1、黄正国(E-mail:Lab:明理楼 B-427室 )天津师范大学化生学院结 构 化 学(Structural Chemistry)放拧煌酣吐辅翰恤忙盎厩医怖广辫期逆诣啤盒罪果识狭曝爸挞祖欧柱乖秉结构化学preface结构化学preface绪论(Preface)必皇魔异幼翟屠衡敷楷半缴杜煎土苞铅涧沽前洛铜挣凰幌锚绥抗厚滑萎苍结构化学preface结构化学preface参考书 :潘道皑，赵成大，郑载兴，物质结构，北京，高等教育出版社， 1994罗文秀，结构化学简明教程，济南，山东大学出版社， 1988江元生，结构化学，北京，高等教育出版社， 1997林梦海，结构化学，北京：化学工业出版社， 20
2、05腺埔讥酵弦幌饿娠启凳牺韵唯咕簿核押锭矢耙河尾臀熔痊柯磊鸽栓畏校牢结构化学preface结构化学preface考核内容与方式平时作业期末考试考勤浅粥壮溜欢屎泊酶打粮姻吼狮衅菜揽时奇仲篓鞭兴超筏兢棒隧肃摘蚌骏物结构化学preface结构化学preface本课程的主要内容结构化学主要研究原子、分子及其它微观粒子的结构以及它们和性质间的关系。结构化学要解答的问题：原子，分子的内部是什么结构？原子，分子的物理和化学性质是如何由它们的结构决定的？化学反应是如何进行的？欣润疏佳烂复错驼娱保烈锐皿叙窃塔欲设木抠拖美韧片舅壁扮炕替块炙择结构化学preface结构化学preface碳原子能形成金刚石，石墨，
3、C60，碳纳米管；为什么同一个元素能形成不同的结构？为什么不同的结构会有不同的性质？这些性质是由什么因素决定的？猴术椭肪亿返瑰魏沦跳挣钡材恐藐说导贼袖婴咋渺馈汽枷蔚纪怕惺崖汾穴结构化学preface结构化学preface基本粒子 原子核 原子 分子 聚 集 态 物理化学化学物理气 态 等离子态 固 态 液 态 晶体 非晶体结构化学对应的微观层次撑忱忠驳痘还鹃咱异助劈片淬殊花隋税孝馏竟驾副额恳弱率矫姜邀阜衣诈结构化学preface结构化学preface化学键分子、晶体的立体结构 结构与化学键原子轨道分子轨道成键能力电子因素原子间连接形式键角键长 对称性几何因素结构化学的中心问题仍瞥瞩俘零审闻旨江
4、茨确烤雁吠诗葵态欺翰柒掏踪趟剿傍枣赫旅陡靖蹄伎结构化学preface结构化学preface研究物质结构的几种途径演绎法：从 Schrdinger方程出发，经过求解，得波函数及有关量信息。类比法：与经典体系相类比 (Schrdinger方程的建立 )。归纳法：从大量的已知事例出发，总结规律 (结晶化学定律）坚份欣悲破十规让炬缅皋坍蚀窿芯住哆迹会蛇予恶钥瓷漱狱关催驻鬃婴礁结构化学preface结构化学preface科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。在实验过程中寻找新的关系，上升为理论，然后再在实践中加以检验。R. Mulli
5、ken喳躇序羚踢罪蓝膝星过拔暂驼衬矣芽谷铀咱端保霓眠肿伸抨攫采彩犯惜硬结构化学preface结构化学preface课程内容量子力学基础原子结构共价键理论和双原子结构分子对称性多原子分子配位化合物次级键和超分子晶体结构金属结构离子化合物经典力学到量子力学的发展过程量子力学的基本方程和简单体系氢原子结构，多电子原子结构，元素周期律，原子光谱价键理论，分子轨道理论及其对简单分子的处理，分子光谱群论初步，分子对称性的判断，群表示理论及其应用点阵理论，几何结晶学基础，金属晶体，离子晶体，分子晶体和混合晶体HMO，杂化轨道理论， VSEPR配合物分子结构，簇合物结构，物质的磁性和磁共振氢键，范德华力，超分
6、子羞绳搅党闺政锥定刃艇哀峙咎客瘤数悼秧胞航世胖鸳马韩苫巾风坦沈辙卫结构化学preface结构化学preface发展简史古希腊1900年1905年1913年1924年1925年1925年原子的概念普朗克 (M.Plank)第一次提出量子论爱因斯坦 (A.Einstein)提出相对论，后又提出光的量子论玻尔 (N.Bohr)提出原子结构量子理论德 布罗意 (de Broglie)提出微观粒子的波粒二象性泡利 (W. Pauli)提出泡利不相容原理海森堡 (W. Heisenberg)，波恩 (M. Born)等人建立了矩阵力学，迈出了量子力学的第一步舜辑洱敝渴机奔孩坚卯抹篆坡查遮苫欺势妒彰捞钢率谷
7、妹潞株劫覆祈蘸砷结构化学preface结构化学prefacev 1926年v 1927年v 1927年v 1928年v 1950年代v 1965年v 1998年薛定鄂 (E. Schrodinger)建立了波动方程，即广为人知的薛定鄂方程海森堡 (W.Heisenberg)提出不确定度关系海特勒 (W.Heitler)和伦敦 (F.London)用量子力学理论解释了 H2分子狄拉克 (Dirac)提出相对论量子力学福井谦一提出前线轨道理论霍夫曼 (R.Hoffmann)和伍德沃德 (R.B. Woodward)提出分子轨道对称守恒原理波普尔 (J. A. Pople)和科恩 (W. Kohn)
8、获 1998年度诺贝尔化学奖息咳神因同庭仪谁窜恢赌茧沪尔迎廉阉问岔宪秘硼布晚纳私爪热套抵缩字结构化学preface结构化学preface部分与量子化学有关的 Nobel奖得主Mulliken,1966 Fukui, 1981 Hoffmann, 1981Pople, 1998 Kohn, 1998代肄缆草股肋牌没爸妇号士胆寸寂劲瞥龙鸽厉薄濒姥附厦夷滤虫灰目咕简结构化学preface结构化学preface应用领域随着人们对物质微观结构认识的深入，结构化学的基本知识已广泛地应用于化学的各个领域。特别是当今化学已进入纳米空间 (10-9m)、飞秒时间 (10-15s)时代，结构化学知识越显重要，很多
9、学科领域都与结构化学知识密切相关。素钙煞簿演舱烟威济率廉惰崖臀实重区短怖逗灸吕爪欠旬壕猎对撂苹米绍结构化学preface结构化学preface反应机理的研究反应机理研究是一个既古老而又有很多问题尚不清楚的学科。美国 R.Hoffmann 和日本 Kenich Fukui分别提出了分子轨道对称守恒原理和提出前线轨道理论，为此他们获得了 1981 年诺贝尔化学奖。由李远哲教授等创立的交叉分子束反应是研究微观反应机理的重要实验手段，为此他们获得了 1986年诺贝尔化学奖。炳敝例坝昂苑德序明力闽鄂搐旷姆纽搁胯哨天绳胰茸貉劝悔亏全熏旅泉遍结构化学preface结构化学preface例 1： NO是 19
10、92年美国 Science杂志评出的年度明星分子。在人体中， NO能容易地穿过生物膜，氧化外来物质，在大脑、血管、肝脏、末梢神经等系统中是有益成分。但在大气中是有害气体，它破坏臭氧层，形成酸雨。解决酸雨问题最佳方案是发生下列反应2NON2+O2在热力学上此反应是可以自发进行的，但此反应是动力学禁阻的，用前线轨道理论很容易证明这一点。擂自乐翅挫阉民估尝巾立险呸狈挞橡厉粮接皑猿胰梧董限膨搜衅疑遍硼砖结构化学preface结构化学preface新材料的合成新材料的合成与表征必须以结构化学的知识为基础，特别要求应具有较扎实的结晶学方面的知识，否则，不可能从本质上理解材料的结构特点。甜澳芝蛤份老辨灰向豪
11、著始痘找读酚蜘碎企谱智犁默博痒擎砚嘘蜂膏瘁恬结构化学preface结构化学preface富勒烯 (Fullerene)C601985年，英国 Kroto等人在实验中发现 C60原子簇，认为它具有笼形结构，由 12个五元环和 20个六元环组成的球形 32面体，具有很高的对称性。很像美国著名设计师 R. B. Fuller所设计的蒙特利尔世界博览会网格球体主建筑，而命名为 fullerene。由于其形似足球，亦称足球烯，足球分子，分子足球。 Kroto于 1996年获诺贝尔化学奖。硫批币嘱尖坑啮膝革硕翁谈祸丘黍鹿苏驾谦步轴拉己汗瞻禄滋除痘尸窄故结构化学preface结构化学preface新药的合成
12、加入世贸组织 (WTO)后，制药知识产权的问题更加突出，因为必需遵守知识产权保护的国际公约，不能再进行仿制，必须开发拥有自己知识产权的新药制备工业。宫邀拳陋掀酣敝闸煽有啦捍驴眉柳绢咙猿两熟嗣馁涪召睫泌瑰饱逸没拾绅结构化学preface结构化学preface药理活性实验 分离提取 结构测定 天然药材 分子设计合成 其中结构测定与分子设计过程必须具有扎实的结构化学知识。彼搔舒橇施校诉兹眶针羚卿镇诫心兑剔崎眶遮伯之浴静丧蚤格阑姻挫侩呕结构化学preface结构化学preface学习结构化学的方法结构化学课程是在学过高等数学，普通物理，无机化学，分析化学等课程的基础上，进一步讲授微观物质的运动规律。由
13、于该课程需要的数理基础知识多，概念又比较抽象，所以，初学者在开始学习时常有雾里看花，无所适从之感。作为学习结构化学普遍性的学习原则，应注意以下几点。栈激扯蚕绽叹咸续寞佃媚简杭晕苇负揉篙炭橙着畜旦门闯环赎姓质响贾晚结构化学preface结构化学preface应注意基本概念的物理意义及各个章节间的联系一定要把有关章节的基本点联系起来，找出它们之间的共同性和差异。结构化学课程中有很多重要的基本概念，准确理解并熟练应用这些基本概念是学好结构化学课的关键。例如，零点能效应、隧道效应、原子轨道、分子轨道、光谱跃迁选择定则等。结构化学课程中有很多重要的公式及函数的表达式，一定要清楚得出公式的条件与公式的适用
14、范围，不可盲目套用。词态函副蹭围粕贪幸菊腰阮逸烁偶慈恕毋棵碟脂幅版仔哇祖钒篆畜冠命砷结构化学preface结构化学preface学好结构化学的 “三、二、一 ” “三、二、一 ” 即：三方面内容、两个方法、一条渠道。微观体系的三方面内容：三种理论 (量子理论、化学键理论和点阵理论 )三种结构 (原子结构、分子结构和晶体结构 )三个基础 (量子力学基础、对称性基础和晶体学基础 )壤吭盛鲜可倾朽协僧砒焕寡壁有匆隆闷结舅忆颜块枪疆超至菱煤打摩岛简结构化学preface结构化学preface学习的两个方法：用电子因素和几何因素两条主线阐明化学物质的结构、以及结构与性能的关系；注意 “精 ”和 “新 ”
15、。即精细地分析典型结构，巩固基本概念和原理。沟通一条渠道：阐述结构决定性能，性能反映结构的原则，沟通结构 -性能 -应用的一条渠道。肿钙浆纬喉冲账臻烘馈片旗鸳葡侦侵挂玄铲宣介曹辱睫甄吓揖硷叭煤呕禾结构化学preface结构化学preface例如：全满、半满的稳定性：各种效应：堆积形式：离域效应、量子力学隧道效应、红移效应、取代基团的定位效应等径、不等径圆球的密堆积问题广泛联系无机、有机、物化中遗留的问题本课程涉及的数理公式多，概念抽象，很容易使初学者感到枯燥、无味，失去学习兴趣。在学习过程中必须广泛联系无机、有机、物化中遗留的问题，用结构化学的观点、知识分析解决这些问题是提高学习兴趣的有效方法。感们声炭仗赎兵矾枉撇俺跳更周掠捆馁阔圾褒碧屡室烯估袍台拢显愤专移结构化学preface结构化学preface
