物质结构教学大纲

物质结构教学大纲

第一部分大纲说明

一、课程的性质

结构化学是化学本科专业必修基础理论课程。结构化学主要研究原子、分子及晶体的结构以及它们与物质的物理、化学性质的关系。

二、课程的任务与目的

本课程主要讲述研究物质结构的理论和实验方法。主要目的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，为后续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。从而提高学生运用结构化学的原理和方法来分析问题解决问题的能力，进一步培养他们的辩证唯物主义世界观，以期能更好的完成中学化学的教学任务以及更好的从事科学研究。

三、教学基本要求

1、弄清原子、分子和晶体中电子运动的基本规律，了解用量子力学原理研究原子、分子结构的基本方法，理解波函数和微观体系的运动状态的描述方法。

2、理解用量子力学研究分子结构和络合物结构的基本方法，掌握分子轨道理论和配位场理论的基本原理，深入了解化学键的本质，理解分子电子结构和化学性质间的相互关系，初步了解研究分子对称性和群论的概念及其在研究分子结构中的作用。

3、了解研究分子结构的近代物理实验方法的基本原理，并学会简单的图谱分析。

4、了解晶体点阵结构和晶体的对称性，了解晶体中的化学键型。理解x射线衍射的基本原理及劳埃方程和布拉格方程，了解粉末法晶体结构分析的基本原理。

四、教学中注意的几个问题

1、教学中尽量运用多媒体手段，以帮助学生理解微观世界。

2、重点讲解运用量子力学方法处理微观体系的思想、模型和方法、结果及结果的应用，而无须注重数学推导细节，只要求了解数学推导过程的来龙去脉，因为数学只是作为处理问题的工具。

3、充分调动学生的抽象思维和想象力，了解和掌握微观粒子的运动规律。

4、每一章内容讲授之后，安排1-2次习题与讨论课，结合学生作业中出现的问题，强化本章重点内容的理解与掌握。

五、教学目标与考试形式

1、了解

对本课程中的某些概念、原理、理论等内容要求了解，通常以填空、选择、判断等题型进行考核。

2、理解

对课程中的某些概念、原理、理论、实验方法及应用等内容要求比较清楚地理解，一般以填空、选择、判断、简答等题型进行考核。

3、掌握

对课程中的某些概念、原理、理论、实验方法及应用等内容要求准确理解，并可以将这些原理、理论应用于解决实际问题。一般以填空、选择、判断、简答、计算等题型进行考核。

第二部分教学内容和教学目标

一、课时分配

本课程总学时数为90学时，其中讲授72学时，习题讨论14学时。具体分配如下：

由于结构化学课程中的某些内容比较抽象，不易掌握，在教学中要加强物质观念和意义的阐述，深入浅出；并尽可能地充分利用图表、模型等形象化和电化教具，务使讲授具体、直观、生动，但应注意防止引起某些片面性和科学性的错误。

二、教学内容和教学目标

绪论：介绍本课程的地位和作用、主要内容、量子力学发展简史及学习方法。

教学目标：了解本课程的主要内容及量子力学发展史。

第一章量子力学基础和原子结构

教学内容：

§1-1经典物理学的困难、量子力学的诞生、微观粒子运动特征

1、三个著名实验解释微观粒子运动特征——量子论诞生

2、实物微粒运动状态的波粒二象性、德布罗意关系式和物质波及统计解释

3、不确定关系（测不准原理）

§1-2量子力学基本假设、微观粒子运动状态的表示方法及薛定谔方程

1、波函数和微观粒子的状态

2、算符和力学量

3、本征值、本征函数和本征方程

4、薛定谔方程的算符表达式

5、态叠加原理

§1-3一维势箱粒子的薛定谔方程及解

1、一维势箱模型、体系薛定谔方程及解

2、一维势箱粒子薛定谔方程解的讨论

3、一维势箱体系结论的应用

§1-4氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程及解

1、氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程（直角坐标、球坐标）

2、氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程的解（变量分离法、基态解、一般解）

3、氢原子与类氢离子的定态薛定谔方程解的讨论（量子数、波函数）

§1-5 波函数与电子云的图形表示法

界面图、等值图、径向分布图和角度分布图

§1-6多电子原子结构理论的轨道近似模型——原子轨道

1、多电子原子体系的薛定谔方程

2、轨道近似、中心力场近似模型、半经验处理——屏蔽模型

3、方程解的讨论

§1-7电子自旋

1、自旋问题的提出

2、自旋波函数、自旋-轨道、完全波函数概念

3、行列式波函数和保里(W.Pauli)原理

§1-8原子整体的状态与原子光谱项

1、原子整体状态的描述（原子的量子数、角动量的耦合）

2、原子光谱与原子光谱项（原子光谱、原子光谱项推求、原子光谱项对应能级的相

对大小、光谱选律）

§1-9核外电子排布与元素周期律（自学）

教学重点：以一维势箱模型、类氢离子体系为例，重点讲解量子力学处理微观体系的思想、模型和方法；类氢体系波函数、量子数及其应用。

教学目标：

1、了解微观粒子运动的特点，量子力学处理微观体系的基本方法和步骤。

2、理解量子力学基本假设中的概念和假设的内容、基本概念、解一维势箱体系、类氢体系薛定谔方程的数学方法。（量子、量子化；光的二象性、实物粒子的二象性；统计规律、几率、几率密度、几率波、量子力学基本假设、波函数的单值、连续归一化、波函数的正交性、力学量算符、线性算符、厄米算符、算符的本征函数、本征方程、本征值、态叠加原理、平均值、一维势箱、三维势箱、自由电子模型节点、节面；量子效应全同粒子方向量子化定态、基态、激发态、定核近似、折合质量、变数分离、波函数