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第一章
能联系公式：
2
量子力学基础知识
mc
2
光子具有质量m和动量P。根据爱因斯坦质 光子的质量m和动量P分别为：
h m c
光子的密度。
p
h

3 光子的强度取决于单位体积内光子的数目，即
4 光与物质作用时，能量守恒，动量守恒。
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第一章
量子力学基础知识
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绪
2、意 义
论
当今化学已进入纳米空间、皮秒时间时代，随着人 们对物质微观结构认识的不断深入，结构化学的基本理
论越来越广泛地应用于化学的各个领域，特别是在材料、 信息、能源等领域。
根据结构决定性能、性能反映结构的相互关系，
使化学家有可能对新材料等进行“分子设计” ( 组
装）。
关系式计算出的电子波长非常吻合。 后来发现质子、中子、α粒子、甚至原子和分子
等微粒运动时也都具有波动性，都能产生衍射现象。
1929年，德布罗依荣获诺贝尔物理学奖。
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第一章
量子力学基础知识
4、德布罗依波的统计解释 1926年，玻恩（Born）对实物微粒波 进行了统计解释。
在空间任何一点上波的强度与该点处

紫外
按经典理论只能得出能量随频率单调变化的曲线
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第一章
量子力学基础知识
Planck量子论
1. 黑体是由不同频率的谐振子组成； 2. 每个谐振子的能量总是某个最小能量单
位 ε的整数倍； E n n 1, 2, 3
3.
Planck
称为能量子
h —谐振子固有频率 h —普朗克常数， h 6.626 1034 J s


Planck能量量Байду номын сангаас化假设的提出，标志着量子理 论的诞生；

1918年，Planck获得的诺贝尔物理学奖。
第一章
量子力学基础知识
光 金属
电子
二、光电效应和光子学说
光电效应—光照射在金属表面 ，使金属发射出电子的现象。

光电子的产生与入射光的频率有关
实 验 现

只有当 0时， 才会产生光电子。
0称为该金属的临阈频率。
光电子的动能与入射光的频率成正比，而与
光的强度无关。
象
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第一章
量子力学基础知识
Einstein光子说
1 光是一束光子流，每一种频率的光的
能量都有一个最小单位，称为光子，光子
的能量与光子的频率成正比，即：
Einstein
h

h
—光子频率 —Planck常数
结构化学
化学学院 陈瑞战
二○一三 年九 月
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绪
论
一、结构化学研究的主要内容
结构化学是研究原子、分子、晶体的结构以及 结构与性质之间关系的科学。 主要包括: 量子力学基础知识、原子的结构 和性质、分子的结构和性质、化学键理论、晶体 化学、研究结构的实验原理和基本方法等内容。
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原子半径在 10-10m 数量级， λ 与原子大小相近 ，故波动性不可忽略。
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第一章
量子力学基础知识
3、德布罗依波的实验证实 Davtsson和Germer
—— Ni单晶电子衍射实验
Thomson —— 多晶电子衍射实验
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第一章
量子力学基础知识
根据电子衍射实验测得的电子波长与由德布罗依
3H2 (g) 2 N2 (g) 2 NH3 (g)
在大自然中，豆科植物的根瘤菌在常温常压 下可以吸收空气中的 N2 固定成 NH3 。化学工作者 通过模拟固氮酶对氮的特殊催化作用，使氮活化 转化为氨。
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绪
新药的合成
天然药材
论
分离提取
结构测定
药理活性实验
分子设计合成
其中结构测定和分子设计必须具有扎实的结构化 学知识。
粒子出现的几率成正比。
I
因此，实物微粒波也称为几率波。
Born
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第一章
量子力学基础知识
实物微粒波与经典波的异同
机械波是介质质点振动的传播，电磁波是电场 和磁场在空间的传播。 而实物微粒的波没有这种直接的物理意义，它 的强度反映出粒子在空间不同区域出现几率的大小。 二者的相似之处是都表现有波的相干性。
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绪
石墨的导电性改良
论
石墨为层状结构， C 采取 SP2 杂化，同层内为六角 形结构且在与分子平面垂直的 P 轨道上各占一个电子，
所以层内导电性能好，层间导电性能差。
为了提高石墨的导电性，往往 在其中加入一些钾原子。
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绪
人工模拟生物固氮 合成氨反应
论
高温、高压 催化剂
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绪
四、教材主要参考书
论
1.李奇等《结构化学》，北京师范大学出版集团，2008； 2.东北师范大学等《结构化学》，高等教育出版社，2003； 3.郭用猷《结构化学》，山东大学出版社，1998； 4.江元生《结构化学》，高等教育出版社，1997； 5.李炳瑞，《结构化学》，高等教育出版社，2004 6.厦门大学化学系物构组，《结构化学》，科学出版社，2004年. 7.谢有畅 邵美成，《结构化学》，第二版，人 民教育出版社，1983年. 8.徐光宪、王祥云，《物质结构》，第二版，高等教育出版社，1987年. 9.倪行，高剑南《物质结构学习指导》，科学出版社，1999； 10.周公度等编著《结构化学习题解析》，北京大学出版社，2002。
T=1500K T=1000K
E：能量密度

单位面积黑体辐射的能量。
黑体辐射的能量密度 E(ν,T)有一极大值，此极大值随 着温度的升高而向高频方向移动。
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第一章
量子力学基础知识
★ 经典物理学的解释
经典电磁理论认为： 黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的， 由于其振动是连续的，因此辐射电磁波的能量也是 连续变化的。
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第一章
量子力学基础知识
-31 kg ， v=1.0×106 原 子 中 的 电 子 m =9.1 × 10 例2 e m· s-1，试确定其德布罗依波长。
h 6.626 10 34 10 解: 7 10 m 31 6 mv 9.1 10 10
第一章
量子力学基础知识
２、不确定关系式的证明 根据电子单缝衍射实验：
x D A e
OC
P
y
Q
l
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第一章
A θ C θ
量子力学基础知识
P θ P sin
O
1 1 OP AP OC (n ) n 1 OC 2 2 D sin 又因为： OC AO sin sin D 2 h h 而：p x p sin x p x D h D D
光电效应的解释
当一束频率为v的光照射到金属表面时，根据能量守
恒原理，光子的能量 hv 就会被电子所吸收，其中一部
分用来克服金属表面的吸引，另一部分就是电子离开金 属表面所具有的动能 。
1 2 h W mv 2
式中 W 是电子脱离金属所 需要的最小能量，称为电子
W h 0
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8KT 2 E ( , T ) 3 C
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第一章
Rayleigh-Jeans (瑞利－金斯)曲线
E
量子力学基础知识
紫外 灾难
低频时，瑞利-金斯曲线与实
Wien(维恩) 曲线 验曲线比较吻合；在高频时，维
恩曲线较吻合。
实验曲线
0
但是在频率接近紫外光时，
理论计算值趋于无穷。
2
绪
二、结构化学的地位和特点
论
结构化学与其它学科的关系
结构化学是其它学科的理论基础，具有成上启下 的作用。
结构化学的特点
新概念多，数学推导多，系统性强。
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绪
1、目 的
论
三、学习结构化学的目的与意义
通过本课程的学习,培养学生用微观结构的观点 分析、解决化学问题的能力。培养学生具有扎实的 基础理论知识，为后续课程（如有机结构分析，配 位化学，高等无机化学，量子化学等）打下良好的 理论基础。
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第一章
量子力学基础知识
三、实物微粒的波粒二象性
实物粒子——静止质量(m0≠0)的微观粒子。 如电子、质子、中子、原子、分子等。 1、德布罗依（De Brogile）假设 实物微粒也具有波粒二象性，应服从 与光的波粒二象性一样的公式。
De Brogile
h
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p
h

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第一章
量子力学基础知识
§1-1量子力学基础
经典物理学
Maxwell 电磁理论
Newton 力 学
Gibbs-Boltzman 统计物理学
经典物理学能否用来描述微观粒子的运动状态
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第一章
量子力学基础知识
经典物理学无法解释的三个著名实验
黑体辐射实验 （1884年）
若考虑二级以外的衍射: