、陶瓷、高分子等 材料的表面和断口形貌等。
结构化学课件第四章
0 x 0 y 1 z
y ' C ( ) y sin
x z
1 0 y y
Cn轴通过原点和 z 轴重合的 k 次对称操作的表示矩阵为：
2 k n 2 k k Cn sin n 0 cos sin 2 k n 2 k cos n 0 0 0 1
Structural Chemistry
“点操作”。 对称操作和对称元素是两个相互联系的不同概念，
对称操作是借助于对称元素来实现，而一个对称元 素对应着一个或多个对称操作。
Structural Chemistry
第四章 分子的对称性
对称操作的矩阵表示： 各种操作相当于坐标变换。将向量（x，y，z）变为
（x ׳，y ׳，z）׳的变换，可用下列矩阵方程表达：
x'
a
b e h
c f i
x y z
y' d z' g
图形是几何形式 矩阵式代数形式
Structural Chemistry
第四章 分子的对称性
六种对称元素和对称操作
（1）恒等元素（E）和恒等操作 （2）旋转轴（Cn）和旋转操作
（3）镜面σ和反映操作
（4）对称中心（i）和反演操作
（5）像转轴（Sn）和旋转反映操作
操作：不改变分子中各原子间距离使
分子几何结构发生位移的一种动作。
对称操作：每次操作都能产生一个
和原来图形等价的图形，通过一次 或几次操作使图形完全复原。
对称元素：实现对称操作所依赖的几 何要素（点、线、面及组合）。
Structural Chemistry
第四章 分子的对称性
分子中的对称操作共有六类，与此相应的 对称元素也有六类。它们的符号差别仅仅是对 称操作符号头顶上多一个Λ形的抑扬符^，就像
《结构化学》PPT课件
(2)反键轨道具有和成键轨道相似的性质，每一轨道也可 按Pauli不相容原理、 能量最低原理和Hund规则安排电子， 只不过能级较相应的成键轨道高，轨道的分布形状不同。
(3)在形成化学键的过程中，反键轨道并不都是处于排斥 的状态，有时反键轨道和其他轨道相互重叠，也可以形成 化学键，降低体系的能量，促进分子稳定地形成。利用分 子轨道理论能成功地解释和预见许多化学键的问题，反键 轨道的参与作用常常是其中的关键所在，在后面讨论分子 的化学键性质时，将会经常遇到反键轨道的作用问题。
方程
i i
ii
分子体系总能量 E = ∑Ei
2．分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合(li near combination of atomic orbitals， LCAO)而成。
由n个原子轨道组合可得到n个分子轨道，线性组合 系数可用变分法或其它方法确定。由原子轨道形成 的分子轨道，能级低于原子轨道的称为成键轨道， 能级高于原子轨道的称为反键轨道，能级等于或接 近原子轨道的一般为非键轨道。 3．两个原子轨道要有效地组合成分子轨道，必须满 足对称性匹配，能级相近和轨道最大重叠三个条件。 其中对称性匹配是先决条件，其它影响成键的效率。 4．分子中电子按 Pauli不相容原理、 能量最低原 理和Hund规则排布在MO上
三键 三键
CO、NO的电子组态分别如下： CO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 ] NO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 (2π)1 ]
CO :
CO与N2是等电子体，
一样也是三重键：一个σ键， 二个π键，但是与N2分子不 同的是有一个π键为配键， 这对电子来自氧原子。(如 右图所示）CO作为一种配 体，能与一些有空轨道的 金属原子或离子形成配合 物。例如同ⅥB，ⅦB和Ⅷ 族的过渡金属形成羰基配 合物：Fe（CO)5、Ni(CO)4 和Cr(CO)6等。
(3)在形成化学键的过程中，反键轨道并不都是处于排斥 的状态，有时反键轨道和其他轨道相互重叠，也可以形成 化学键，降低体系的能量，促进分子稳定地形成。利用分 子轨道理论能成功地解释和预见许多化学键的问题，反键 轨道的参与作用常常是其中的关键所在，在后面讨论分子 的化学键性质时，将会经常遇到反键轨道的作用问题。
方程
i i
ii
分子体系总能量 E = ∑Ei
2．分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合(li near combination of atomic orbitals， LCAO)而成。
由n个原子轨道组合可得到n个分子轨道，线性组合 系数可用变分法或其它方法确定。由原子轨道形成 的分子轨道，能级低于原子轨道的称为成键轨道， 能级高于原子轨道的称为反键轨道，能级等于或接 近原子轨道的一般为非键轨道。 3．两个原子轨道要有效地组合成分子轨道，必须满 足对称性匹配，能级相近和轨道最大重叠三个条件。 其中对称性匹配是先决条件，其它影响成键的效率。 4．分子中电子按 Pauli不相容原理、 能量最低原 理和Hund规则排布在MO上
三键 三键
CO、NO的电子组态分别如下： CO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 ] NO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 (2π)1 ]
CO :
CO与N2是等电子体，
一样也是三重键：一个σ键， 二个π键，但是与N2分子不 同的是有一个π键为配键， 这对电子来自氧原子。(如 右图所示）CO作为一种配 体，能与一些有空轨道的 金属原子或离子形成配合 物。例如同ⅥB，ⅦB和Ⅷ 族的过渡金属形成羰基配 合物：Fe（CO)5、Ni(CO)4 和Cr(CO)6等。
2015年《结构化学》电子课件 孙宏伟PPT Chap9 结构测定理论基础
A1A2 =2
h=2
A1
B1
A2 B2
A1B1 =/2
抵消
衍射强度与原子种类有关，即与原子的散射因子有 关，与各原子的分数坐标有关，与衍射方向有关。
《结构化学》第九章 分子、晶体结构测定方法理论基础 Nankai University
对空间点阵的劳埃方程有:
标量式 a(cos cos0) = h b(cos cos0) = k c(cos cos0) = l 矢量式 a· (S S0) = h b· ( S S0 ) = k c· ( S S0 ) = l h, k, l = 0, 1, 2, ... ...
《结构化学》第九章 分子、晶体结构测定方法理论基础 Nankai University
9.1.3 衍射强度与晶胞中原子的分布
1. 原子散射因子f 电子散射：
P 原生X射线 O r
O点放一个电子，距O为r的P点处的次生X射线的强度 设为 Ie 。若 O 点处 Z 个点电荷，则 P 点处的次生 X 射线 的强度为 I Ze=I e Z2
2. 晶胞散射因子
把O点放一个晶胞，则在衍射方向上散射次生X衍射的强度
Ic =Ie |F(hkl)|2 |F(hkl)|叫晶胞散射因子(叫结构振幅) Fhkl叫结构因子
分析晶胞内原子散射次生 X 射线的迭加情况，可以理 解晶胞的衍射强度即晶胞散射因子与什么有关。 设有一直线点阵：点阵的基本周期为a，一个结构基 元含2个原子A和B，B的坐标在a/4处
h k l为衍射指标，代衍射方向(与晶面指标不同， 不一定是互质的)
h=2 h=1 h=0 h=1 h=2 底片
h=1 h=0
h=1
《结构化学》第九章 分子、晶体结构测定方法理论基础 Nankai University
h=2
A1
B1
A2 B2
A1B1 =/2
抵消
衍射强度与原子种类有关，即与原子的散射因子有 关，与各原子的分数坐标有关，与衍射方向有关。
《结构化学》第九章 分子、晶体结构测定方法理论基础 Nankai University
对空间点阵的劳埃方程有:
标量式 a(cos cos0) = h b(cos cos0) = k c(cos cos0) = l 矢量式 a· (S S0) = h b· ( S S0 ) = k c· ( S S0 ) = l h, k, l = 0, 1, 2, ... ...
《结构化学》第九章 分子、晶体结构测定方法理论基础 Nankai University
9.1.3 衍射强度与晶胞中原子的分布
1. 原子散射因子f 电子散射：
P 原生X射线 O r
O点放一个电子，距O为r的P点处的次生X射线的强度 设为 Ie 。若 O 点处 Z 个点电荷，则 P 点处的次生 X 射线 的强度为 I Ze=I e Z2
2. 晶胞散射因子
把O点放一个晶胞，则在衍射方向上散射次生X衍射的强度
Ic =Ie |F(hkl)|2 |F(hkl)|叫晶胞散射因子(叫结构振幅) Fhkl叫结构因子
分析晶胞内原子散射次生 X 射线的迭加情况，可以理 解晶胞的衍射强度即晶胞散射因子与什么有关。 设有一直线点阵：点阵的基本周期为a，一个结构基 元含2个原子A和B，B的坐标在a/4处
h k l为衍射指标，代衍射方向(与晶面指标不同， 不一定是互质的)
h=2 h=1 h=0 h=1 h=2 底片
h=1 h=0
h=1
《结构化学》第九章 分子、晶体结构测定方法理论基础 Nankai University
2015年《结构化学》电子课件 孙宏伟PPT Chap6 分子对称性
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
6.2.3 对称元素的组合规律
• 当一个分子中有多种对称元素同时存在时，可根据对 称操作乘法关系证明，当两个对称元素按某种相对位 置同时存在时，必定能推导出第三个对称元素，这叫 对称元素的组合。
一个Cn轴包含n个旋转操作 ： ˆ ,C ˆ 2, C ˆ 3 , , C ˆ n1, E ˆ C
n n n n
C2轴 C4轴
ˆ, E ˆ C 2 ˆ ,C ˆ 2, C ˆ 3, E ˆ C 4 4 4 ˆ2 C ˆ C 4 2 ˆ3 C ˆ C 6 2 ˆ2 C ˆ C ˆ4 C ˆ2 C 6 3 6 3
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
ˆ 旋转角等于基转角的旋转操作表示为：C n ˆ 操作得到 C ˆ2 相继两次进行 C n n ˆ n (C ˆ )n E ˆ (恒等操作) 旋转角等于基转角n倍的旋转操作 C n n
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
旋转轴与镜面的组合 当分子中存在着一个Cn轴，及一个通过Cn轴的镜面时, 则必有n个镜面通过该Cn轴，两相邻镜面的夹角为360/2n。
NH3
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
1.
2. 3. 4.
Nankai University
6.2.2 群的乘法表
C2v
ˆ E ˆ E ˆ C
ˆ E ˆ C
ˆ C 2 ˆ C
2
ˆ xz ˆ xz
ˆ yz ˆ yz
ˆ xz ˆ C
6.2.4 如何找出分子中全部独立的对称元素
《结构化学》第六章 分子对称性
6.2.3 对称元素的组合规律
• 当一个分子中有多种对称元素同时存在时，可根据对 称操作乘法关系证明，当两个对称元素按某种相对位 置同时存在时，必定能推导出第三个对称元素，这叫 对称元素的组合。
一个Cn轴包含n个旋转操作 ： ˆ ,C ˆ 2, C ˆ 3 , , C ˆ n1, E ˆ C
n n n n
C2轴 C4轴
ˆ, E ˆ C 2 ˆ ,C ˆ 2, C ˆ 3, E ˆ C 4 4 4 ˆ2 C ˆ C 4 2 ˆ3 C ˆ C 6 2 ˆ2 C ˆ C ˆ4 C ˆ2 C 6 3 6 3
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
ˆ 旋转角等于基转角的旋转操作表示为：C n ˆ 操作得到 C ˆ2 相继两次进行 C n n ˆ n (C ˆ )n E ˆ (恒等操作) 旋转角等于基转角n倍的旋转操作 C n n
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
旋转轴与镜面的组合 当分子中存在着一个Cn轴，及一个通过Cn轴的镜面时, 则必有n个镜面通过该Cn轴，两相邻镜面的夹角为360/2n。
NH3
Nankai University
《结构化学》第六章 分子对称性
1.
2. 3. 4.
Nankai University
6.2.2 群的乘法表
C2v
ˆ E ˆ E ˆ C
ˆ E ˆ C
ˆ C 2 ˆ C
2
ˆ xz ˆ xz
ˆ yz ˆ yz
ˆ xz ˆ C
6.2.4 如何找出分子中全部独立的对称元素
结构化学第二章.ppt
****说明**** （1）比较p1p1 和p2 的谱项。 （2）一个技巧： 2个等价电子的L+S=偶数规则。 （3）获得等价电子组态的谱项比不等价电子 组态的谱项难。 （4）P4（如O）与P2谱项相同。
四、光谱支项（level）和光谱支项的推求 光谱支项（ ） 1、光谱支项的定义和意义 光谱支项的定义和意义 原子中的静电相互作用。原子中还存在 各种磁相互作用，其中最重要的是自旋-轨 道相互作用，其它的要弱得多，这里只考 虑自旋-轨道相互作用。 自旋-轨道相互作用与总轨道角动量和 总自旋角动量的大小和相对取向有关。 v v v 通过总角动量 J = L + S 来体现。 记做2S+1LJ
例2：s1s1： （4） （= 3+1） ：
3、各种原子的光谱项的推求 、 （1）一般过程 根据给定电子组态下各个电子的li和si,依据 前面的两方法求出原子的量子数L和S。 （2）等价电子和不等价电子 不等价电子 价电子：即有两个电子分别位于不同的 价电子 亚层， 或是n或l不同，或者两者都不同。 等价电子，即电子在同一亚层，或是有相同 等价电子 的n和l
2、光谱支项的推求 光谱支项的推求
例1：3P谱项 有L=2, S=1，所以J可为2,1,0，从而给出三个 光谱支项
3P 、3P 、3P 。 0 1 2
例2：3S谱项 有L=0, S=1，所以J可为1，从而给出1个光谱支 项
3S 1
例 3：钠D线(3p 3s的跃迁)的精细结构，两 条谱线波长相差6Ǻ。
二、各种角动量量子数的确定办法 （角动量的耦合规则 ）
1、方法1： 由原子中各电子的m和 mS求得原子的 ML MS。
M L = ∑ mi
i
M s = ∑ ( ms ) i
南开大学结构化学精品课件-第3章
使用变分法可以在不解 Schrö dinger方程的情况下， 解得体系的基态能量及波函数。变分法是量子力学中最 常用的两种近似方法之一(另一种为微扰法)。
氢分子体系求解
1927年海特勒-伦敦 当时实验值： 1968年Kolos与Wolniewicz 1970年，G. Herzberg实验 MP2/6-31G MP2/6-311++G (3df,2pd) MP4(SDQ)/aug-cc-pvtz CID/aug-cc-pvqz CISD(T)/aug-cc-pv5z 解离能(eV) 3.14 4.74 4.7467 4.7467 4.018 4.4906 4.6810 4.7277 4.7416 键长(Å)
1 2
e
im
ra rb R
ra rb R
m=0, 1, 2, …
L()与M()为无穷级数，因此没有代数式。 电子能量只与m2有关，除m=0外，电子能级 都是双重简并的
Energy/hcRH
1.4 1.2 1.0
4
=|m|
符号
0
1
2
3
4
0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0
W ˆ H d
*
d E 0
*
通常选择具有相同边界条件的一个适当的合格试探函 数，它包含若干个参数(c1,c2,…cn)。根据变分法原理,用数 学中极小值的求法, 通过求E/c1=0, E/c2=0, ..., E/cn=0, 确定c1,c2,…cn的取值, 使 所表示的体系状态为最佳。 线性变分法
A B d B A d S B A
W (cA 2 cA cB S cB ) cA H
结构化学 南开大学 张宏伟 课件
Nankai University
一、结构化学研究的主要内容
在原子、分子水平上讨论物质的性质与电子结构 和空间结构间的关系 • 绪论 • • • • • 第一章 量子力学基础 第二章 原子结构 第三章 共价键理论 第四章 HMO理论 第五章 计算化学 • • • • • 第六章 分子对称性 第七章 晶体学基础 第八章 金属和离子晶体 第九章 结构测定方法 模型实习
Compton
I. Langmuir, M. Planck, M. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, C.E. Guye, C.T.R. Wilson, O.W. Richardson. P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L.V. de Broglie, M.Born, N. Bohr. A. Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, E. Herzen, T. De Donder, E. Schroedinger, E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R. H. Fowler, L. Brillouin.
1. 量子力学(QM—Quantum Mechanics)
普朗克(1858-1947, Max Karl Ernst Ludwig Planck) 因发现能量子(量子理论)获1918年Nobel 物理奖 爱因斯坦(1879-1955, Albert Einstein) 因在数学物理方面的成就，特别是发现了光电 效应规律，获1921 年Nobel物理奖 尼尔斯·玻尔(1885-1962, Niels Henrik David Bohr) 因原子结构和原子辐射的研究 ,获 1922 年Nobel 物理奖 德布罗意(1892-1987, Louis Victor De Broglie) 因发现电子的波动性，获1929年Nobel物理奖
一、结构化学研究的主要内容
在原子、分子水平上讨论物质的性质与电子结构 和空间结构间的关系 • 绪论 • • • • • 第一章 量子力学基础 第二章 原子结构 第三章 共价键理论 第四章 HMO理论 第五章 计算化学 • • • • • 第六章 分子对称性 第七章 晶体学基础 第八章 金属和离子晶体 第九章 结构测定方法 模型实习
Compton
I. Langmuir, M. Planck, M. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, C.E. Guye, C.T.R. Wilson, O.W. Richardson. P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L.V. de Broglie, M.Born, N. Bohr. A. Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, E. Herzen, T. De Donder, E. Schroedinger, E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R. H. Fowler, L. Brillouin.
1. 量子力学(QM—Quantum Mechanics)
普朗克(1858-1947, Max Karl Ernst Ludwig Planck) 因发现能量子(量子理论)获1918年Nobel 物理奖 爱因斯坦(1879-1955, Albert Einstein) 因在数学物理方面的成就，特别是发现了光电 效应规律，获1921 年Nobel物理奖 尼尔斯·玻尔(1885-1962, Niels Henrik David Bohr) 因原子结构和原子辐射的研究 ,获 1922 年Nobel 物理奖 德布罗意(1892-1987, Louis Victor De Broglie) 因发现电子的波动性，获1929年Nobel物理奖
南开大学本科结构化学课件绪论
安装施工员(水暖方向)的专业 基础知识、岗位知识和专业实
务
汇报人：XXX
目录
01 专 业 基 础 知 识 02 岗 位 知 识 03 专 业 实 务
01
专业基础知识
建筑构造与材料
建筑构造：了解建筑物的构成和设计原理，包括基础、墙体、楼板、屋顶等部分的构造 方式和相互关系。
材料知识：熟悉建筑材料的基本性质和适用范围，如混凝土、钢材、木材等，以及材料 的选用原则和注意事项。
设计、施工、维护等。
建筑排水系统：包括污水、 废水、雨水及特殊污水的 排放和处理，以及排水系 统的设计、施工、维护等。
建筑采暖系统：包括热水、 蒸汽、地暖等各种采暖方 式的设计、施工、维护等。
建筑通风与空调系统：包 括空调、通风、洁净室等 各种环境控制系统的设计、
施工、维护等。
02
岗位知识
水暖施工工艺与流程
建筑制图与识图：能够读懂建筑施工图纸，了解图纸上的符号和标注含义，并能根据图 纸进行施工。
施工工艺与流程：掌握建筑施工的基本工艺和流程，包括施工前的准备工作、施工过程 中的技术要求和质量标准等。
建筑图纸的识读与绘制
图纸类型：介绍建筑图纸 的种类和用途，如平面图、
立面图、剖面图等。
图纸组成：说明建筑图纸 的组成部分，如标题栏、
掌握水暖施工过程中的环，掌握灭火器材的使用方
法
遵守施工现场安全规定，正 确使用安全防护用品
掌握施工现场的应急救援知 识，及时处理突发事故
水暖施工质量控制与验收
施工前准备：对施工图纸 进行审查，确保符合国家
及地方相关规范要求
材料质量控制：对进场材 料进行质量检查，确保符
合设计要求和相关标准
施工过程控制：按照施工 工艺和流程进行施工，确
务
汇报人：XXX
目录
01 专 业 基 础 知 识 02 岗 位 知 识 03 专 业 实 务
01
专业基础知识
建筑构造与材料
建筑构造：了解建筑物的构成和设计原理，包括基础、墙体、楼板、屋顶等部分的构造 方式和相互关系。
材料知识：熟悉建筑材料的基本性质和适用范围，如混凝土、钢材、木材等，以及材料 的选用原则和注意事项。
设计、施工、维护等。
建筑排水系统：包括污水、 废水、雨水及特殊污水的 排放和处理，以及排水系 统的设计、施工、维护等。
建筑采暖系统：包括热水、 蒸汽、地暖等各种采暖方 式的设计、施工、维护等。
建筑通风与空调系统：包 括空调、通风、洁净室等 各种环境控制系统的设计、
施工、维护等。
02
岗位知识
水暖施工工艺与流程
建筑制图与识图：能够读懂建筑施工图纸，了解图纸上的符号和标注含义，并能根据图 纸进行施工。
施工工艺与流程：掌握建筑施工的基本工艺和流程，包括施工前的准备工作、施工过程 中的技术要求和质量标准等。
建筑图纸的识读与绘制
图纸类型：介绍建筑图纸 的种类和用途，如平面图、
立面图、剖面图等。
图纸组成：说明建筑图纸 的组成部分，如标题栏、
掌握水暖施工过程中的环，掌握灭火器材的使用方
法
遵守施工现场安全规定，正 确使用安全防护用品
掌握施工现场的应急救援知 识，及时处理突发事故
水暖施工质量控制与验收
施工前准备：对施工图纸 进行审查，确保符合国家
及地方相关规范要求
材料质量控制：对进场材 料进行质量检查，确保符
合设计要求和相关标准
施工过程控制：按照施工 工艺和流程进行施工，确
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Nankai University
爱因斯坦 玻尔 德布罗意 海森堡 泡利 狄拉克 乌仑贝克 古兹米特 薛定谔 波恩
Nankai University
光量子假说 原子结构模型 电子波动性 创立量子力学 泡利不相容原理 相对论量子力学 电子自旋假设 电子自旋假设 波动量子力学
26岁(1905年) 28岁(1913年) 31岁(1923年) 24岁(1925年) 24岁(1924年) 25岁(1927年) 25岁(1925年) 23岁(1925年) 39岁(1926年)
1. 量子力学(QM—Quantum Mechanics)
普朗克(1858-1947, Max Karl Ernst Ludwig Planck) 因发现能量子(量子理论)获1918年Nobel 物理奖 爱因斯坦(1879-1955, Albert Einstein) 因在数学物理方面的成就，特别是发现了光电 效应规律，获1921 年Nobel物理奖 尼尔斯·玻尔(1885-1962, Niels Henrik David Bohr) 因原子结构和原子辐射的研究 ,获 1922 年Nobel 物理奖 德布罗意(1892-1987, Louis Victor De Broglie) 因发现电子的波动性，获1929年Nobel物理奖
亨利·布拉格(1862-1942, William Henry Bragg) 劳伦斯·布拉格(1890-1971, William Lawrence Bragg) 用X衍射研究晶体结构, 1915年Nobel物理奖
Nankai University
巴克拉(1877-1944, Charles G. Barkla) 发现元素的次级 X射线标识—原子核电荷决定原 子在元素周期表中的位置。 1917年物理奖 西格班(1886-1978, Karl M. Siegbahn) 在X射线光谱学方面的研究 1924年物理奖
0.2
反键分子轨道
0.1 0.0
-0.1 0 2
成键分子轨道
4 6 8 10
R (a.u.)
Nankai University
• I.
量子力学基础：结构化学的理论基础，微观 粒子的运动规律、本质 微观粒子的运动特征 量子力学基本概念 量子力学的理论体系 量子力学一般应用方法
(x) n=4
II. 量子力学基本假设 III. 量子力学的简单运用
结构化学
孙宏伟
• Email: sunhw@ • 服务器：http://202.113.231.157
Nankai University
绪
论
一、结构化学研究的主要内容 二、结构化学发展历史与Nobel奖 三、学习结构化学的重要性 四、结构化学的特点及学习方法 五、学习要求 六、参考书
Good theoretical models provide guidance for experimental researchers and save them time. Fukui's and Hoffmann's theories are milestones in the development of our understanding of the course of chemical reactions.
1981年获Nobel化学奖
Nankai University
科恩(1923-, Walter Kohn) 因发展密度泛函理论
1998年Nobel化学奖
DFT方法是当今最为常用的量子化学方法之一。它比基 于波函数的一些现代方法更简单，所以可用于大分子 计算。目前，可以用来处理几百个原子的体系。DFT已 引起量子化学的第二次革命，没有 Kohn 的先驱性工作 这是决不可能的。 波普尔(1925-2004 John Anthony Pople) 因发展量子化学的计算方法 30年前，量子化学的努力被许多化学家嘲笑为无用的 事情，影响很小。当今已完全不同了，毫无疑问，人 们已认识到了量子化学的用处和巨大威力。这种突破 是最近一二十年化学中最主要的发展之一。在这些做 出突破贡献的众多科学家中，Pople是最重要和取决定 性作用的代表。Pople已成为大师级创造者，他使化学 家采用量子化学方法连同他们的实验仪器作为日常工 具成为可能。
Nankai University
恩斯特(1933–, Richard R. Ernst) 发展高分辨核磁共振波谱学方法, 1991年化学奖 维特里希(1938-, Kurt Wüthrich) 发展核磁技术以及溶液中生物大分子三维 结构的测定, 2002年化学奖 保罗· C·劳特伯
(1929-, Paul C. Lauterbur)
1s
0.4
D(r)
2p 2s
0.2
3d
3p
3s
0.0
0
5
10
15
r/a0
20
25
Nankai University
• 分子结构 I. 共价键本质 II. 双原子分子结构 III. HMO IV. 分子对称性 分子体系量子化学方法 分子轨道理论 量子化学入门 群论及应用
Nankai University
( x, y )
2
n x x n y y sin sin ab a b
Nankai University
• 核心内容: 电子结构——描述电子运动状态的波函数 空间结构——分子和晶体在空间的排布
0.4
E1 E2 Exp
0.3
Energy (a.u.)
+
-
+
-
| (x)| E4=16E1
2
n=3
+
-
+
E3=9E1
n=2 n=1 0
+ + x
-
E2=4E1 E1= l 0 x l h
2 2
8ml
Nankai University
• 原子结构：研究原子的电子结构和性质 I. 单电子原子的结构 薛定谔方程精确解 近似解 多电子原子状态 II. 多电子原子结构 III. 原子光谱
Nankai University
• 研究对象： 原子、分子和晶体的微观结构、运 动规律以及结构和性质之间关系。
66
3p
4dz2
Nankai University
• 理论与技术基础：量子力学和现代分析测试仪器
2 2 V ( x, y, z ) E ( x, y, z ) 2m
2) 核磁技术和应用
斯特恩(1888-1969, Otto Stern) 测量质子磁矩 1943年物理奖 拉比(1898-1988, Isidor I. Rabi ) 共振方法测定原子核磁性, 1944年物理奖 布洛赫(1905-1983, Felix Bloch) 珀塞尔(1912-1997, Edward M. Purcell) 用感应法高精度测量磁矩，发展了核磁精密测 量方法。NMR 1952 年物理奖 卡斯特勒 Alfred Kastler, 1902-1984 发现和发展研究原子中核磁共振的光学 方法 1966年物理奖
Compton
I. Langmuir, M. Planck, M. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, C.E. Guye, C.T.R. Wilson, O.W. Richardson. P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L.V. de Broglie, M.Born, N. Bohr. A. Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, E. Herzen, T. De Donder, E. Schroedinger, E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R. H. Fowler, L. Brillouin.
Nankai University
海森伯(1901-1976,Werner Heisenberg) 因创立量子力学和应用该理论发现氢 的同位素1932 年获Nobel物理奖 薛定谔(1887-1961, Erwin Schrödinger) 发现原子理论的有效新形式波动力学 狄拉克(1902-1984,Paul Advien Maurice Dirac) 相对论性的波动力学方程 1933 年获Nobel物理奖 泡利(1900-1958, Wolfgang Pauli) 发现Pauli不相容原理,1945年获Nobel物理奖 波恩(1882-1970, Max Born) 量子力学基础研究，特别是波函数的统计 解释, 1954年获Nobel物理奖
Nankai University
3. 研究物质结构的实验方法对人们了解和掌握微 观世界的运动规律有重要的作用，在这方面也有 许多重要的发现/发明改变了人们的认识 。
Nankai University
1) X射线衍射法
伦琴(1845-1923,Wilhelm Conrad Röntgen ) 发现X射线, 1901年Nobel物理奖 劳厄(1879-1960,Max Theodor Felix Von Laue) 发现X射线在晶体中的衍射,1914年Nobel物理奖
波函数的概率解释 45岁(1927年)
2. 量子化学(QC — Quantum Chemistry)
鲍林(1901-1994, Linus Carl Pauling) 因对化学键本质的研究并用以阐明复杂物质的 结构,1954年Nobel化学奖, 1962年Nobel和平奖 马利肯(1896-1986, Robert Sanderson Mulliken) 因在分子化学键和电子结构方面的奠基性工 作—分子轨道理论, 1966年获Nobel化学奖 福井谦一(1918-1998, Fukui Kenichi) 前沿轨道理论 霍夫曼(1937-, Roald Hoffmann) 分子轨道对称守恒原理
爱因斯坦 玻尔 德布罗意 海森堡 泡利 狄拉克 乌仑贝克 古兹米特 薛定谔 波恩
Nankai University
光量子假说 原子结构模型 电子波动性 创立量子力学 泡利不相容原理 相对论量子力学 电子自旋假设 电子自旋假设 波动量子力学
26岁(1905年) 28岁(1913年) 31岁(1923年) 24岁(1925年) 24岁(1924年) 25岁(1927年) 25岁(1925年) 23岁(1925年) 39岁(1926年)
1. 量子力学(QM—Quantum Mechanics)
普朗克(1858-1947, Max Karl Ernst Ludwig Planck) 因发现能量子(量子理论)获1918年Nobel 物理奖 爱因斯坦(1879-1955, Albert Einstein) 因在数学物理方面的成就，特别是发现了光电 效应规律，获1921 年Nobel物理奖 尼尔斯·玻尔(1885-1962, Niels Henrik David Bohr) 因原子结构和原子辐射的研究 ,获 1922 年Nobel 物理奖 德布罗意(1892-1987, Louis Victor De Broglie) 因发现电子的波动性，获1929年Nobel物理奖
亨利·布拉格(1862-1942, William Henry Bragg) 劳伦斯·布拉格(1890-1971, William Lawrence Bragg) 用X衍射研究晶体结构, 1915年Nobel物理奖
Nankai University
巴克拉(1877-1944, Charles G. Barkla) 发现元素的次级 X射线标识—原子核电荷决定原 子在元素周期表中的位置。 1917年物理奖 西格班(1886-1978, Karl M. Siegbahn) 在X射线光谱学方面的研究 1924年物理奖
0.2
反键分子轨道
0.1 0.0
-0.1 0 2
成键分子轨道
4 6 8 10
R (a.u.)
Nankai University
• I.
量子力学基础：结构化学的理论基础，微观 粒子的运动规律、本质 微观粒子的运动特征 量子力学基本概念 量子力学的理论体系 量子力学一般应用方法
(x) n=4
II. 量子力学基本假设 III. 量子力学的简单运用
结构化学
孙宏伟
• Email: sunhw@ • 服务器：http://202.113.231.157
Nankai University
绪
论
一、结构化学研究的主要内容 二、结构化学发展历史与Nobel奖 三、学习结构化学的重要性 四、结构化学的特点及学习方法 五、学习要求 六、参考书
Good theoretical models provide guidance for experimental researchers and save them time. Fukui's and Hoffmann's theories are milestones in the development of our understanding of the course of chemical reactions.
1981年获Nobel化学奖
Nankai University
科恩(1923-, Walter Kohn) 因发展密度泛函理论
1998年Nobel化学奖
DFT方法是当今最为常用的量子化学方法之一。它比基 于波函数的一些现代方法更简单，所以可用于大分子 计算。目前，可以用来处理几百个原子的体系。DFT已 引起量子化学的第二次革命，没有 Kohn 的先驱性工作 这是决不可能的。 波普尔(1925-2004 John Anthony Pople) 因发展量子化学的计算方法 30年前，量子化学的努力被许多化学家嘲笑为无用的 事情，影响很小。当今已完全不同了，毫无疑问，人 们已认识到了量子化学的用处和巨大威力。这种突破 是最近一二十年化学中最主要的发展之一。在这些做 出突破贡献的众多科学家中，Pople是最重要和取决定 性作用的代表。Pople已成为大师级创造者，他使化学 家采用量子化学方法连同他们的实验仪器作为日常工 具成为可能。
Nankai University
恩斯特(1933–, Richard R. Ernst) 发展高分辨核磁共振波谱学方法, 1991年化学奖 维特里希(1938-, Kurt Wüthrich) 发展核磁技术以及溶液中生物大分子三维 结构的测定, 2002年化学奖 保罗· C·劳特伯
(1929-, Paul C. Lauterbur)
1s
0.4
D(r)
2p 2s
0.2
3d
3p
3s
0.0
0
5
10
15
r/a0
20
25
Nankai University
• 分子结构 I. 共价键本质 II. 双原子分子结构 III. HMO IV. 分子对称性 分子体系量子化学方法 分子轨道理论 量子化学入门 群论及应用
Nankai University
( x, y )
2
n x x n y y sin sin ab a b
Nankai University
• 核心内容: 电子结构——描述电子运动状态的波函数 空间结构——分子和晶体在空间的排布
0.4
E1 E2 Exp
0.3
Energy (a.u.)
+
-
+
-
| (x)| E4=16E1
2
n=3
+
-
+
E3=9E1
n=2 n=1 0
+ + x
-
E2=4E1 E1= l 0 x l h
2 2
8ml
Nankai University
• 原子结构：研究原子的电子结构和性质 I. 单电子原子的结构 薛定谔方程精确解 近似解 多电子原子状态 II. 多电子原子结构 III. 原子光谱
Nankai University
• 研究对象： 原子、分子和晶体的微观结构、运 动规律以及结构和性质之间关系。
66
3p
4dz2
Nankai University
• 理论与技术基础：量子力学和现代分析测试仪器
2 2 V ( x, y, z ) E ( x, y, z ) 2m
2) 核磁技术和应用
斯特恩(1888-1969, Otto Stern) 测量质子磁矩 1943年物理奖 拉比(1898-1988, Isidor I. Rabi ) 共振方法测定原子核磁性, 1944年物理奖 布洛赫(1905-1983, Felix Bloch) 珀塞尔(1912-1997, Edward M. Purcell) 用感应法高精度测量磁矩，发展了核磁精密测 量方法。NMR 1952 年物理奖 卡斯特勒 Alfred Kastler, 1902-1984 发现和发展研究原子中核磁共振的光学 方法 1966年物理奖
Compton
I. Langmuir, M. Planck, M. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, C.E. Guye, C.T.R. Wilson, O.W. Richardson. P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L.V. de Broglie, M.Born, N. Bohr. A. Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, E. Herzen, T. De Donder, E. Schroedinger, E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R. H. Fowler, L. Brillouin.
Nankai University
海森伯(1901-1976,Werner Heisenberg) 因创立量子力学和应用该理论发现氢 的同位素1932 年获Nobel物理奖 薛定谔(1887-1961, Erwin Schrödinger) 发现原子理论的有效新形式波动力学 狄拉克(1902-1984,Paul Advien Maurice Dirac) 相对论性的波动力学方程 1933 年获Nobel物理奖 泡利(1900-1958, Wolfgang Pauli) 发现Pauli不相容原理,1945年获Nobel物理奖 波恩(1882-1970, Max Born) 量子力学基础研究，特别是波函数的统计 解释, 1954年获Nobel物理奖
Nankai University
3. 研究物质结构的实验方法对人们了解和掌握微 观世界的运动规律有重要的作用，在这方面也有 许多重要的发现/发明改变了人们的认识 。
Nankai University
1) X射线衍射法
伦琴(1845-1923,Wilhelm Conrad Röntgen ) 发现X射线, 1901年Nobel物理奖 劳厄(1879-1960,Max Theodor Felix Von Laue) 发现X射线在晶体中的衍射,1914年Nobel物理奖
波函数的概率解释 45岁(1927年)
2. 量子化学(QC — Quantum Chemistry)
鲍林(1901-1994, Linus Carl Pauling) 因对化学键本质的研究并用以阐明复杂物质的 结构,1954年Nobel化学奖, 1962年Nobel和平奖 马利肯(1896-1986, Robert Sanderson Mulliken) 因在分子化学键和电子结构方面的奠基性工 作—分子轨道理论, 1966年获Nobel化学奖 福井谦一(1918-1998, Fukui Kenichi) 前沿轨道理论 霍夫曼(1937-, Roald Hoffmann) 分子轨道对称守恒原理