结构化学是从原子、分子的尺度研究物质的结构以及结构与物质的物理、化学性质关系的一门基础学科,主要概括为几何结构和电子结构以及静态结构和动态结构两个层面。具体涉及两大方面内容,其一是从量子力学规律出发,先介绍原子的电子运动的规律及其描述,包括电子和原子核以及电子与电子之间相互作用的规律,由此推论原子的性质、原子的光谱和微观能态,阐明元素周期律的本质;在此基础上学习和探讨分子中电子之间以及电子与核之间相互作用的运动的规律,讨论化学键的本质以及分子光谱的特征,并在学习休克尔分子轨道方法的基础上,讨论电子结构与化学性质的关系以及共轭体系的稳定性,其二是在学习分子点群对称性以及晶体点阵结构的基础上,以归纳为主的方法,介绍分子的几何结构与其物理性质如偶极矩、旋光性的必然联系,并在学习晶体的周期性结构特征以及点阵理论的基础上,着重介绍X射线衍射方法所依据的基本原理,以及在测定结构中的作用和应用。
结构化学课程的重点分成三个部分:量子理论与原子结构,化学键理论与分子结构,点阵理论与晶体结构。结构化学课程的基本教学指导思想是通过《结构化学》慕课课程的教学,使学生对上述三个部分的基本概念和理论有系统、正确的理解和认识。
具体课程目标如下:
G1:掌握化学学科的基本研究方法和思路;
G2:掌握量子理论,化学键理论和点阵理论的理论体系,掌握研究分子和晶体结构的近代物理方法;
G3:掌握原子结构,分子结构和晶体结构,理解微观粒子体系的结构与性质的本质联系。
绪论
0.1 结构化学的研究目的和研究内容
0.2 结构化学的建立和发展
0.3 结构化学的重要性及学习方法
第一章 量子力学基础
1.1 微观粒子的运动特征
1.2 量子力学基本假设
1.3 箱中粒子的Schrödinger方程及其解
量子力学基础单元测验
第二章 原子结构
2.1 单电子原子的Schrödinger方程及其解
2.2 量子数的物理意义
2.3 波函数和电子云的图形
2.4 多电子原子的结构
2.5 原子光谱
原子结构单元测验
第三章 双原子分子的结构化学
3.1 化学键概述
3.2 H2+的结构和共价键的本质
3.3 分子轨道理论和双原子分子的结构
3.4 分子光谱
双原子分子结构单元测验
第四章 分子的对称性
4.1 对称操作和对称元素
4.2 对称操作群及对称元素的组合
4.3 分子的点群
4.4 分子的偶极矩和极化率 & 4.5 分子的手性和旋光性
分子的对称性单元测验
第五章 多原子分子的结构
5.1 价电子对互斥理论
5.2 杂化轨道理论
5.3 离域分子轨道理论
5.4 休克尔分子轨道方法
5.5 离域π键与共轭效应
5.6 分子轨道的对称性和反应机理
多原子分子的结构单元测试
第六章 配位化合物的结构
6.1 概述
6.2 配位场理论
6.3 Sigma−Pi配键及有关配位化合物的结构和性质
配位化合物的结构单元测验
第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质
7.1 晶体结构的周期性和点阵
7.2 晶体结构的对称性
7.3 点阵的标记和点阵平面间距
7.4 空间群及晶体结构的表达
7.5 晶体的结构和晶体的性质
7.6 晶体的衍射
晶体的结构单元测验
拓展:结构化学的应用与进展
结构化学应用与进展
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周公度、段连运:《结构化学基础》北京大学出版社,2017年,第五版。
徐光宪、王祥云:《物质结构》,高等教育出版社,1987年,第二版。
潘道皑、赵成大和郑载兴《物质结构》,高等教育出版社,1989年,第二版.
李炳瑞,结构化学(第三版),高等教育出版社,2017
孙宏伟,结构化学,高等教育出版社,2016
Q : 怎么才能学好结构化学?
A : 持之以恒,按照开课进度来学习,认真完成每个视频中的问题和章测验。要善于从结构化学学习内容抓准重点,找到难点,以便在课上课下能重点反复学习,巩固知识点。
Q : 怎样处理结构化学与数学的关系?
A : 结构化学的目标是为化学服务,而不要苦苦深陷于一些繁琐的数学推导。尤其对于本科阶段,要求掌握的主要是基本概念和原理。在学习结构化学的过程中不要过多的深究具体的数学推导过程。
Q : 我以前无机化学、有机化学、物理化学没有学好,能参加这门课程的学习吗?
A : 没有问题,学生可以通过学习找到以前学习课程的短板,通过学习促进自己对化学系列课程知识的理解和认识,提高自己的理论基础。
Q : 学习这门课程我还需要注意什么?
A : 1. 注意逻辑推理的思维方法,反复体会感性认识和理性认识的相互关系;2. 多做习题,学会解题方法。很多东西只有通过解题才能学到,不会解题,就不可能掌握结构化学;3. 课前自学,课后复习,勤于思考,培养自学和独立工作的能力。