1、第一章 量子力学基础简介,本章要求:,1、了解量子力学处理问题的方法,2、理解微观粒子波粒二象性的含义,3、理解 基本概念:算符、本征方程、本征值、本征函数,基本公式:,P = h/mv = h/ E = h XP h (应用),2、的意义 的品优条件 正交归一性 归一化系数的求算,波函数,薛定谔方程的两种表达形式,X、2X图的特征线性算符的判断本征函数、本征值的判断,一维势箱,例1 求 =A(31+22+3)中的归一化系数A,式中1、2和3是正交归一化波函数。,例2、下列函数哪几个是算符d2/dy2的本征函数。若是其本征值是多少? e-y 、 y3 、 alogy、 5cos(4y)、,是
2、本征值为1,是 本征值为-16,例3、 d/d、log、dx、( )2算符中哪些是线性算符,例4、已知在一维势箱中运动的粒子,其第一激发态的能量为40 ev,则求其基态能量,又 基态: n=1,第一激发基态: n=2,即 基态能E1=10 ev,第二章 原子的结构和性质,本章要求:,一、氢原子的结构1、原子的薛定谔方程的表达式及中各项的物理意义。,2、H原子薛定谔方程解的讨论:量子数n、l、m 、ms的物理意义、n, l, m, ms取值情况 (是否合理),3、原子轨道的能量、角动量、角动量在磁场方向的分量的计算,3、基态原子的Slater行列式,二、多电子原子的结构,三、原子光谱项,2、多电
3、子原子的能量计算,1、多电子原子的薛定谔方程,1、由原子的电子组态写原子的光谱项、光谱支项,2、由原子的电子组态写原子基态光谱项,3、由原子的基态光谱项推原子的电子组态,4、波函数的角度分布图,例1、试计算氢原子3Pz态的能量E、角动量、角动量在磁场方向的分量?(He+、Li2+),解: H原子为单电子体系,3Pz nlm310,角动量在磁场方向的分量,角动量,角动量耦合规则:,符号 2S+1L L = 0,1,2,3,4S,PD,F,G,推导等价电子组态光谱项的经验规则:奇对奇,偶对偶,例2 求p1d1组态的光谱支项 2S+1LJ,单重态,三重态,单重态,三重态,单重态,三重态,2S+1L:
4、 1G 3F 1D 3P 1S,例3 d2 s1 = s2= 1/2,例4、求s2d3组态的基态光谱支项,MSmax=1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2 Smax= 3/2MLmax= 2 + 1 + 0 = 3 Lmax= 3 J = 9/2, 7/2, 5/2, 3/2,基态光谱项: 4F 基态光谱支项: 4F3/2,例1、已知:Ni(28) 基态光谱项3F4 , 确定其Ni电子组态, 2S+1=3 S=1 有两个未成对电子,Smax= 1 则 Lmax= 3,1s22s22P63s23P63d10 1s22s22P63s23P64s13d9 (3D ),1s22s22P63s23
5、P64s23d8 ,推广:N个电子的完全波函数的表达式为,归一化系数,上式即Slater行列式。特征,行:自旋轨道相同,列:电子标号相同,例 写出基态锂原子的(所有可能的)Slater行列式,已知:Li(1s22s1),第三章 共价键理论与分子结构,本章要求:,一、氢分子离子的结构1、某分子的薛定谔方程的表达式及方程式中各项的物理意义。,2、Sab、Hab、Haa的物理意义及取值范围,3、共价键的本质,二、MO轨道理论1、分子轨道的定义,2、MO的形成条件(成键三原则),3、MO的形成条件,4、MO的类型、符号、能级顺序,1S*1S2S*2S2PZ2PX=2Py*2PX=*2Py*2PZ,1S
6、*1S2S*2S2PX=2Py2PZ*2PX=*2Py*2PZ,分子组态 分子的磁性 键的类型 键级,5、双原子分子的结构,6、分子中键能、键长的相对大小的判断,4、由波函数的表达式作分子图 5、分子图的应用,二、HMO轨道理论,3、离域能、离域电子总能量、键能的计算,1、由分子结构式写休克尔行列式,2、离域键形成的条件及基本类型,三、分子的对称性和分子点群,1、判断分子所属点群,2、由分子的对称性或分子点群判断分子的耦极矩和分子的旋光性。,例1,O2 , O2+, O2-, O22-的键能次序是, O2: O(1s22s22p4),O2KK2s2*2s22pZ22pX2=2py2*2PX1=
7、*2py1,O2为顺磁性物质 P=2,一个键 2个三电子键,键型,结构式,同一周期或同一区(S或P)的双原子分子:P ,键能 ,键长 ,例2,写出 的休克尔行列式,与i 相邻的C原子所对应的元素为“1”其他均为“0”,其他元素:,对角线上的元素均为“x”;与x相邻的元素均为“1”;,例3,试用HMO法求烯丙基的电子总能量,离域能,键能和分子图,已知,成键电子的总能量:ED= 2E1 + E2= 2+2 +=3+2 ,离域能: DE= ED- EL= 3+2 2(+)+=0.8280,离域键键能:E=(Ei)AO中电子的能量 (Ei)MO中电子的能量=3-(2E1+E2)= -2 ,正四面体:
8、Td,正八面体: Oh,无i Cv,非线形分子,无Cn,有: Cs,无i,: C1,有i : Ci,特殊群,线形分子,有i Dh,有Cn 的C2,Dn,Dnd,Dnh,有d,有h,无dh,起点,有Cn,有v,有h,无vh,无Cn 的C2,Cn,Cnv,Cnh,例,下列分子生成何种离域键,例,判断分子所属点群、分子的极性、旋光性,CoF63- HCN CHBrFCl,Oh,Cv,C1,C2v,D2h,C2v,C3v,D5h,D5d,交错式,覆盖式,C2v,C2,丙二烯,D2d,经过中心C原子垂直于C2轴的2个C2轴,与两个平面成45交角。,C2轴穿过O-O键的中心和两个H连线的中心。,C2,D3
9、d,旋转一定角度的三氯乙烷,C3,Ci,C2h,萘的二氯化物,CS,C3h,C4h,船式环已烷,C2v,IF7,D5h,D3d,椅式环已烷,S8皇冠型构型,D4d,4个C2轴分别穿过S8环上正对的2个S原子,D2d,CCC,H H,H H,第四章 配合物的分子结构,本章要求:,一、晶体场理论,1、理解晶体场理论的要点,2、不同晶体场中d轨道的能级分裂情况,3、d轨道中电子的排布情况,4、强场配体、弱场配体的判断,5、晶体场稳定化能CFSE的计算CFSE=E分裂-Es=E分裂,6、晶体场稳定化能CFSE的计算,7、配合物性质的解释(稳定性、颜色、构型等),二、理解分子轨道理论,会用MO理论解释羰
10、基配合物、不饱和烃配合物的性质原子光谱化学序列、及成键情况、,8、姜-泰勒效应,例1,计算ML6Z- (MZ+:d7)的晶体场稳定化能当高、低自旋构型具有相同的稳定化能时,成对能P和晶体场分裂能0(10Dq)的关系 ?,例2 某AB6n-型配合物属于Oh点群,若中心原子A的d轨道电子数为5,试计算晶体场稳定化能,并简单说明你的计算方案的理由。,例3 试分析配位体轨道的能量比中心离子原来的t2g轨道的能量低或高、充满电子或空轨道情况,对配合物的生成有何影响?,此时配体为电子给予体,由于L中的电子进入成键MO使减小, 故常生成高自旋配合物,1、若(E)L (E )M ,而且充满电子,2、若(E)L
11、 (E )M ,而且是空轨道,此时配体为电子接受体,由于M中的电子进入成键MO ,使增大, 故常生成低自旋配合物,结构化学是基础化学到高等化学的阶梯,结构化学在整个化学各个基础学科中的位置,化学,实验化学,无机化学,有机化学,分析化学,理论化学,物理化学,结构化学,+结构化学,高等无机,高等有机,结构分析,高等物化,研究生阶段,本科阶段,用结构化学的各种原理去解释无机化学中的基本的结构和性质的关系,结构化学课程:是在完整的学科体系基础之上,系统的介绍整个化学中所需要的结构化学知识,先行课程(无机化学等)接触过一部分基础的结构化学理论,是作为最初的基础知识给大家作为普及用的.,结构化学与化学其他学科的关系:,从研究的角度看什么是化学?,化学 = 实验 + 测试 + 理论分析,合成、数据测量等,利用各种结构分析仪器了解物质的微观结构,只有将三者合起来才能真正的完成一个化学研究,科 学 研 究 路 线,实验现象,模 型 数学模型,已有知识 加以阐述,理论,科学规律,科学体系,总结规律,提出假设,实验验证 完善,多年检验,正确,逻辑完善,Yes,No,