MTSD@UPC 结构化学 任浩 材料物理系 renh@upc.edu.cn 2022/3/24 材料化学系：结构化学 1
MTSD@UPC 结构化学 任 浩 材料物理系 renh@upc.edu.cn 2022/3/24 材料化学系：结构化学 1
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 学科门类 自然科学基金委分类 (pre-2021) ·合成化学 。 化学理论与机制(2021-) ·四大化学 ·催化与表界面化学 ·化学理论与机制 ·化学理论与方法 ·无机化学 ·理论与计算化学 ·化学模拟与应用 ·化学热力学 ·有机化学 ·化学动态学 ·化学热力学 结构化学 。 光化学与光谱学 ·化学动力学 ·分析化学 化学反应机制 ·结构化学 ·物理化学 ·高分子物理与高分子物理化学 ·化学信息学 ·光化学与光谱学 ·量子化学 ·化学测量学 ·化学反应机制 ·材料化学与能源化学 ·分子电子学与分子磁学 ·环境化学 ·化学生物学 ·高分子物理与高分子物理化学 ·化学工程与工业化学 ·化学信息学与人工智能 Branches of Chemistry ·化学程序与软件 Organic Analytical Physical 2022/3/24 材料化学系：结构化学 3
MTSD@UPC • 四大化学 • 无机化学 • 有机化学 • 分析化学 • 物理化学 • 量子化学 2022/3/24 材料化学系：结构化学 3 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 学科门类 • 自然科学基金委分类（pre-2021） • 合成化学 • 催化与表界面化学 • 化学理论与机制 • 理论与计算化学 • 化学热力学 • 化学动态学 • 结构化学 • 光化学与光谱学 • 化学反应机制 • 高分子物理与高分子物理化学 • 化学信息学 • 化学测量学 • 材料化学与能源化学 • 环境化学 • 化学生物学 • 化学工程与工业化学 • 化学理论与机制（2021-） • 化学理论与方法 • 化学模拟与应用 • 化学热力学 • 化学动力学 • 结构化学 • 光化学与光谱学 • 化学反应机制 • 分子电子学与分子磁学 • 高分子物理与高分子物理化学 • 化学信息学与人工智能 • 化学程序与软件
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 化学 化学：研究物质及其变化的科学 Chemistry is the scientific discipline involved with elements and compounds composed of atoms molecules and ions:their composition,structure,properties,behavior and the changes they undergo during a reaction with other substances.In the scope of its subject,chemistry occupies an intermediate position between physics and biology.It is sometimes called the central science because it provides a foundation for understanding both basic and applied scientific disciplines at a fundamental level.For example,chemistry explains aspects of plant chemistry(botany),the formation of igneous rocks(geology),how atmospheric ozone is formed and how environmental pollutants are degraded(ecology),the properties of the soil on the moon (astrophysics),how medications work(pharmacology),and how to collect DNA evidence at a crime scene (forensics). https://en.wikipedia.org/wiki/Chemistry 2022/3/24 材料化学系：结构化学 4
MTSD@UPC 化学：研究物质及其变化的科学 Chemistry is the scientific discipline involved with elements and compounds composed of atoms, molecules and ions: their composition, structure, properties, behavior and the changes they undergo during a reaction with other substances. In the scope of its subject, chemistry occupies an intermediate position between physics and biology. It is sometimes called the central science because it provides a foundation for understanding both basic and applied scientific disciplines at a fundamental level. For example, chemistry explains aspects of plant chemistry (botany), the formation of igneous rocks (geology), how atmospheric ozone is formed and how environmental pollutants are degraded (ecology), the properties of the soil on the moon (astrophysics), how medications work (pharmacology), and how to collect DNA evidence at a crime scene (forensics). https://en.wikipedia.org/wiki/Chemistry 2022/3/24 材料化学系：结构化学 4 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 化学
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 物理化学 利用数学语言与物理概念，建立并发展化学原理 ·热力学(Thermodynamics) ·宏观平衡态性质及其变化 热力学 ·量子化学(Quantum Chemistry) ·分子原子结构及光谱 ·统计力学(Statistical Mechanics) 统计力学 动力学 ·微观和宏观的桥梁 ·动力学(Kinetics) ·变化速率 量子化学 2022/3/24 材料化学系：结构化学 5
MTSD@UPC 利用数学语言与物理概念，建立并发展化学原理 • 热力学（Thermodynamics） • 宏观平衡态性质及其变化 • 量子化学(Quantum Chemistry) • 分子原子结构及光谱 • 统计力学(Statistical Mechanics) • 微观和宏观的桥梁 • 动力学(Kinetics) • 变化速率 2022/3/24 材料化学系：结构化学 5 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 物理化学 统计力学 动力学 热力学 量子化学
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 物理化学的历史 ·l887年，Zeitschrift fur Physikalische Chemie,W.Ostwald& J.H.van't Hoff Ostwald: ZEITSCHRIFT ·化学平衡、化学动力学、溶液； PHYSIKALISCHE CHEMIE 第一本物理化学教材； T ·引荐Gibbst的工作； ·诺贝尔奖首次提名爱因斯坦； W0TADm.是ATo ·不喜欢原子论(till1908).… ·物理化学学科的创建者 Ostwald,van't Hoff,Gibbs,and Arrhenius Physical chemistry is power,it is exactness,it is life -in“Arrowsmith”by Sinclair Lewis in I925 2022/3/24 材料化学系：结构化学 6
MTSD@UPC • 1887年，Zeitschrift für Physikalische Chemie, W. Ostwald & J. H. van’t Hoff • Ostwald: • 化学平衡、化学动力学、溶液； • 第一本物理化学教材； • 引荐Gibbs的工作； • 诺贝尔奖首次提名爱因斯坦； • 不喜欢原子论(till 1908)…… • 物理化学学科的创建者 • Ostwald, van’t Hoff, Gibbs, and Arrhenius • Physical chemistry is power, it is exactness, it is life. -- in “Arrowsmith” by Sinclair Lewis in 1925 2022/3/24 材料化学系：结构化学 6 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 物理化学的历史
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 到底是什么？ 结构化学是个杂烩 ·量子力学基础 ·计算化学基本概念 ·对称性及群论 ·光谱与动力学 ·固体能带结构 2022/3/24 材料化学系：结构化学 7
MTSD@UPC 结构化学是个杂烩…… • 量子力学基础 • 计算化学基本概念 • 对称性及群论 • 光谱与动力学 • 固体能带结构 2022/3/24 材料化学系：结构化学 7 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 到底是什么？
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 量子化学简史 Long long ago...(before 1900) ·物理化学主要研究宏观性质 ·1925-1926:量子力学剑立 ·深入至分子尺度 H H:H H-H ·1926:Heitler&London,量子力学处理氢分子 ·1927:Hartree,自洽场方法 ·l930:Slater&Fock,Hartree-Fock方法 ·1964-1965:密度泛函理论 DFT ·1970s:Gaussian70及其后续版本 ion ·1990s:化学精度的量子化学从头计算 ·2010s:量子化学与固体物理两个社区的融合 2022/3/24 材料化学系：结构化学 8
MTSD@UPC • Long long ago… (before 1900) • 物理化学主要研究宏观性质 • 1925-1926：量子力学创立 • 深入至分子尺度 • 1926: Heitler & London, 量子力学处理氢分子 • 1927: Hartree, 自洽场方法 • 1930：Slater & Fock, Hartree-Fock 方法 • 1964-1965：密度泛函理论 • 1970s：Gaussian70及其后续版本 • 1990s：化学精度的量子化学从头计算 • 2010s：量子化学与固体物理两个社区的融合 2022/3/24 材料化学系：结构化学 8 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 量子化学简史
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 主要参考资料 ·P.Atkins&J.de Paula,.Physical Chemistry”,第二部 分，第10版，W.H.Freeman and Company,20l4. ·D.A.McQuarrie,“Quantum Chemistry”,第2版， University Science Books,2008 ·赵新生，蒋鸿，《中级物理化学》，第2版，北京大 学出版社，2019. ·李俊清，何天敬，《物质结构导论》，前6章，中国 科学技术大学出版社，1990. ·孙宏伟，《结构化学》，高等教育出版社，2016. 2022/3/24 材料化学系：结构化学
MTSD@UPC • P. Atkins & J. de Paula, “Physical Chemistry”, 第二部 分，第10版，W. H. Freeman and Company，2014. • D. A. McQuarrie, “Quantum Chemistry”，第2版， University Science Books, 2008. • 赵新生，蒋鸿，《中级物理化学》，第2版，北京大 学出版社，2019. • 李俊清，何天敬，《物质结构导论》，前6章，中国 科学技术大学出版社，1990. • 孙宏伟，《结构化学》，高等教育出版社，2016. 2022/3/24 材料化学系：结构化学 9 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 主要参考资料
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 进阶阅读 ·量子力学 R.Shankar,"Principles of Quantum Mechanics",2nd Ed,Plenum Press, 1994. J.J.Sakurai,"Quantum Mechanics",Rev.Ed,Addison-Wesley,1994. ·C.Cohen-Tannoudji,“Quantum Mechanics I'”',(科恩·塔诺季，量子力学， 刘家谟等译，高等教育出版社，2014年). ·量子化学 P.Atkins R.Friedman,"Molecular Quantum Mechanics",5th Ed,Oxford University Press,.20ll.(初级) ·I.R.Levine,.“Quantum Chemistry'',7hEd,Pearson,20l4.(初级) ·A.Szabo&N.Ostlund,Modern Quantum Chemistry”,Dover,l982.(初 中级) ·分子光谱 J.Hollas,Modern Spectroscopy",4th Ed,John Wiley Sons,2004. J.McHale,"Molecular Spectroscopy",2nd Ed,CRC Press,2017. 2022/3/24 材料化学系：结构化学 10
MTSD@UPC • 量子力学 • R. Shankar, “Principles of Quantum Mechanics”, 2 nd Ed, Plenum Press, 1994. • J. J. Sakurai, “Quantum Mechanics”, Rev. Ed, Addison-Wesley, 1994. • C. Cohen-Tannoudji, “Quantum Mechanics I”, (科恩·塔诺季，量子力学， 刘家谟等译，高等教育出版社，2014年). • 量子化学 • P. Atkins & R. Friedman, “Molecular Quantum Mechanics”, 5 th Ed, Oxford University Press, 2011. （初级） • I. R. Levine, “Quantum Chemistry”, 7 th Ed, Pearson, 2014.（初级） • A. Szabo & N. Ostlund, “Modern Quantum Chemistry”, Dover, 1982. （初 中级） • 分子光谱 • J. Hollas, “Modern Spectroscopy”, 4 th Ed, John Wiley & Sons, 2004. • J. McHale, “Molecular Spectroscopy”, 2nd Ed, CRC Press, 2017. 2022/3/24 材料化学系：结构化学 10 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 进阶阅读
第○章绪论 MTSD@UPC 第一节结构化学是什么？ 到底讲什么？ ·量子力学基础 数理基础： ·描述微观世界动力学规律 ·单变量微积分 ·基本公设+逻辑演绎 多变量微积分 ·分子结构 级数 ·价键、分子轨道 简单微分方程 ·计算化学初步 复数的概念 失量和矩阵的概念 ·光谱 线性变换 ·最重要的表征和检测手段 。 普通物理或物理化学 ·转动、振动及电子光谱 ·磁共振谱 ·对称性和群论 课程所需数学工具会随堂讲授， 考试内容以本课件为准。 ·对称性的描述 ·对称性的数学结构 2022/3/24 材料化学系：结构化学 11
MTSD@UPC • 量子力学基础 • 描述微观世界动力学规律 • 基本公设+逻辑演绎 • 分子结构 • 价键、分子轨道 • 计算化学初步 • 光谱 • 最重要的表征和检测手段 • 转动、振动及电子光谱 • 磁共振谱 • 对称性和群论 • 对称性的描述 • 对称性的数学结构 2022/3/24 材料化学系：结构化学 11 第〇章 绪论 第一节 结构化学是什么？ 到底讲什么？ 数理基础： • 单变量微积分 • 多变量微积分 • 级数 • 简单微分方程 • 复数的概念 • 矢量和矩阵的概念 • 线性变换 • 普通物理或物理化学 课程所需数学工具会随堂讲授， 考试内容以本课件为准