基础结构化学-2015复习提纲

PAGEPAGE19《基础结构化学》（*要求了解的内容，一般不出现在考试中）第一章量子力学基础 10%~12%一．微观粒子的基本特征量子，量子化，量子论Planck的能量子假能量子： ＝h00E=n*0h为普朗克常数量子化：对于微观粒子，某些物理量如能量，动量的变化不再是连续的，这些物理量有最小单位，称为量子。这些物理量则是量子的整数倍。这就是量子论。量子假设看起来简单，它的提出具有划时代的意义。在量子论中，能量的表达是和经典的电磁理论是完全不同的。En,与频率和量子数相关。在经典的电磁理论下，EA2与振幅相关。光电效应最终合理的解释就直接地说明在微观世界中，En,与频率和量子数相关，而与振幅无关。Einstein光子假设的提出正好解释光电效应实验现象。Einstein的光子假设h光子，pmc ，光的强度正比于单位内光子数(光子密度hhWE0 k

h0

12mv2 (光子碰撞电子)功函数：Wh0电子的动能与光强度无关，与光子的频率成正比。光电子动能的计算(包括光电离)。h光子的波粒二象性，m0 h , m=0pmchc2 c2 0

。(光子的粒子性)Bohr的原子结构理论定态假设：原子中的电子在某些特定的轨道上运动，电子有固定的能量，不辐射能量，处于稳定状态，也就是定态。Bohr的原子结构理论不仅提到能量量子化，还进一步提出角动量也是量子化。拉曼谱系(n1的电子跃迁导致的发射光谱)物质波由Einstein光子学说，我们可得出光既具有波动性也具有粒子性，这两种特性并不矛盾。hEinsteinpmch

，就显示光具有波动性也具有粒子性。hp德布罗意由类比法，提出物质也具有波动性实物粒子的波长 hp经典粒子，也不是经典波。测不准原理微观粒子的一个表现是测不准原理:xp hxPauli原理一切微观粒子都有自旋运动。对于电子，在原子轨道或分子轨道上，最多只能容纳两个电子，这两个电子的自旋状态。学习要求系。量子力学与经典力学的比较。光电效应、光电离，物质波波长的计算。qU1.6021019C1.6021019J二.量子力学的基本假设五条基本假设的基本内容量子力学的基本理论就是四条基本假设：任何微观系统的运动状态都可用波函数来描述。对于微观系统（体系）的每一个可观测量的力学量，都对应着一个线性厄密（自厄）算波函数隐含了微观系统的一切可能的信息。需要通过对波函数进行某种运算才能求得微观系统得力学量。若一力学量的算符ˆa，即ˆ则对于波函数Aaa为力学量算符ˆ称为ˆ的本征函数。上式称为ˆ的本征方程。微观粒子也具有波动性，波的叠加原理同样适用于微观粒子的运动。Pauli原理:对称波函数与反对称波函数。自旋运动：微观粒子都有自旋运动，自旋运动是粒子的本性，不仅电子有自旋运动，其他粒子也有如组成原子的质子和中子有自旋运动，光子、介子等也有自旋运动。粒子的运动状态——完全波函数(nlm)(m)sPauli不相容原理的两个推论2学习要求波函数的条件波函数要是连续的，且它的一次微商业要求是连续的；单值有限；平方可积。正交归一的物理意义()11

正交意味在同一空间中，微观粒子不可能同时处于两个不同的运动状态，归一化意味着粒子在空间中出现的概率为1。(4)ˆ本征方程，本征函数，本征值，本征态的含义常用力学算符的形式,动量算符，动能算符，势能算符，Hamiltonian算符。力学量获得的方法(本征方程—本征值，平均值)ˆaˆd3.学习要求电子的自旋运动，Pauli原理的两个推论。三.势阱中自由粒子的运动——初步运用量子力学方法自由粒子的微观基本特征自由粒子的运动状态具有多样性。自由粒子的能量量子化能级：En

n2h28ml2

(量子数为正整数)能级差: E

En+1

h28ml2

2n1量子化效应的强弱与粒子的大小尺度的关系零点效应：系统的最低能量总是大于零。在经典力学中，最小能量为零。离域效应：粒子运动范围越大，体系能量越低。没有经典运动轨迹，只有概率分布。波函数节点越多，能量越高。简并态，简并度，简并能级。h2一维：E n2n 8ml2 xh2 16h2二维:

(n2n2) E 的能级个数有多少)n 8ml2 x

n 8ml2h2 27h2三维: En学习要求

8ml2

(nx

n2y

n2) (Ez

8ml2

以及个数)xyz自由粒子的微观基本特征势阱中自由粒子的能量的计算。(能量的公式)n2h2

2n+h2(

)，E=E -E n 8ml

n n+1

8ml2第二章原子的结构与性质 10%~15%化学中，关注的是原子和分子。那么是否也可以通过量子力学来研究原子的结构和性质。答案当然/我们已经知道/是肯定的。一．单电子原子和多电子原子结构的量子力学处理方法单电子原子的薛定谔方程的解——精确求解 (简单体系)2 Ze2H 2 2m e

r0 22

2

2

Ze2 E 2mx2

y2

z2

4r0采用的近似方法单电子原子：BO近似，极坐标变换，变量分离多电子原子：BO近似，单电子近似或轨道近似，中心力场原子中的电子运动状态：轨道运动与电子自旋运动的分离屏蔽效应，屏蔽常数，有效核电荷ii作用抵消或屏蔽了部分核对电子的吸引作用，这种因为电子间的排斥作用，抵消了部分核对电子的吸引作用，削弱了核对电子的吸引，从而使能量升高的现象，称为屏蔽效应。学习要求了解基本的处理模型，近似方法。二.单电子原子的运动状态——原子轨道(原子的单电子波函数,

,s,d,p,f轨道)n,l,m与Bohr原子轨道的区别，这里的原子轨道没有确定的轨迹，描述的是原子中一个电子的运动状态，电子在空间的位置服从由概率密度

2所决定的概率分布。(原子轨道径向分布与量子数的关系)电子云的角度分布只与l,m有关。原子轨道或电子云的分布与量子数之间的关系原子轨道和电子云的区别与物理意义原子轨道——电子运动状态，波函数；电子云——电子在空间的位置概率分布，没有相位。学习要求理解原子轨道的概念，清楚原子轨道/电子云的分布与量子数的关系，理解量子力学下的原子结构三．量子数与力学量的关系类氢离子体系的能量me4 Z2 Z2 -1E e 13.6 eV，维里定理(E~r)n

2h2 n2 n20n=1,n=2,……角量子数与角动量和磁矩L 1), l(l1)BLm , z

mB12L s(s1),s=12sL msz

,m=1212jM ( 1) , j j=sj,1 j, sjM m, m j,1 j,-jz j j多电子体系单个电子的能量： i jiorji

，Z* E13.6Z*2 in*体系能量：E Eii影响原子轨道能的因素屏蔽效应，钻穿效应，轨道能级与量子数(n,l)的关系，能级组徐光宪的(n+0.7l)规则和(n+0.4l)规则学习要求原子轨道能的计算/估算。(课后作业)四.原子核外电子排布规则Pauli不相容原理，能量最低原理，Hund规则及其补充规则Hund规则及其补充规则电子层结构与元素周期率元素周期率是与原子的电子层结构有紧密的联系周期表的划分与能级组、最外层电子/价电子族与周期的划分，主族元素，副族元素，过渡元素，内过渡元素，镧系元素，锕系元素，镧系元素收缩原子半径，电离能，原子轨道能与电子结合能，电子亲和能，电负性。学习要求原子核外电子排布规则元素的性质，如半径，电离能，电负性，电子亲和能的周期性变化规律，镧系收缩。五.原子的精细光谱与光谱项原子光谱项与光谱支项基本掌握一些单电子原子光谱项、简单的多电子原子光谱项。基本掌握谱项能级高低的判断一.变分法原理

第三章双原子分子的结构 10~15%变分法的原理：选定试探变分函数c1 1

c 2 2ψ称为变分函数，其中ψ1、ψ2、„是已知函数。写出平均能量表达式利用下式可求出该函数表示的状态的平均能量：*Hd* E E* 对能量变分当0

的参数值c、c、„„。1 2

0 1 22..H2+的量子力学处理结果的讨论了解三个积分项的含义 库仑积分H/,重叠积分S ,交换积分 aa ab ab能量与核间距的关系(H2+)原子轨道(电子运动状态)叠加得到分子轨道(新的电子运动b)成键MO与反键MO的特点键轴方向有无节面

)与反键MO1 2的特点导致分子基态电子分布的特点(H+键轴无节面，2 1 1核间电子密度增加，产生了电子与两个原子核的相互作用，屏蔽了核间的相互排斥作用，这样系统能量由于形成新的电子运动状态(MOs)而降低)学习要求变分法原理，共价键的本质理解分子轨道的含义——单电子的运动状态,满足正交归一。二．分子轨道理论(MO近似)子轨道的试探变分函数,组合系数的含义(MO的贡献大小)分子轨道的基本原则对称性匹配原则：AO（正－正、负－负）BMO（σ或πANMO（σ或π*。最大重叠原则：参与组合的AO应具有相近的能级。能量相近原则：核间距要小，以保证轨道有着较大的空间重叠区域；AO必须按合理的方向接近σ＜σ*

＜σ＜σ*＜σ

＝π

＝π*

＜σ*1s 1s

2s

2py

2px

2py

2px

2pz1σ＜2σ＜3σ＜4σ＜5σ＜1π＜2π＜6σ学习要求与作用正确地书写分子的电子组态。理解键级，成键电子，反键电子。利用分子轨道理论分析双原子分子的结构与性质，如键级，磁性，电子性质是否活泼。理解N与O的2 2电子组态能级的差别。在异核双原子分子中，电负性较大的原子对于成键分子轨道的贡献？ c caa bb三.价键理论价键理论的处理方法：变分函数的选择与LCAO-MO 处理方法的不同)价键理论的要点与缺点两配对形成共价键。价键理论与分子轨道的区别与优缺点学习要求价键理论的基本要点，利用价键理论分析分子的成键情况。基于价键理论处理方法的完全波函数的书写四.分子光谱了解各种光谱的基本原理理解转动光谱与振动光谱的特点与条件红外光谱、Raman光谱的条件Franck-Condon原理第五章分子的对称性 ~5%一.对称性与分子点群理解各种对称元素与对称操作，了解一些基本分子点群的特点，基本掌握一些简单分子的对称性与所属点群的判断二.分子的一些性质与其对称性的关联分子的极性、偶极矩了解分子的旋光性、手性与对称性第五章多原子分子的结构 ~35%一.价电子对互斥理论与杂化轨道理论(同一原子的能量相近原子轨道的线性组合)。 k

p

2的平方代表该原子轨道ij

在杂化轨道

的成分大小j杂化轨道的特点正交归一；单位贡献；杂化轨道间的能级差变小，轨道形状和伸展方向发生变化。11i jijcos等性杂化cos

1学习要求掌握采用价电子对互斥理论和杂化理论判断分子结构的基本特征。杂化的特点判断分子的杂化类型系数与角度的关系，杂化轨道的数学形式的确定课后作业三.定域分子轨道和离域分子轨道两者的特点，以及使用范围四.缺电子分子的特征与结构三中心两电子键五.共轭分子离域键共轭分子的基本特征含有交替排列的双键和单键,确切地说含有离域键结构的分子，离域键的形成条件，离域

m，共轭效应：键平均化，热稳定性，化学性质的整体性，分子的稳定性，n电性能，颜色，酸碱性等。学会对共轭分子和离域键的关系以及共轭效应,离域键对分子结构与性质的影响休克尔分子轨道理论休克尔分子轨道法的基本近似分离近似，近似，单电子近似，LCAO-MO,积分近似H ˆdii i iH ˆij i

dj 0

相邻非相邻S ij i

dj

j)0(ij)运用HMO方法处理丁二烯分子和烯丙基,丁二烯分子的分子轨道示意图变分函数久期方程休克尔行列式能量与波函数布居分析和分子图电荷密度

nc2j iiji键级(键序) p nccab iiaibiF

P

=1.732r分子图

max s

max分子图与化学性质学习要求分子的基态，激发态或其离子的电荷密度、键级、自由价的计算(和烯丙基体系等)，并通过分析电荷密度、键级、自由价的变化来讨论分子结构与性质的变化。学会写休克尔行列式，学会分子图的表示化学反应活性与电荷密度，自由价的关系习题,（课后作业）六.前线分子轨道理论与化学反应前线分子轨道理论前线分子轨道，HOMOLUMO理论的几个要点（1）进行化学反应时，起决定作用的轨道是一个分子的HOMOLUM（2）FO对称性必须匹配（3）HOMOLUM，要求电负性大允（4）HOMOLUMO，要求能量比较接近。运用分析前线分子轨道理论一些反应机理,习题,（课后作业）第七章分子性质与分子结构5~10%一.分子的电学性质 化率等概念(电负性，分子对称性)学习要求会判断分子的极性，偶极矩的大小与分子结构的关系二.分子的磁学性质磁化率的含义，顺磁质，反磁质，铁磁质物质的磁性与分子结构的关系对于自由基，或其他具有未成对电子的分子（2,NO,N2等，以及第一周期元J学习要求了解磁性与原子分子的电子结构的关系三.分子间相互作用

2 SS1s

n2B范德华引力的特点与本质静电力，诱导力，色散力，以及分子间相互作用的特点范德华引力与物质物理化学性质的关系由范德华引力与分子熔沸点大小的关系，溶解规律(结构相似者相溶)的微观解释，物理吸附与分子间相互作用氢键的特点，本质，氢键的类型,氢键的形成对物理化学性质的影响。分子的结构Koopmans定理影响键长的因素电负性，共轭效应，杂化类型影响键角的因素应用杂化的因素(不等性杂化)，价电子对互斥理论判断分子的键角大小关系学习要求理解分子间相互包括氢键的特点和本