高等结构分析
1 高等结构分析
1结构分析的意义 ◆结构:复杂物体的下一层的组织状况。包括成份及相互关系两 方面; ◆分析:是将复杂的物体分解为简单物体的过程。 综合:是将简单物体合并为复杂物体的过程 分析和综合是对立的,但又是互补的 可通过分析来认识综合体,也可通过综合来达到分析的目的 化学研究的主要内容是合成和表征。表征就是弄清物质结构及 其和性能的关系,即结构分析。物质结构决定物质性质、材料 性能和应用。在物质结构和性能关系清楚的基础上才能设计出 需要性能的新结构,合成出新物质,获得新材料。 ◆结构及结构和性能的关系的研究已成为化学研究之主要内容之 结构的知识是化学工作者必备的知识;利用各种结构分析 的方法来熟练的进行结构分析也已成为化学工作者必须掌握的 技能
2 1.1 结构分析的意义 结构：复杂物体的下一层的组织状况。包括成份及相互关系两 方面； 分析：是将复杂的物体分解为简单物体的过程 。 综合：是将简单物体合并为复杂物体的过程。 分析和综合是对立的，但又是互补的。 可通过分析来认识综合体，也可通过综合来达到分析的目的 化学研究的主要内容是合成和表征。表征就是弄清物质结构及 其和性能的关系，即结构分析。物质结构决定物质性质、材料 性能和应用。在物质结构和性能关系清楚的基础上才能设计出 需要性能的新结构，合成出新物质，获得新材料。 结构及结构和性能的关系的研究已成为化学研究之主要内容之 一；结构的知识是化学工作者必备的知识；利用各种结构分析 的方法来熟练的进行结构分析也已成为化学工作者必须掌握的 技能
1.2结构分析的内容 化学是一门研究分子的形成、变化和性能的科学 分子可以单个分子或聚集态被应用。最终目的是获得具有 人类需要性能的新物质、新材料: 化学结构主要包括分子结构和聚集态结构两个层次 它包括聚集态结构、分子几何结构(原子、基团的三维空 间排列)及电子结构(原子间或分子间的相互作用)三个 方面。 聚集态结构 分子与晶体结构 电子结构
3 1.2 结构分析的内容 化学是一门研究分子的形成、变化和性能的科学， 分子可以单个分子或聚集态被应用。最终目的是获得具有 人类需要性能的新物质、新材料； 化学结构主要包括分子结构和聚集态结构两个层次， 它包括聚集态结构、分子几何结构（原子、基团的三维空 间排列）及电子结构（原子间或分子间的相互作用）三个 方面。 聚集态结构 分子与晶体结构 电子结构
1.2.1聚集态结构 物相结构 显微结构 空间分布 1.2.2分子与晶体结构 基团和模块结构:有机基团,无机多面体, 生物模块 分子与晶体结构 构型与构象 1.2.3电子结构 原子间或分子间的相互作用,即各种电子
4 1.2.1 聚集态结构： • 物相结构 • 显微结构 • 空间分布 1.2.2 分子与晶体结构 • 基团和模块结构：有机基团，无机多面体， 生物模块 • 分子与晶体结构 • 构型与构象 1.2.3 电子结构 • 原子间或分子间的相互作用，即各种电子 态
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C O(w) Q(6 N(6) O(3 n(5) C 3 O(2) a N
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Rb6 PbsCt16的品体结构图 阳高子多面体性传列而成
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1.3结构分析的方法 1.3.1化学结构分析的方法: X射线衍射,可以直接和精确测定分子和晶体结构的 方法, 各种光谱技术,可以在液体中测定分子结构, 分子模拟、量子力学计算
8 1.3 结构分析的方法 。 1.3.1 化学结构分析的方法： • X射线衍射，可以直接和精确测定分子和晶体结构的 方法， • 各种光谱技术，可以在液体中测定分子结构， • 分子模拟、量子力学计算
1.3.2波与物质的相互作用 结构分析的实验方法有一个相似的过程: ◆用某一种波,或说某种粒子,使与被测定对象发生作用, 改变被测定对象中的原子或分子的核或电子的某种能态、 甚至解离, ◆造成入射波(粒子)的散射、衍射及吸收,入射波的强 度会减弱,还会产生不同波长的波或粒子, ◆记录各种波或粒子的强度与波长的关系,或强度与位置 的关系,得到各种共振谱、光谱、衍射谱或像, ◆依据已知的这些谱或像与结构的关系,对谱或像进行分 析,即可得出各种结构数据
9 1.3.2 波与物质的相互作用 结构分析的实验方法有一个相似的过程： 用某一种波，或说某种粒子，使与被测定对象发生作用， 改变被测定对象中的原子或分子的核或电子的某种能态、 甚至解离， 造成入射波（粒子）的散射、衍射及吸收，入射波的强 度会减弱，还会产生不同波长的波或粒子， 记录各种波或粒子的强度与波长的关系，或强度与位置 的关系，得到各种共振谱、光谱、衍射谱或像， 依据已知的这些谱或像与结构的关系，对谱或像进行分 析，即可得出各种结构数据
表1-1电磁波各光谱区的一些参数及相应的结构分析方 法 光谱区波长nm波数)m频率(v)能量leV对应分析 HZ 方法 无线电波103-100106~104105~109100~103核磁共振 微波 1041010-10101010-10顺磁共振拉 红外光100~1010~10 10-1010-10红外光谱曼 可见光8×103~1.3×1042.538×1014~1.6-101可见光谱光 4×10 10 15 紫外光4×102~2.5×104~10510151.5×10~102紫外光谱 10 16 射线102~10210~108106~1018103-10X射线光谱 10
10 表1-1 电磁波各光谱区的一些参数及相应的结构分析方 法 光谱区 波长/nm 波数 1 ( )/ − cm 频率()/ Hz 能量/eV 对应分析 方法 无线电波 1013~1010 10-6 ~10-4 105 ~109 10-10~10-5 核磁共振 微波 109 ~106 10-3 ~101 109 ~1011 10-5 ~10-3 顺磁共振 红外光 106 ~103 101 ~104 1012~1014 10-2 ~100 红外光谱 可见光 8102 ~ 4102 1.3104 ~2.5 104 3.81014 ~ 1015 1.6~101 可见光谱 紫外光 4102 ~ 1102 2.5104 ~105 1015~1.5 1016 101 ~102 紫外光谱 X 射线 102 ~10-2 106 ~108 1016~1018 103 ~106 X射线光谱 拉 曼 光 谱