东北大学

结构化学

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课程概述

  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,是化学的一个重要分支,包含许多重要的概念、原理和规律,也发展和改进了许多研究方法和实验手段。通过了解原子和分子内的电子运动行为,可了解分子内原子间的相互作用的性质——键型;通过了解分子和晶体中原子的空间相对位置,可知道分子和晶体的空间结构——构型;通过对分子的键型和构型的了解,就可以探索结构和性能间的内在联系。

  在学习结构化学时,既应重视对微观粒子运动所遵循的量子力学规律的理解,掌握微观现象的特点,努力将物理概念和数学表达式密切联系起来。又要重视结构和性能间的联系,了解各种物质具有其特性的结构根源,了解各种结构所必然出现的性能,了解理论的实际应用,加深对事物本质的认识。

授课目标
培养我们用微观结构的观点和有关方法解析化学问题的能力,提高科学素养,提升研究水平和创新能力。
证书要求

成绩满分为100分。


成绩中各项占比:单元作业15%,

        单元测验30%,

        期末考试55%


成绩证书的种类:合格证书:60分至79分,

        优秀证书:80分至100分。


参加学习并取得相应成绩的学员,可免费获得由中国大学MOOC颁发的电子证书。

申请纸质认证证书,每份证书需要100元人民币。


预备知识

1. 无机化学(或普通化学)

2. 有机化学

3. 物理化学

4. 高等数学

5. 大学物理(或普通物理)

授课大纲

导学


第一章 量子力学基础

第一讲:

1.1 经典物理学

1.2 旧量子论的局限

1.3 光的本质

1.4 实物粒子的波粒二象性

1.5 量子力学基本假设Ⅰ——波函数和微观粒子运动状态的描述

第二讲:

1.6 量子力学基本假设Ⅱ——微观体系的力学量和算符 (1)

1.7 量子力学基本假设Ⅱ——微观体系的力学量和算符 (2)

1.8 量子力学基本假设Ⅲ——本征态、本征值和Schrödinger方程 (1)

1.9 量子力学基本假设Ⅲ——本征态、本征值和Schrödinger方程 (2)

第三讲:

1.10 量子力学基本假设Ⅳ——态叠加原理 (1)

1.11 量子力学基本假设Ⅳ——态叠加原理 (2)

1.12 量子力学基本假设Ⅴ——Pauli不相容原理

1.13 一维箱中粒子Schrödinger方程

1.14 一维箱中粒子Schrödinger方程的结果解析

1.15 三维箱中粒子Schrödinger方程及其解

 

第二章 原子结构和原子光谱

第四讲:

2.1 单电子原子的Schrödinger方程

2.2 单电子原子Schrödinger方程的变量分离方法

2.3  Φ(f)方程的解

2.4  Θ(q)方程的解

2.5  R(r)方程的解

2.6 单电子原子Schrödinger方程的一般解

第五讲:

2.7 量子数——n, l, m, s, ms

2.8 量子数——j, mj

2.9 氢原子s态的图像

2.10 原子轨道的其它图形

2.11 多电子原子Schrödinger方程

2.12 多电子原子Schrödinger方程的近似求解方法——变量分离法原理

第六讲:

2.13 原子光谱的产生和光谱项

2.14 多电子原子的能态和单电子原子光谱项推引

2.15 氢原子光谱和碱金属原子光谱

2.16 多电子原子的光谱项——非等价电子光谱项推引

2.17 多电子原子的光谱项——等价电子光谱项推引

2.18 多电子原子的能级和光谱的选律

 

第三章 双原子分子的结构和性质

第七讲:

3.1 多原子分子的Schrödinger方程

3.2 多原子分子Schrödinger方程的近似求解方法——线性变分法原理

3.3 线性变分法求解氢分子离子Schrödinger方程

3.4 氢分子离子Schrödinger方程解的表达式中遇到的三个积分

3.5 氢分子离子结构的表达及对共价键本质的认识

3.6 简单分子轨道理论

3.7 分子轨道的分布特点和共价键的三种类型

第八讲:

3.8 同核双原子分子结构和性质——简单分子:H2He2Li2Be2

3.9 同核双原子分子结构和性质——有能级交错分子:B2C2N2

3.10 同核双原子分子结构和性质——反键轨道上电子对共价键强度的冲抵:O2F2

3.11 异核双原子分子成键原则

 

第四章 分子对称性

第九讲:

4.1 旋转轴和旋转操作

4.2 对称中心和反演操作及镜面和反映操作

4.3 反轴和旋转反演操作,映轴及旋转反映操作

4.4 对称元素组合定理

4.5 群的定义和群的乘法表

4.6 分子点群

4.7 分子对称性与偶极矩及对称性与旋光性的关系

4.8 分子对称性  

 

第五章 多原子分子结构和性质

第十讲:

5.1 丁二烯分子的结构特点及其在线性变分法近似下的久期方程

5.2 简单分子轨道理论(HMO——Hückel对分子轨道理论的再近似

5.3  HMO法解丁二烯分子的Schrödinger方程

5.4 苯分子的久期行列式及Schrödinger方程解答结果解析

5.5 多原子分子Schrödinger方程的解对分子性质的直观表达

5.6 杂化轨道理论

5.7  s-p型等性杂化轨道

5.8 不等性杂化轨道——H2ONH3结构和性质

5.9 定域分子轨道模型

5.10 离域分子轨道理论

第十一讲:

5.11 多原子分子及其内部的运动形式

5.12 分子光谱的定义和选律

5.13 双原子分子的转动光谱

5.14 双原子分子的振动光谱

5.15 双原子分子的振动-转动光谱

5.16 多原子分子的振动光谱

 

第六章 晶体的点阵结构和晶体性质

第十二讲:

6.1 晶体的结构特征

6.2 点阵

6.3 空间点阵

6.4 等同点

6.5 晶胞和晶胞参数

6.6 晶体结构中可能出现的宏观对称类型

6.7 晶体的微观对称类型

6.8 晶面符号及晶面间距

第十三讲:

6.9 等径圆球的堆积方式

6.10 不同堆积方式晶胞中的孔隙

6.11 不等径圆球的堆积方式

参考资料

教材

王军. 结构化学 (第二版)(“十一五”国家级规划出版教材). 科学出版社, 2017

 

主要参考书

1.    徐光宪, 王祥云. 物质结构 (第二版). 科学出版社, 2010

2.    周公度. 结构化学基础 (). 北京大学出版社, 2014

3.    厦门大学物构组. 结构化学 (第三). 科学出版社, 2004

4.    Murrell J. N., Kettle S. F. A., Tedder J. M. 文振翼, 姚惟馨 . 原子价理论. 科学出版社, 1978

5.    Ladd M. F. C. Introduction to Physical Chemistry. 3rd Edition, Cambridge University Press, 1998

6.    麦松威, 周公度, 李伟基. 高等无机结构化学. 北京大学出版社, 2006

7.    陈启明, 高剑南, 倪行. 物质结构学习指导 (第二版). 科学出版社, 2010