《结构化学》 主讲教师:谢修银
《结 构 化 学》 主讲教师：谢修银
绪论 ◆慨念:应用量子力学基本原理及现代试测方法 研究微观粒子的结构,及其结构与物质 的物理、化学性能之间的联系 ◆微观粒子:原子分子配合物晶体等 ◆现代试测方法:紫外红外核磁质谱Ⅹ-衍射 UI IR NMR Ms X-ray
绪 论 慨念：应用量子力学基本原理及现代试测方法 研究微观粒子的结构，及其结构与物质 的物理、化学性能之间的联系 微观粒子：原子 分子 配合物 晶体 等 现代试测方法：紫外 红外 核磁 质谱 X-衍射 UI IR NMR MS X-ray
◆目的:培养学生用微观结构的观点,分析和 解决有关化学问题的能力 ◆研究方法:1、演绎法:量化计算 2、归纳法:实验分析
目的：培养学生用微观结构的观点，分析和 解决有关化学问题的能力 研究方法：1、演绎法：量化计算 2、归纳法：实验分析
微观粒子和宏观物体的区别 ◆粗略划分m≤分子质量微观粒子 m>>分子质量宏观物体 运动特性区别 ●宏观物体 微观粒子 1、线度大 线度小 2、变化的连续性 变化的量子化特征 3、位置和速度可同时确定无运动轨道,只有几率分布 4、波性和粒性不可调和具有波粒二象性 5、服从牛顿力学 服从量子力学
微观粒子和宏观物体的区别 粗略划分 m ≤分子质量 微观粒子 m >>分子质量 宏观物体 运动特性区别 ⚫ 宏观物体 1、 线度大 2、变化的连续性 3、位置和速度可同时确定 4、波性和粒性不可调和 5、服从牛顿力学 ⚫ 微观粒子 线度小 变化的量子化特征 无运动轨道，只有几率分布 具有波粒二象性 服从量子力学
第一章量子力学基础 §1-1旧量子论 十九世纪末和二十世纪初,物理学界出现了一些用当时 理论无法解释的现象——悖论 黑体辐射和 Planck量子论 黑体辐射:能够完全吸收外来电磁波的物体,当加热时 它又能发射各种不同波长的电磁波。 吸收系数ao=1 反射系数y0=0 1897—-1899年间,不少科学家用空腔代替理想黑体 找当T一定时,辐射能E2--的对应关系
第一章 量子力学基础 §1-1 旧量子论 十九世纪末和二十世纪初，物理学界出现了一些用当时 理论无法解释的现象——悖论。 一、黑体辐射和Planck量子论 黑体辐射：能够完全吸收外来电磁波的物体，当加热时 它又能发射各种不同波长的电磁波。 吸收系数 a0 =1 反射系数 0 = 0 1897——1899年间，不少科学家用空腔代替理想黑体 找 当T一定时，辐射能 E − − 的对应关系
山形曲线 max mnax 黑体辐射实验 E2--2图 由实验知:1max71=常数 且:E2=f(,7) 怎样解释这一实验现象? 经典力学解释:出发点—经典电磁波理论 能量按自由度均分。KT
黑体辐射实验 n 2 1 E max max E − − 图 T1 T2 由实验知： i,max Ti = 常数 且： E f (,T ) = 怎样解释这一实验现象？ 1、经典力学解释：出发点——经典电磁波理论 能量按自由度均分 KT i 2 山形曲线
推导出公式:E2=2mCKT4 E 理论线 讨论:①当λ→>∞,E,→0 实验线 ②当λ→>0,E2→∞(紫外灾难) 这种理论解释与实验不符 2、 Planck的量子化处理及解释: 1900年 Planck提出假设:振子能量是量子化的 E=mhv,n=1,2,… 振子的分布符合玻尔兹曼统计规律 =Ne 8:/kT 推导出公式:E2=2mc2x5 hc/kT
推导出公式： 4 2 − E = CKT 讨论：① 当 ② 当 → → → → ,E ,E 0 0 （紫外灾难） E 理论线 实验线 这种理论解释与实验不符。 2、 Planck的量子化处理及解释： 1900年Planck提出假设：振子能量是量子化的 E = nh 0 , n =1,2, 振子的分布符合玻尔兹曼统计规律 kT i i N N e / 0 − = 推导出公式： 1 1 2 2 5 − = − hc / k T e E hc
讨论:①当→∞,∵e hc/nkT =1+ hC… 2kT e=2zhc2a-5 2 actH-+→0 hc 1+ nkT 低频区符合很好 ②当兄→>0, hC/2kT_1 hc/nkT a=2rc ha-5.p-hc/akT >0 高频区符合很好 式中h为 Planck常数。 由于 Planck很好的解释了黑体辐射现象,由此确立振子能 量量子化理论
讨论： ①当 → = + + k T hc , e hc / k T 1 2 0 1 1 1 2 2 5 = 4 → + − = − − ckT k T hc E hc 低频区符合很好 ②当 hc / k T hc / k T , e e →0 −1 2 0 E = c 2 h −5 e −hc / k T → 高频区符合很好 式中 为Planck常数。 由于Planck很好的解释了黑体辐射现象，由此确立振子能 量量子化理论。 h
光电效应和 Einstein光子学说: 1887年赫兹( Hertz)发现了光电现象 光 照射金属薄片 产生光电子 如何解释这一实验现象? Einstein解释:依能量守恒 照射光的能量=光电子运动动能+脱出功 2 12-+ 整理为 hw 0一 (y=ax+b) 不同材料 斜率h=6.626×10-3J.s mu 0—临阈频率
二、光电效应和Einstein光子学说： 1887年赫兹（Hertz）发现了光电现象 光 照射金属薄片 产生光电子 如何解释这一实验现象？ Einstein解释：依能量守恒 照射光的能量=光电子运动动能+脱出功 m h w h m w = − = + 0 2 2 0 2 1 2 1 整理为 ( y = ax + b ) 2 2 1 m 不同材料 斜率 0 ——临阈频率 h = . J s −34 6 626 10
< 无光电子 照射光的频率v=v0跃跃欲射 有光电子 由于 Einstein成功解释了光电效应,1905年他提出光子学说: 1、光的粒子性:光是光子流P=mn△NdN 0△zdr 2、光的能量是量子化的:E=hv只由v决定 推论:1、光子有质量:∵E=mc2,E=hv .n= C 2、光子的静质量为零:∵m →0(U=c)
照射光的频率 0 = 无光电子 跃跃欲射 有光电子 由于Einstein成功解释了光电效应，1905年他提出光子学说： 1、光的粒子性：光是光子流 d N dN lin = = →0 2、光的能量是量子化的： E = h 只由 决定 推论：1、光子有质量： c h c h m E mc , E h = = = = 2 2 2、光子的静质量为零： ) ( c ) c m m ( ) c ( m m = − = − = 1 0 1 2 0 2 0