2015年《结构化学》电子课件-孙宏伟2015chap0

NankaiUniversity《结构化学》绪论孙宏伟•Email:[e-mail]•服务器：结构化学StructuralChemistryNankaiUniversity《结构化学》绪论绪论一、结构化学研究的主要内容二、结构化学发展历史与Nobel奖三、学习结构化学的重要性四、结构化学课程的特点及学习方法五、学习要求六、参考书NankaiUniversity《结构化学》绪论一、结构化学研究的主要内容•绪论•第一章量子力学基础•第二章原子结构•第三章共价键理论•第四章HMO理论•第五章计算化学(讲座)•第六章分子对称性•第七章晶体学基础•第八章金属和离子晶体•第九章结构测定方法•模型实习在原子、分子水平上讨论物质的性质与电子结构和空间结构间的关系NankaiUniversity《结构化学》绪论663p•研究对象：原子、分子和晶体的微观结构、运动规律以及结构和性质之间关系。NankaiUniversity《结构化学》绪论•理论基础—量子力学•技术基础—现代分析测试仪器ˆHENankaiUniversity《结构化学》绪论•核心内容电子结构——描述电子运动状态的波函数空间结构——分子和晶体在空间的排布0246810-0.10.00.10.20.30.40.5E1E2ExpEnergy(a.u.)R(a.u.)成键分子轨道成键分子轨道反键分子轨道反键分子轨道NankaiUniversity《结构化学》绪论量子力学基础结构化学的理论基础，微观粒子的运动规律、本质I.微观粒子的运动特征量子力学基本概念II.量子力学基本假设量子力学的理论体系III.量子力学的简单运用量子力学一般应用方法||2dxx+dx||2xdx电子枪金属箔胶片NS电子枪金属箔胶片NSNankaiUniversity《结构化学》绪论(r)r/a01sPartII原子结构研究原子的电子结构和性质I.单电子原子的结构薛定谔方程精确解II.多电子原子结构近似解III.原子光谱多电子原子状态组态光谱项光谱支项蔡曼分裂中心势场电子瞬间作用旋轨耦合作用外磁场NankaiUniversity《结构化学》绪论《结构化学》绪论射线衍射法晶体结构测定方法入射线法线衍射方向晶面晶面入射线法线衍射方向晶面晶面m26NankaiUniversity《结构化学》绪论结构化学相关学科•量子力学基础•原子结构•分子结构(电子)•分子对称性•晶体结构•X射线衍射•分子结构测定方法量子力学原子物理量子化学群论晶体学X射线晶体学结构分析NankaiUniversity《结构化学》绪论二、结构化学发展历史与Nobel奖1.量子力学(QM—QuantumMechanics)普朗克(1858-1947,MaxKarlErnstLudwigPlanck)因发现能量子(量子理论)获1918年Nobel物理奖爱因斯坦(1879-1955,AlbertEinstein)因在数学物理方面的成就，特别是发现了光电效应规律，获1921年Nobel物理奖尼尔斯·玻尔(1885-1962,NielsHenrikDavidBohr)因原子结构和原子辐射的研究,获1922年Nobel物理奖德布罗意(1892-1987,LouisVictorDeBroglie)因发现电子的波动性，获1929年Nobel物理奖E=hvE=mc2v=E/h=h/pNankaiUniversity《结构化学》绪论海森伯(1901-1976,WernerHeisenberg)因创立量子力学和应用该理论发现氢的同位素1932年获Nobel物理奖薛定谔(1887-1961,ErwinSchrödinger)发现原子理论的有效新形式波动力学狄拉克(1902-1984,PaulAdvienMauriceDirac)相对论性的波动力学方程1933年获Nobel物理奖泡利(1900-1958,WolfgangPauli)发现Pauli不相容原理,1945年获Nobel物理奖波恩(1882-1970,MaxBorn)量子力学基础研究，特别是波函数的统计解释,1954年获Nobel物理奖以上均获Nobel物理奖pqhˆHE(,)1(,)xtimxttiNankaiUniversity《结构化学》绪论《结构化学》绪论岁(1905年)玻尔原子结构模型28岁(1913年)德布罗意电子波动性31岁(1923年)海森堡创立量子力学24岁(1925年)泡利泡利不相容原理24岁(1924年)狄拉克相对论量子力学25岁(1927年)乌仑贝克电子自旋假设25岁(1925年)古兹米特电子自旋假设23岁(1925年)薛定谔波动量子力学39岁(1926年)波恩波函数的概率解释45岁(1927年)NankaiUniversity《结构化学》绪论鲍林(1901-1994,LinusCarlPauling)因对化学键本质的研究并用以阐明复杂物质的结构,1954年Nobel化学奖,1962年Nobel和平奖马利肯(1896-1986,RobertSandersonMulliken)因在分子化学键和电子结构方面的奠基性工作—分子轨道理论,1966年获Nobel化学奖2.量子化学(QC—QuantumChemistry)福井谦一(1918-1998,FukuiKenichi)前沿轨道理论霍夫曼(1937-,RoaldHoffmann)分子轨道对称守恒原理1981年获Nobel化学奖Goodtheoreticalmodelsprovideguidanceforexperimentalresearchersandsavethemtime.Fukui'sandHoffmann'stheoriesaremilestonesinthedevelopmentofourunderstandingofthecourseofchemicalreactions.顺旋对旋31234**ASASAASS丁二烯环丁烯对旋NankaiUniversity《结构化学》绪论科恩(1923-,WalterKohn)因发展密度泛函理论波普尔(1925-2004JohnAnthonyPople)因发展量子化学的计算方法1998年Nobel化学奖DFT方法是当今最为常用的量子化学方法之一。它比基于波函数的一些现代方法更简单，所以可用于大分子计算。目前，可以用来处理几百个原子的体系。DFT已引起量子化学的第二次革命，没有Kohn的先驱性工作这是决不可能的。30年前，量子化学的努力被许多化学家嘲笑为无用的事情，影响很小。当今已完全不同了，毫无疑问，人们已认识到了量子化学的用处和巨大威力。这种突破是最近一二十年化学中最主要的发展之一。在这些做出突破贡献的众多科学家中，Pople是最重要和取决定性作用的代表。Pople已成为大师级创造者，他使化学家采用量子化学方法连同他们的实验仪器作为日常工具成为可能。)()(ˆttitFKSNankaiUniversity《结构化学》绪论(1930-)forthedevelopmentofmultiscalemodelsforcomplexchemicalsystemsMichaelLevitt(1947-)AriehWarshel(1940-)Chemistsusedtocreatemodelsofmoleculesusingplasticballsandsticks.Today,themodellingiscarriedoutincomputers.Inthe1970s,MartinKarplus,MichaelLevittandAriehWarshellaidthefoundationforthepowerfulprogramsthatareusedtounderstandandpredictchemicalprocesses.Computermodelsmirroringreallifehavebecomecrucialformostadvancesmadeinchemistrytoday.2013年Nobel化学奖NankaiUniversity《结构化学》绪论研究物质结构的实验方法对人们了解和掌握微观世界的运动规律有重要的作用，在这方面也有许多重要的发现/发明改变了人们的认识。NankaiUniversity《结构化学》绪论)X射线衍射法伦琴(1845-1923,WilhelmConradRöntgen)发现X射线,1901年Nobel物理奖劳厄(1879-1960,MaxTheodorFelixVonLaue)发现X射线在晶体中的衍射,1914年Nobel物理奖亨利·布拉格(1862-1942,WilliamHenryBragg)劳伦斯·布拉格(1890-1971,WilliamLawrenceBragg)用X衍射研究晶体结构,191