结构化学基础
结构化学基础
结构化学基础在化学中，人们常使用分子图来代表化学物质。
分子图是一种结构化学的基本工具，能够清晰地表示化学物质的结构和性质。
结构化学是分子图的基础。
它研究分子、离子和它们之间的化学键所构成的化合物的结构、性质和反应。
本文将介绍结构化学的基础知识。
一、化学键的类型化学键是互相链接原子的力。
它们决定了分子的结构和性质。
化学键的类型有以下几种。
1. 静电键静电键是正负电荷之间的吸引力。
它们在离子化合物中非常普遍，比如氯化钠。
在分子化合物中，静电键是非常弱的，因为它们只有在极性分子中才存在。
有时候，静电键出现在共价键中，此时可以称之为极性共价键。
氟气和水分子中就存在这样的极性共价键。
2. 共价键共价键是原子间由共用一对电子而形成的化学键。
共价键分为极性共价键和非极性共价键。
非极性共价键指的是两个非极性原子间的化学键，例如氢气。
而极性共价键指的则是两个原子间，如果原子的电负性存在明显差异，就会形成极性共价键。
极性共价键在分子的化学性质中扮演着重要角色。
3. 金属键金属键是由离子化合物中金属离子与自由电子构成的一种键。
金属键在金属中的性质中起着重要的作用，它使得金属成为了良好的导体和热传导介质。
二、分子几何与习惯表示法分子的几何形状对于分子的化学性质有很大的影响。
在结构化学中，常用杜瓦尔-布拉格方案表示分子几何和结构。
这个方案中，每个原子都用一个符号表示，而它们之间的化学键用线来表示。
在所有的分子几何类型中，最重要的是以下几种。
1. 线性线性分子的共价键通常都是直线分布的。
氧气和碳二氧化分子都是线性分子。
2. 三角形锥形三角形锥形分子中，原子最多有四个邻居。
水分子和氨分子都是三角锥形分子。
3. 四面体四面体分子的原子通常有五个邻居。
一些复杂的离子也属于这一类分子。
三、立体异构体分子的立体异构体是指它们在空间构型方面存在不同的结构形态。
化学家使用手性符号或矢量来表示这些立体异构体。
异构体在化学和医学上都有很多应用。
结构化学基础知识点总结
结构化学基础知识点总结结构化学是化学的一个重要分支，主要研究物质的分子结构及其性质与变化。
以下是结构化学的基础知识点总结：1.化学键：化学键是原子之间的连接。
常见的化学键包括共价键、离子键和金属键。
共价键是通过共享电子对连接原子的，离子键是通过正负离子之间的电荷吸引力连接的，金属键是由金属离子的正电荷和自由电子之间的相互作用连接的。
2.价电子：原子外层的电子称为价电子。
它们决定了原子的化学性质和与其他原子形成化学键的能力。
主族元素的价电子数等于元素的主族号减去10，而过渡金属的价电子数则根据元素的电子排布确定。
3.分子式与结构式：分子式表示化合物中原子的种类和数量，用化学符号和小标数表示，例如H2O表示水分子。
结构式更详细地表示了化合物中原子之间的连接关系，包括键的类型和数量。
常见的结构式表示方法有线条结构式、希尔伯特投影式和叠式结构式等。
4.共价键的构型理论：共价键的构型理论包括共价键构型、价层电子对斥力理论（VSEPR理论）和化学键混合理论。
共价键构型指的是取得最低能量的共价键构型，包括线性、三角形平面、四面体和八面体等几何形状。
VSEPR理论用于预测分子形状，可以通过电子云对中原子周围的电子对的排列关系来确定分子形状。
化学键混合理论解释了化学键形成的机制，通过重新配对原子的电子，可以形成不同数量和性质的化学键。
5.分子轨道理论：分子轨道理论用于描述分子中的电子分布和性质。
分子轨道是原子轨道的线性组合，可以用分子轨道能级图表示。
共价键形成时，原子轨道的重叠导致分子轨道的形成，其中有两种类型：σ（sigma）轨道和π（pi）轨道。
σ轨道沿化学键方向形成，π轨道则垂直于化学键方向形成。
分子轨道的填充遵循由低能级到高能级的原则，通过分析分子轨道能级可以预测化合物的性质。
6.杂化轨道理论：杂化轨道理论用于描述共价键的形成。
原子的轨道混合以形成杂化轨道，其形状和方向决定了化合物的几何形状。
sp轨道是最常见的杂化轨道，即包含一部分s轨道和一部分p轨道的混合轨道，类似地，sp2和sp3轨道也是常见的杂化轨道。
结构化学知识点归纳
结构化学知识点归纳结构化学是研究分子及其化学性质的一门学科，旨在理解和预测化学反应、反应机理和分子结构与性质之间的关系。
下面是对结构化学常见的知识点进行的归纳。
1.分子结构与键-原子和分子的电子排布决定了它们的分子结构。
共价键形成时，原子通过共用电子对来相互结合，并形成分子的骨架。
-单、双、三键分别由1、2、3个电子对共享而成。
-极性键是由两个不同电负性的原子之间形成的键，其中一个原子更具电负性，吸引电子密度，形成部分正电荷；而另一个原子带有部分负电荷。
-非极性键是由两个电负性接近的原子相互作用形成的键。
2.分子构象-分子构象是分子在空间中可采取的不同形状和结构。
分子可以通过旋转化学键和自由旋转的化学键来改变其构象。
-分子内部的官能团之间的键角、键长和孤对电子的位置是决定分子构象的重要因素。
3.同分异构体-同分异构体是化学物质的两个或多个形式，它们有相同的分子式但具有不同的结构和化学性质。
-构造异构体是同分异构体的一种类型，它们在分子结构中的连接方式不同。
-空间异构体是同分异构体的另一种类型，它们的分子结构在空间中三维排列不同。
4.分子间力- Van der Waals力是分子间相互作用的一种类型。
它包括范德华力、氢键和离子-离子相互作用。
-范德华力是分子间由于电子的瞬时分布而产生的吸引力。
-氢键是分子间弱的相互作用力，它包括一个原子的氢原子与另一个原子上的具有独立电子对的原子之间的相互作用。
-离子-离子相互作用是由带正电荷的离子与带负电荷的离子之间的相互作用引起的。
5.分子轨道理论-分子轨道理论描述了分子中电子的行为。
它是通过将原子轨道线性组合来形成分子轨道。
-通过具有不同形状和能量的分子轨道，可以解释分子的化学性质，例如化学键的形成和分子的反应性。
-前线分子轨道是分子中电子占据的能量最低的、决定反应性的分子轨道。
以上是结构化学的一些常见知识点的归纳。
结构化学的学习可以更好地理解化学反应和物质的性质，进而应用于有机合成、药物研发和材料科学等领域。
结构化学基础1
ML
MS
1
2
1
0
-1
-2
由于： ML=Σ m l=1
所以 ：m=+1，0，-1
由于： MS=Σ ms ms=+1/2，-1/2
0
-1
这样：我们可以在表格中
填入+1，0，-1分 别代表m=+1，0， -1；然后分别在+1， 0，-1的右上标标上 +，-来表示ms=+1/2 与-1/2
L=2
与之对应MSmax=0
S=0
则对应的光谱项2S+1=1，L=2
1D
而L=2时，ML=2，1，0，-1，-2
说明有其中的5个状态（ML分别等于2，1，0，-1，-2； MS=0）属于1D光谱项
去掉这5个属于1D光谱项的状态后， 可以得到一个新的表
新的表
ML
MS
1
2
1
1
0
1
-1
1
-2
0
-1
R
rB2 HB
H2分子体系的哈密顿算符：
Hˆ
2 2M
(2A
2B )
2 2me
(12
22 )
e2 e2 e2 e2 e2 e2 rA1 rB1 rA2 rB2 r12 R
ξ 3.1 H2+的结构和哈密顿算符
-0.555
-0.56 0
1
2
3
4
5
6
7
Gaussian Serials
Gaussian98W或者Gaussian03W以及其最新的 几个版本，是做为量子化学理论计算的通用软件， 其用途十分广泛。
大一结构化学基础知识点
大一结构化学基础知识点结构化学是化学的重要分支之一，它研究分子的结构以及与结构之间的相互作用关系。
在大一的学习中，我们需要掌握一些基础的结构化学知识点，下面将对其中的一些重点内容进行介绍。
1. 原子与元素周期表原子是物质的基本单位，由质子、中子和电子组成。
质子带正电荷，中子不带电，电子带负电荷。
元素周期表是化学中常用的工具，按照原子序数和元素性质排列了所有已知元素。
周期表中的每个元素都有自己独特的原子结构和化学性质。
2. 化学键与分子结构化学键是原子之间的连接，用于稳定分子结构。
常见的化学键有共价键、离子键和金属键等。
共价键是通过共用电子对形成的，可进一步分为极性共价键和非极性共价键。
离子键是通过正负电荷相互吸引形成的，金属键是金属原子间的电子云形成的。
3. 分子几何结构分子几何结构与原子间的化学键相关。
分子结构分为线性结构、平面三角形结构、四面体结构等。
分子几何结构决定了分子的空间排布和分子性质。
4. 有机化合物有机化合物主要由碳和氢组成，也包含其他元素。
有机化合物是生物体的组成部分，广泛存在于自然界和人工合成的化合物中。
大一阶段学习的有机化合物包括烃类、醇类、醛类、酮类、酸类等。
5. 化学反应与反应速率化学反应是物质转化过程，涉及到化学键的破裂和生成。
反应速率是指反应物浓度变化的快慢。
影响反应速率的因素包括浓度、温度、催化剂等。
6. 氧化还原反应氧化还原反应是化学反应中常见的一类反应，涉及到电子的转移。
在反应中，氧化剂接受电子而被还原，还原剂失去电子而被氧化。
氧化还原反应是许多重要化学反应的基础。
7. 化学平衡与动态平衡化学平衡是指反应物浓度和生成物浓度不再发生明显变化的状态。
动态平衡是指正反应和逆反应同时进行，速率相等达到平衡。
化学平衡和动态平衡是化学反应可逆性的重要特征。
8. 功能团与有机化合物命名有机化合物常常包含不同的功能团，如羟基、醛基、胺基等。
根据有机化合物中的功能团，可以进行系统命名和常用命名。
结构化学基础
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
应用
化合物
结构
化学
基本概念
特征
包括
化学
介绍
结构 一章
材料
基础
配位
性质
高分子化合物
有机化合物
原子
金属
内容摘要
内容摘要
《结构化学基础》是一本全面介绍结构化学的教材，涵盖了结构化学的基本概念、原理和应用。 以下是本书的内容摘要： 这一章主要介绍了原子结构和元素周期表的关系。介绍了原子核的结构和电子的运动状态，然后 介绍了原子能量的量子化和原子光谱的规律性。详细介绍了元素周期表和元素性质的周期性。 这一章主要介绍了分子结构和化学键的基本概念。介绍了分子轨道理论的基本原理和应用，然后 介绍了共价键、离子键和金属键等不同类型的化学键。介绍了分子间相互作用和氢键等概念。 这一章主要介绍了晶体结构和物理性质的关系。介绍了晶体结构的特征和分类，然后介绍了晶体 结构分析和晶体的性质。介绍了晶体的缺陷和非晶体的结构特征。 这一章主要介绍了配位化合物和金属有机化合物的结构和性质。介绍了配位化合物的结构和性质， 包括配位体、配位数和配位反应等。
精彩摘录
《结构化学基础》这本书为我们提供了许多有用的概念和理论，这些概念和 理论不仅有助于我们更好地理解物质的微观结构和性质，还可以帮助我们更好地 理解和应用化学学科中的各种概念和原理。这些精彩摘录只是其中的一部分，但 它们可以帮助我们更好地理解这本书的内容和价值。
阅读感受
阅读感受
在完成《结构化学基础》的阅读之后，我深深地感受到了这本书的深度和价 值。作为一本专门探讨结构化学的著作，它不仅提供了对这一领域的基本理解， 同时也为我们揭示了化学反应的微观机制和物质的基本结构。
结构化学基础
经典定义
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。
化学的新定义
化学是主要研究从原子、分子片、分子、超分子，到分子和原子的各种不同尺度和不同复 杂程度的聚集态和组装态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其 规律和应用的自然科学 –徐光宪
德拜(1884～1966)美国物理化学家
1914年将X射线衍射技术用于测定化合物晶体的分 子结构。此法的推广和应用，大大促进了结构化学的 发展。于1936年获奖
巴顿(1918～1998) 英国化学家
40年代巴顿和哈塞尔提出了“构象分析”概念，用 于研究分子 特性与分子中原子的复杂空间三维结 构之间的关系，对发展立体化学理论作出了贡献， 于1969年获奖 D.霍奇金(1910～1994) 英国女化学家
结构化学基础
个人简介
教育背景
➢ 98年，山东大学化学系，学士 ➢ 01年，山东大学晶体所，晶体材料国家重点实验室，硕士 ➢ 04年，中科院上海技术物理所，红外物理国家重点实验室，博士
研究方向
➢ 超分子结构化学－配位超分子的结构多样性和超分子异构 ➢ 材料物理与化学－金属超分子配合物及其纳米复合材料在发光、
维兰德(1877～1957) 德国化学家
1924年测定了胆酸及多种同类物质的化学结构，于1927年获奖。 胆酸存在于动物胆汁中，在人体内帮助油脂的水解和吸收，降低 血液中胆固醇含量 H.费舍尔(1881～1945) 德国化学家
1921至1929年测定了血红素结构，指出血红素参与生物体内氧的输送； 1927至1939年确定了叶绿素的分子结构。于1930年获奖
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。
引 言
一、“物质结构”的主要内容及研究途径
1、“物质结构”主要研究原子、分子及晶体的结构及它们和 性质的关系。 2、结构是指它们由哪些更基本的质点构成？怎样构成？这些 质点的运动及相互作用情况如何？ 3、几何结构与电子结构的关系，几何结构决定电子运动的状 态和能级，电子结构决定何种几何结构最稳定。 4、静态结构：物质内部结构处于稳定状态，不随时间的变化 而变化，成为静态结构。动态结构：一种静态结构变成另 一种静态结构，在这个过程中产生的那些过渡态、激发态、 中间产物等成为动态结构。 本课程作为一门基础课程将主要探讨物质的静态结构 及它是如何决定物质的性质的。
n2 n1 1
波尔原子结构理论，原子能量具有不连续性。原子被电火花、 电弧、火焰或其它方法激发，能够发出一系列具有一定频率（或 波长）的光谱线，光谱线构成原子光谱。1913年波尔（1922获诺 贝尔物理学奖）综合普朗克量子论、爱因斯坦光子学说及卢瑟福 原子核模型。 （1）定态规则：原子存在于具有确定能量的稳定态，定态中 的原子不辐射能量。也不吸收能量，处于稳定状态。能量最 低的叫基态，其余叫激发态。 对应于原子各可能存在的定态，电子的轨道运动角动量M 必等于 h 2 的整数倍。 nh n 1,2,3, M 2 （2）频率规则：只有当电子从一个定态跃迁到另一个定态时， 才发射或吸收辐射能。频率满足于 1 E2 E1 称波尔频率规则 h
理学结构化学基础
本节内容：
1、离域分子轨道和离域键 2、定域分子轨道和定域键 3、离域和定域轨道的关系 4、杂化轨道理论应用
第20页/共145页
1.离域分子轨道和离域键
多中心的分子轨道称为离域分子轨道，相应的化学键称为离域键或非定域键。 分子轨道理论在本质上是非定域的，也就是分子中的波函数遍及整个分子，原 则上它由组成该分子的所有原子轨道的线性组合而成。
第28页/共145页
上式中，各原子轨道组合系数的正负可由下图中的原子轨道重叠位向看出： CH4的非定域分子轨道组合图：
由上图可知：碳的2s轨道是球形对称的，它和四个氢的1s轨道发生正的重叠， 因此，在Ψ1中H的1s轨道均取正号能能能；级级级碳相相 相的同同同2P的的的x简轨简简并道并并轨正轨轨道端道道和H原子a、b同侧，它
4、键对只包括形成σ键的电子对，不包括形成π键 的电子对，即分子中的多重键皆按单键处理。π键虽 然不改变分子的基本构型，但对键角有一定影响， 一般是单键间的键角小，单一双键间及双－双键间 键角较大。
第2页/共145页
推断分子或离子的空间构型的具体步骤：
(1) 确定中心原子的价层电子对数，以AXm 为例 (A—中心原子；X—配位原子) ：
53
三角双锥 XeF2
直线形
第7页/共145页
孤对电子占据的位置：
VP = 5，电子对空间构型为三角双锥，
LP占据轴向还是水平方向三角形的某个 顶点？原则：斥力最小。
例如：SF4 VP=5 LP=1 F
SF
F F
LP－BP(90o)
3
F F
S F
F
2 结论：LP占据水平方向三角形, 稳定分子 构型为变形四面体(跷跷板形)
(2) 确定电子对的空间构型：
结构化学基础(第4版)第4章课件
4.3.2 Cnh点群
有Cn, σh对称元素，阶次2n. Cnh={E, Cn, Cn2,… Cnn-1; σh, σhCn, σhCn2,…, σhCnn-1} 可用Snk表示 注: Cnh点群中当n为偶数时, 如C2h等, 存在对称中心i. 常见的点群有： C1h: {E, σh}, 常见Cs表示. 如：平面型分子ONCl， 叠氮酸HN3， CH3CHO
4.2.2 子群
若群G={A,B,C,D,E,F……}中的子集 G ′ ={A,B,C,…}满足 群的定义，则称 G ′为G的子群.
例：NH3 2 ′ 对称操作为 G = { E , C 3 , C 3 , σ v , σ′v , σ′v } . 可以验证G满足4 个条件, G构成一个6阶群. 2 G′ = { E , C 3 , C3 }
− sin θ cos θ 0
θ = 2π / n
⎛ 2π ⎜ cos n ⎜ ˆ ( z ) = ⎜ sin 2 π Cn ⎜ n ⎜ ⎜ ⎜ 0 ⎝ 2π − sin n 2π cos n 0 ⎞ 0⎟ ⎟ ⎟ 0⎟ ⎟ ⎟ 1⎟ ⎠
⎛ x ⎞ ⎛ − 1 0 0 ⎞⎛ x ⎞ ⎛ − x ⎞ ⎛ − 1 0 0⎞ ˆ ( z ) = ⎜ 0 − 1 0 ⎟，C ( z )⎜ y ⎟ = ⎜ 0 − 1 0 ⎟⎜ y ⎟ = ⎜ − y ⎟ 如 : C2 ⎟ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ˆ2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎜ ⎜ z⎟ ⎜ 0 ⎜ 0 0 1⎟ 0 1 ⎟⎜ z ⎟ ⎜ z ⎟ ⎠ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ˆ ˆ ˆ 证明 : C C = E
2v群的特征标表yz基函数11113v群的特征标表xy特征标表中各类符号的意义维数或对称操作维数或特征标符号下标1下标2上标下标不可约表示符号有时用小写字母abe等并表示分子轨道的符号如az代表原子的坐标和平移运动它的变换性质与p原子轨道的变换性质相同并可判断振动类型的红外活性
结构化学基础知识点总结[参考]
![结构化学基础知识点总结[参考]](https://img.taocdn.com/s3/m/a3373f27ba68a98271fe910ef12d2af90242a8a8.png)
结构化学基础知识点总结[参考]一、原子结构与原子能1、原子结构：原子是最小的具有化学性质的物质单位，原子结构由原子核和电子组成。
原子核由正电荷和非常小的负电荷组成，其质量约为原子的七十分之一。
电子的电荷为负，小，它的质量约为原子的三万分之一。
2、原子层次：电子位级是决定原子性质的内部结构，它将电子分成分子、原子层、最低能量状态等不同的层次，每一层的电子能量和每层的电子数在这一层上都是一定的。
3、原子能：原子的特征主要基于原子能。
原子能是原子核里的质子和中子相互反作用时所产生的能量，其势能和机械能在原子内部形成了重要的离散能级，其能级的高低决定着原子的性质。
二、原子结合1、杂原子结合：杂原子结合是指由不同元素构成的分子，例如水分子、由氢、氧组成的有机分子等，它们的特性与它们构成分子的元素，强度以及键数有关，从这些特性可以分辨出不同的化合物的性质。
2、非离子结合：非离子结合是指两个有共同亲和力的原子形成结合的一种结合方式，它们之间的结合是由相互分子对激发的吸引力维持的，例如氢键等，它不仅能定义分子的构型，而且还能定义分子的易燃性、电离性等一系列特性。
3、离子结合：离子结合是指一种具有一定形状的离子由于它们之间及其外围有机分子的电荷分布而形成的一种极性结合，它的调整能有来控制原子结合能从而控制它的性质。
三、离子化1、离子化反应：离子化反应是指有机分子或其它物质被离子（带电离子）分解而形成离子络合物的一类物质反应。
如水解反应等。
2、离子网络：离子网络是指各种结构不同的离子团簇相互联结而成的网络结构。
它由共有电子对或共有质子对不断构成，结构十分坚固，可以改变热，紫外等波长的电磁辐射的传播状态，也具有非常重要的作用。
3、离子热：离子热是指原子以及离子的极性的能量的转变，它与常温下无机物质之间的反应有较大的区别，一般表现为高温下才会形成有机反应，因此，离子热是一个相对比较高热的反应系统。
结构化学基础(第4版)第1章课件
x
将 E = hν, p = h/ λ 代入, 得到单粒子一维运动的波函数：
λ
− νt )]
i 2π ψ = A exp[( )( xpx − Et )] h
定态波函数: 不含时间的波函数ψ(x,y,z).
第一章 量子力学基础
1.1 微观粒子的运动特征
电子、原子、分子、光子等粒子具有波粒 二象性的运动特征，下面通过讨论黑体辐射， 光电效应，电子波动性等几个经典物理学无法 解释的现象来说明微观粒子的运动特征。了解 20世纪初经典物理学的困难及解决的办法。
1.1.1 黑体辐射
黑体：是一种能全部吸收所有波长辐射的物体，是 一种理想的吸收体，也是理想的发射体。 以Ev表示黑体辐射的能量，Evdv表示频率在vv+dv范围内单位时间单位表面积上辐射的能量。以Ev 对v作图，得能量分布曲线。 Ev单位: J/m2
1927年,Divisson, Germer 用单晶电子衍射实验, Thomson 用多晶电子衍射实验共同证实了de Broglie的假设。 实物微粒波的意义： (1926年, Born提出了微粒波的统计解释) 空间任何一点上波的强度（振幅绝对值的平方）和 2 粒子出现的几率成正比： ψ ∝ p 微粒波又称几率波。 实物微粒具有波动性,不服从牛顿力学,每次到达的 位置无法准确预测,只有一定的分布规律. 分子、原子中的电子具有波动性, 分布具有几率性, 电子的运动用波函数描述, 电子出现的几率可用电子云 描述.
Ee
v0
v
经典理论（几何光学）：光波能量与光强度成 正比，与频率无关。因此只要有足够的强度，任何 频率的光都能产生光电效应，而电子的动能将随光 强的增加而增加，与光的频率无关。显然，这些经 典物理学的推测与实验事实不符。无法解释光电效 应。
结构化学基础第五版周公度答案
结构化学基础第五版周公度答案目录01.量子力学基础知识 ...................................................................................................................... 1 02 原子的结构和性质 ................................................................................................................. 13 04分子的对称性 ............................................................................................................................ 48 05 多原子分子中的化学键 ........................................................................................................... 61 06配位化合物的结构和性质 ........................................................................................................ 91 07晶体的点阵结构和晶体的性质 .............................................................................................. 103 08金属的结构和性质 .................................................................................................................. 119 09离子化合物的结构化学 .......................................................................................................... 135 10次级键及超分子结构化学 (153)01.量子力学基础知识【1.1】将锂在火焰上燃烧，放出红光，波长λ=670.8nm ，这是Li 原子由电子组态 (1s)2(2p)1→(1s)2(2s)1跃迁时产生的，试计算该红光的频率、波数以及以k J ·mol -1为单位的能量。
结构化学基础课件 第四章 分子的对称性
②第二步，进行右上角的乘法， 分子进行 反映，N和H1保持不变，H2与H3互换位置，
再绕 轴旋转120度，则N还是不变，H2到H1 位置，H1到H2位置，H3回到原位置，两个操 作的净结果，相当于一个 镜面反映……可
写出右上角的九个结果。
③同理也可写出左下角的九个结果。旋转操 作和反映操作相乘，得到的是反映操作；两 个旋转操作相乘和两个反映操作相乘得到的 是旋转操作。
学时安排 学时----- 4学时
第四章.分子的对称性
对称 是一种很常见的现象。在自然界
我们可观察到五瓣对称的梅花、桃花，六瓣 的水仙花、雪花、松树叶沿枝干两侧对称， 槐树叶、榕树叶又是另一种对称……在人工 建筑中，北京的古皇城是中轴线对称。在化 学中，我们研究的分子、晶体等也有各种对 称性，有时会感觉这个分子对称性比那个分 子高，如何表达、衡量各种对称？数学中定 义了对称元素来描述这些对称。
I1 S2 i
S1
I
2
I2 S1
S2 I1 i
I3
S
6
C3
i
S3
I
6
C3
I4 S4
S4
I
4
I5 S10 C5 i
S5 I10 C5
I6 S3 C3 S6 I3 C3 i
负号代表逆操作，即沿原来的操作退回去的操作。
S4 S6
对称元 素符号
E Cn
I1n=iC1n 4.1.5.映轴和旋转反映操作
映轴S1n的基本操作为绕轴转3600/n， 接着按垂直于轴的平面进行反映，是C1n和 σ相继进行的联合操作：
S1n=σC1n
如果绕一根轴旋转2/n角度后立即对垂直于这根轴的一 平面进行反映，产生一个不可分辨的构型，那么这个轴就
结构化学基础5PPT课件
六方ZnS
闪锌矿
立方ZnS
ZnS型(立方型)
晶格: 面心立方
配位比: 4:4
红球－Zn2+ ,
绿球－S2-
晶胞中离子的个数:
Zn2+ :4个
S2- :61814个 28
(4)CaF2
CaF2 晶 体 属 立 方 面 心 点 阵 ， F － 作 简 单立方堆积，Ca2＋数目比F－少一半，所 以填了一半的立方体空隙，每一个Ca2＋由 八个F－配位，而每个F－有4个Ca2＋配位， 每个CaF2晶胞有4个Ca2＋和8个F。
μ为一结构参数，不同化合物的μ值不 同，金红石本身μ=0.31 ，一些过渡金 属氧化物TiO2、VO2、MnO2、FeO2；氟 化物MnF2、CoF2、NiF2为金红石结构。
黑球:Ti
白球:O
TiO2 (金红石)的结构
(6) CdI2和CdCI2
Cd I或CI
CdI2和 CdCI2 的层形 分子
碱金属的卤化物、氢化物，碱土金属的氧化物、硫 化物、硒化物、碲化物，过渡金属的氧化物、硫化物， 以及间隙型碳化物、氮化物都属NaCl型结构。
NaCl型结构
点阵型式是Na+离子的面心立方点阵 与Cl-离子的面心立方点阵平面交错，交 错的方式是一个面心立方格子的结点位 于另一个面心立方格子的中央。如图740所示。属立方晶系，配位数为6∶6， 即每个离子被6个相反电荷的离子所包围。 NaCl型的晶胞是立方面心，但质点分布 与CsCl型不同。
红砷镍矿（NiAs）
(3) ZnS
ZnS晶体结构有两种型式，即立方ZnS和 六方ZnS，这两种型式的ZnS，化学键的性质 相同，都是离子键向共价键过渡，具有一定 的方向性。Zn原子和S原子的配位数都是4， 不同的是原子堆积方式有差别。在立方ZnS中， S原子作立方最密堆积，Zn原子填在一半的四 面体空隙中，形成立方面心点阵；在六方ZnS 晶体中，S原子作六方最密堆积，Z原子填在 一半的四面体空隙中，形成六方点阵。
结构化学基础总结
结构化学基础总结结构化学是一门研究物质的分子结构和化学性质的学科，对于了解和解释化学反应、物质性质以及设计新的化学物质具有重要的意义。
以下是对结构化学基础的总结。
1.分子结构的表示方法：结构化学中，常用的分子结构表示方法包括实体式、简略式、官能团表示法、斜线式、Lewis式等。
实体式直观明了，能够具体反映出每个原子的连接方式；简略式则是用简单的表示形式来表示分子结构，如希尔式、骨架式等。
官能团表示法则着重描述分子中的官能团，通过特定的符号和简写来表示不同的官能团。
2.键的类型：在分子中，化学键起着连接原子之间的作用。
常见的键类型包括共价键、离子键和金属键。
共价键是通过原子间的电子共享而形成的，是最常见的键类型；离子键是由于正负电荷之间的相互作用而形成的，常见于由金属与非金属元素组成的化合物；金属键则是由自由电子在金属中的流动而形成的。
3.分子几何结构：分子几何结构描述了分子中原子的排列方式以及原子之间的键角。
常见的分子几何结构包括线性、三角平面、四面体、平面正方形和八面体等。
分子的几何结构决定了分子的物理性质和化学性质，如分子的极性、分子间作用力等。
4.主要键的类型及性质：在分子中，主要的键类型包括共价键、极性共价键和离子键。
共价键是原子间通过共用电子而形成的键，是最稳定和最常见的化学键类型；极性共价键则是指在共价键中，由于原子的电负性差异，电子对偏向了较电负的原子，形成了极性分子；离子键则是由正负电荷之间的相互吸引而形成的键。
5.分子间作用力：分子间作用力是描述分子间相互作用的力，对物质的性质和行为具有重要影响。
常见的分子间作用力包括范德华力、氢键、离子-离子相互作用、离子-极性分子相互作用等。
范德华力是非极性分子之间的相互作用力，是由于临时诱导电荷而产生的；氢键则是氢原子与其他原子（通常是氮、氧和氟原子）之间的相互作用力，具有较大的非共价相互作用力。
分子间作用力的强弱对物质的性质和相变有重要影响。
结构化学基础第2章
其解为： m
m
1 i m e 2 1 i m e 2
这种解是复数形式的。由欧拉公式有
m m 1 1 i im e Cos m Sin m 2 2 2 1 1 i i m e Cos m Sin m 2 2 2
l,m () CPl|m| (cos)
其中系数由归一化条件得： C [
2l 1 (l | m |)! 12 ] 2 (l | m |)!
(1 cos ) |m| P (cos ) l 2l (l!)
2
m /2
d l |m| (cos2 1)l d cosl |m|
1 1 4 1 4 1 4 1 4
0 1 1 1
0 0 1(Cos型) 1( Sin型)
2s 2 pz 2 px 2 py
2
n
l
m
光谱学 符号
能量En
e2
8 0 0
简并 状态数
n ,l ,m r , ,
0 1 1 1 3 2 2 2 2 2
0 0 1(cos型) 1(sin型) 0 1(cos型) 1(sin型) 2(cos型) 2(sin型)
d r sin dr d d)
2
2.1.2 变数分离法
令：(r, , ) R(r) () ()；且Y(, ) ().()
将该式代入Schrodinger方程的球极坐标形式中，于是有
1 R ( r ) 2m ze2 8 2 m 2 (r 2 ) r r E 2 2 R (r ) r r 0 1 1 1 2 [ (sin ) ] ( , ) 2 2 ( , ) sin sin
结构化学基础第4章
Example 分子具有A, B , C , D 等对称操作，若其中某些操作 满足于关系A B = C ， 即对分子先后施行 B 和 A 操作， 其结果相当于对分子单独施行 C 操作，则称 C 为 A 和 B 的乘积。
(1)群的基本概念 i、群的定义 一个集合G含有A、B、C、D等元素，在这些元
（2）对称轴 (Cn )和旋转操作 (Cn )
Cn 轴定义
将分子图形以直线为轴旋转某个角度能产生 分子的等价图形。
单重（次）轴 (C 1 ) q = 2 p 二重（次）轴 (C 2 ) q = 2 p 三重（次）轴 (C 3 ) q = 2 p
2 3
n重（次）轴 (C n ) 操作定义
旋转轴能生成n个旋转操作，记为：
S8
S4点群：
只有S4是独立的点群。例如：1,3,5,7-四甲基环辛四烯(图 Ⅳ)，有一个S4映转轴，没有其它独立对称元素，一组甲基基 团破坏了所有对称面及C2轴。
1,3,5,7-四甲 基环辛四烯
Td群
若一个四面体骨架的分子，存在4个C3 轴，3个C2轴，同时每个C2轴还处在两个互相 垂直的平面σd的交线上，这两个平面还平分另 外2个C2轴（共有6个这样的平面）则该分子 属Td对称性。对称操作为｛E，3C2，8C3， 6S4，6σd｝共有24阶。这样的分子很多。 四面体CH4、CCl4对称性属Td群，一些含 氧酸根SO42-、PO43-等亦是。在CH4分子中， 每个C-H键方向存在1个C3轴，2个氢原子连线 中点与中心C原子间是 轴，还有6个σd平面。
操作演示
在反式二氯乙烯分子中, Z轴是C2轴, 且有垂直于Z轴的镜面,因此Z轴必 为S2 (见左图), 此时的S2不是独立的。 而Y轴不是C2轴, 且没有垂直于Y 轴的镜面, 但Y轴方向满足S2对称性 (见右图), 此时的S2是独立的。
- 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)。
★光是一束光子流，每一种频率的光其能量都有一个最小单位，称为光 子，光子的能量与其频率成正比：h
★光子不但有能量，还有质量（m），但光子的静止质量为零。根据相 对论的质能联系定律＝mc2，光子的质量为：m＝h/c2，不同频率的 光子具有不同的质量。
★光子具有一定的动量：p＝mc＝h/c＝h/
(c＝）
经典理论无论如何也得不出这种 有极大值的曲线。
实验曲线 黑体辐射能量分布曲线 波长
Planck能量量子化假设
• 1900年，Planck（普朗克）假定，黑体中原子或分子辐射 能量时作简谐振动，只能发射或吸收频率为,能量为h 的整数倍的电磁能，即振动频率为的振子，发射的能量 只能是0h，1h，2h，……，nh（n为整数）。
绪言
• 结构化学的研究范围 • 结构化学的主要内容 • 结构化学的发展历程 • 结构化学的学习方法
第一章 量子力学基础知识
1.1 微观粒子的运动特征 ☆ 经典物理学遇到了难题
19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相当完善： ◆Newton力学 ◆Maxwell电磁场理论 ◆Gibbs热力学 ◆Boltzmann统计物理学
结构化学基础
（第三版）
周公度 段连运 编著
主讲教师：孙 忠 副教授
辅 导：许 嘉
授课学时：48
学分：3
参 考 书：1.周公度 段连运编著《结构化学基础》，第二
版，北京大学出版社，1995年
2.谢有畅 邵美成编《结构化学》，第二版， 人 民教育出版社，1983年
3.江元生遍《结构化学》，第一版，高等教育 出版社，1997年
• 对实物微粒粒性的理解也要区别于服从Newton力学的粒子，实物微 粒的运动没有可预测的轨迹。
• 1927年，Davisson和Germer用镍单晶电子衍射、Thomson用多晶金属箔电子衍 射，分别得到了与X-射线衍射相同的斑点和同心圆，证实电子确有波性。后 来证实：中子、质子、原子等实物微粒都有波性。
电子衍射示意图
CsI箔电子衍射图
■实物微粒波的物理意义——Born的统计解释
• Born认为，实物微粒波是几率波：在空间任一点上，波的强度和粒子 出现的几率成正比。
上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现了解释 不了的新现象。
1. 黑体辐射与能量量子化
黑体：能全部吸收外来电磁波的物体。黑色物体或开一小孔的空心金属球近似于黑体。 黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长电磁波的现象。
★经典理论与实验事实间的矛盾：
经典电磁理论假定，黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的，按经典热力学和统计 力学理论，计算所得的黑体辐射能量随波长变化的分布曲线，与实验所得曲线明显不符。
★光的强度取决于单位体积内光子的数目（光子密度）。
产生光电效应时的能量守恒：h＝w＋Ek＝h0+mv2/2
（脱出功：电子逸出金属所需的最低能量，w＝h0）
用Einstein光子说，可圆满解释光电效应：
○当hw时，0，光子没有足够能量使电子逸出金属，不发生光电效应； ○当h＝w时，＝0，这时的频率就是产生光电效应的临阈频率（ 0 ）； ○当hw时，0，逸出金属的电子具有一定动能，Ek＝h－h0，动能与频 率
• 用较强的电子流可在短时间内得到电子衍射照片；但用很弱的电子流， 让电子先后一个一个地到达底片，只要时间足够长，也能得到同样的 电子衍射照片。电子衍射不是电子间相互作用的结果，而是电子本身 运动所固有的规律性。
• 实物微粒的波性是和微粒行为的统计性联系在一起的，没有象机械波 （介质质点的振动）那样直接的物理意义，实物微粒波的强度反映粒 子出现几率的大小。
• h称为Planck常数，h＝6.626×10－34J•S
• 按Planck假定，算出的辐射能E与实验观测到的黑体辐射
E e 1 能非常吻合：
8h 3 h / kt
1
c3
●能量量子化：黑体只能辐射频率为，数值 为h的整数倍的不连续的能量。
Einstin在Planck能量量子化的启发下，提出光子说：
按经典理论只能得出能量随波长单调变化的曲线： 能 Rayleigh-Jeans把分子物理学中能量按自由度 量
均分原则用到电磁辐射上，按其公式计算所得结果 在长波处比较接近实验曲线。
Wien假定辐射波长的分布与Maxwell分子速度 分布类似，计算结果在短波处与实验较接近。
Wien（维恩）曲线
RayleighJeans（瑞 利－金斯） 曲线
• de Broglie 波 与 光 波 不 同 ：光 波 的 传 播 速度 和 光 子 的 运动 速 度 相 等 ； de Broglie波的传播速度（u）只有实物粒子运动速度的一半：v＝2u。对于实物 微粒：u＝，E＝p2/(2m)＝(1/2)mv2 ,对于光：c＝，E＝pc＝mc2
• 微观粒子运动速度快，自身尺度小，其波性不能忽略；宏观粒子运动速度慢， 自 身 尺 度 大 ， 其 波 性 可 以 忽 略 ： 以 1.0106m/s 的 速 度 运 动 的 电 子 ， 其 de Broglie波长为7.310－10m（0.73nm），与分子大小相当；质量为1g的宏观粒 子以 110－2m/s 的速度运动，de Broglie 波长为7 10－29m，与宏观粒子的 大小相比可忽略，观察不到波动效应。
=h，p＝h/
3. 实物微粒的波粒二象性
习题：P34，1,3,4
• de Broglie(德布罗意）假设：
• 1924年，de Broglie受光的波粒二象性启发，提出实物微粒（静止质量不为 零的粒子，如电子、质子、原子、分子等）也有波粒二象性。认为=h，p ＝h/ 也适用于实物微粒，即，以p＝mv的动量运动的实物微粒，伴随有波 长为 ＝h/p＝h/mv 的波。此即de Broglie关系式。
呈直线关系，与光强无关。
光的波粒二象性
• 只有把光看成是由光子组成的光束，才能理解光 电效应；而只有把光看成波，才能解释衍射和干 涉现象。即，光表现出波粒二象性。
• 波动模型是连续的，光子模型是量子化的，波和 粒表面上看是互不相容的，却通过Planck常数， 将代表波性的概念和与代表粒性的概念和p联 系在了一起，将光的波粒二象性统一起来：