结构和物性.ppt

1、结构与质量，上课时间：51学分：3教材：周公道论坛连载编辑书结构化学基础，第4版，北京大学出版社，2008年参考书：1。谢有青肖美成，结构化学，第二版，人民教育出版社，1983年2。江原生篇结构化学，第一版，高等教育出版社，1997年，绪论，结构化学的研究范围结构化学的主要内容结构化学的发展过程结构化学的学习方法，结构化学的研究范围，原子、分子和晶体的微观结构，原子和分子的运动规律，物质的结构和性能的关系，结构化学的主要内容微粒子运动遵循的量子力学定律、结构学的发展过程、利用现代技术不断武装自己，利用电子技术、计算机、单晶衍射、多晶衍射、原子光谱、分子光谱、核磁共振等现代手段积累大量结构数据，

2、总结结构化学定律和原理的基础； 使用规律和理论指导化学实践，将结构和性能联系起来，设计合成路线，提高产品质量，开拓产品用途。用结构化学的学习方法、培养目标、微观结构的观点和方法分析化学问题，解决，学习方法、重点(原理、概念、方法)、强调实验方法(衍射法、光谱学、磁共振法)、结构和性能的关系，第一章量子力学基础，1.1黑体：能吸收所有外部电磁波的物体。打开黑色物体或小孔的中空金属球类似于黑体。黑体辐射：加热时黑体辐射各种波长的电磁波的现象。经典理论和实验事实之间的矛盾：经典电磁理论假定黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的，根据经典热力学和统计力学理论计算的黑体辐射能量波长的分布曲线与实验结果曲

3、线不明显一致。根据经典理论：瑞利吉安斯根据自由度分布原则将分子物理学的能量用于电磁辐射，根据公式计算的结果在长波中与实验曲线比较接近。Wien假设辐射波长的分布类似于Maxwell分子速度的分布，计算结果在短波部分更接近于实验。1.1.1黑体辐射和能量量化，普朗克能量量化假设，1900年，普朗克(普朗克)在黑体中原子或分子发射能量时简单共振，频率为h的整数倍的电磁能量，即振动频率为h的振荡器，只能发射或吸收，发射的能量为0h，假设NH (n)可以是整数。h称为Planck常数，h=6.62610-34js根据Planck计算出的辐射能e与实验观察到的黑体辐射很符合：能量量化：黑体只能有辐射频率

4、，值为h的整数倍的不连续能量。1.1.2光电效果和光的波粒子双重性，光电效果：光照射在金属表面，金属发射电子的现象。1900年前后，很多实验都得到了确认。金属要发射光电，必须超过最低频率0。增加光的强度不会增加光电子的动能，只会增加光电子的数目；光电子动能随着光的频率增加而增加。经典理论无法解释光电效应。古典理论认为光波的能量与其强度成正比，与频率无关。如果亮度足够，所有频率的光必须产生光电子效应。光电子的动能随亮度的增加而增加，与光的频率无关。这种推论与实验事实相反。爱因斯坦在1905年受普朗克能量量子化的启发，对爱因斯坦来说，光是一束光子，每个频率的光有一个最小单位，即光子的能量与频率成正

5、比。h光子具有能量和质量(m)，但光子的静止质量为零。根据相对论质量能量接触定律=mc2，光子的质量为m=h/C2，不同频率的光子具有不同的质量。光子具有一定的动量。p=MC=h/c=h/(c=)光的强度取决于单位体积内的光子数(光子密度)。产生光电子效应时的能量守恒：h=w ek=h0 mv2/2(脱钙操作：电子逸出金属所需的最小能量，w=h0) Einstein光子可以令人满意地描述光电子效应：h 61500；615 tw如果h=w，如果=0，则此频率是产生光电效果的阈值频率(0)。h 61550；6150，w时为0，逸出金属的电子具有一定的动能，ek=h-h0，动能表示频率和直线关系，与

6、明度无关。光的波粒子双重性，光由光子构成的光，只能理解光电效果；只有用波看光，才能解释衍射和干涉现象。光表示波粒子二重性。波模型是连续的，光子模型是量子化的，波和粒子表面不相容，但是通过Planck常数连接表示波的概念和表示粒子性的概念和p，统一了光的波粒子双重性：=h，p=h/，1.1.3物理粒子的波双重性，debrogrel是1924年deBroglie在光的波粒子双重性中也就是说，以p=mv的动量运动的物理粒子伴随着波长为=h/p=h/mv的波。DeBroglie关系。DeBroglie波不同于光波。光波的传播速度和光子的移动速度相同。DeBroglie波的传播速度(u)只有物理粒子移动

7、速度的一半。v=2u。对于物理粒子：u=，e=p2/(2m)=(1/2) mv2，对于光：c=，e=PC=mc2微粒子运动速度快，自身大小小，不能忽略波。宏粒子速度慢，自身大小大，波动性可以忽略。对于以1.0106m/s的速度移动的电子，deBroglie波长为7.310-10m (0.73nm)，类似于分子大小。质量为1g的宏观粒子以110-2m/s的速度运动，deBroglie波长为710-29m，与宏观粒子的大小相比可以忽略，没有观察到波动效果。1927年，戴维森和杰默通过镍单晶电子衍射，汤姆森通过多晶金属箔电子衍射，分别获得与x射线衍射相同的斑点和同心圆，确认电子确实具有波动性。中子、

8、质子、原子等物理粒子都有波，这一事实后来得到了确认。物理粒子也是波粒子双重性、电子衍射图CsI箔电子衍射图、物理粒子波的物理重要性Born的统计说明、Born认为物理粒子波是概率波：在空间中任何时间点波的强度与粒子出现的概率成正比。强大的电子流可以在短时间内获得电子衍射照片。但是，如果用非常弱的电子流使电子一个接一个到达负片，只要有足够的时间，就可以得到同样的电子衍射照片。电子衍射不是电子间相互作用的结果，而是电子本身运动固有的规律性。物理粒子的波动性与粒子行为的统计相关，没有机械波(介质粒子的振动)那样直接的物理意义，物理粒子波的强度反映了粒子发生概率的大小。对物理粒子粒子的粒子特性的理解也

9、要与遵循没有可预测轨迹的牛顿力学的粒子区别开来。一个粒子没有形成一个波，但在许多粒子的衍射图像中，可以显示粒子运动的波动性和此波的统计信息。原子和分子中电子的运动可以用波函数解释，而电子出现的概率密度可以用电子云解释。1.1.4Heisenberg不确定性原理，不确定性原理：粒子不能同时具有恒定坐标和动量。不确定性原理是由微粒本身的特性决定的物理量之间相互关系的原理。反映物质的波动性，而不是缺乏仪器精度。导出不可估计关系：op-AP=oc=/2狭缝最终薄片距离远远大于狭缝的宽度。CP=AP，pac，pca，ACO接近90，sin=oc/ao=/DD越小(坐标越精确)，电子狭缝后移动的方向就越分散(动量不确定性越大)。以p点下落的电子，在狭缝中px=psin，即 px px=psin=p/d=h/d，而 x=d，因此 x px=h，不确定性关系客观地反映了微粒的波粒子二重性，是对微粒运动规律理解的深化。限制经典力学的应用范围。比较微粒子和宏观粒子的特征：宏观物体都有明确的坐标和动量，可以用牛顿力学解释。微小粒子的坐标和动量不能同时确定，必须用量子力学描述。宏观物体有连续可测量的运动轨道，通过跟踪和区分每个物体的运动轨迹。微小粒子具有概率分布的特征，不能区分个别粒子的轨迹。宏