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2007年4月C60分子的几何结构苯分子的电子密度分布绪论§1“物质结构”的主要内容和研究途径物质结构的研究内容:“物质结构”主要研究原子、分子及晶体的结构以及结构与性质之间的关系。几何结构结构电子结构静态(稳定)结构又可分为动态(随时间变化)结构(用从头算方法得到的分解反应CH3CONH2H2C=C=O+NH3的反应物、过渡态、产物的图象)静态结构和动态结构图示反应物(静态结构)过渡态(动态结构)产物(静态结构)+理论化学研究化学反应途径CH3CONH2H2C=C=O+NH3图示物质结构的研究途径一.演绎法:从量子力学规律出发,通过逻辑思维和数学处理得到结果.这是量子化学的内容.二.归纳法:将实验数据归纳得出规律.这是物理测试方法的原理和内容.两种研究方法之间的关系本课程的主要内容§2发展简史古希腊就有关于物质结构的设想,但是尚未形成科学.从十九世纪末近代物质结构理论逐渐发展起来.1900年,M.Planck的量子论1905年,A.Einstein提出相对论和光的量子理论1913年,N.Bohr氢原子结构理论1924年,deBroglie提出“物质波”概念1925～1926年,Schrödinger,P.DiracHeisenberg,等建立量子力学.1927年,W.Heitler和F.London用量子力学处理氢分子,标志着量子化学诞生.量子化学可以得到物质的微观性质，统计力学可以沟通微观和宏观，从此化学有了完整、坚实的理论体系。1929年以后,在处理H2的基础上,Slater和L.Pauling发展创立了化学键理论之一的价键理论。H.Eyring,Sato和M.Karplus等人在London处理三电子体系H:H+·H体系的基础上,创立发展了化学反应的量子理论——势能面,过渡态等。在分子光谱基础上,R.S.Mulliken和F.Hund提出了分子轨道理论,1931年Hückel提出了处理有机共轭分子的HMO理论。当用分子轨道理论来研究化学反应时,福井谦一提出了“前线轨道”理论,R.Hoffmann和R.B.Woodward提出了“分子轨道对称性守恒原理”。计算机的发展促进了量子化学的发展,使量子化学计算成为一种常规化学研究方法,与实验相得益彰,相互补充。1998年诺贝尔化学奖授予给了量子化学家J.A.Pople和W.Kohn。正如最近J.A.Pople所谈到的:“今天，化学学科正在经历着一场革命的阵痛，他正在从实验科学向数学科学拓展”。这也可以看出量子化学的重要性。李远哲说过:“化学的规律是有的,那就是量子力学。……”我们采用量子化学研究新型分子的几个实例04008001200160080706050403020100IRintensity(km/mol.)Vibrationalfrequencies(cm-1)1.共五边形面的双笼C60分子Feng-LingLiu.Chem.Phys.,2004,296(1):372.共面双十二面体笼状分子C5N3040060080010001200200150100500IRintensity(km/mol.)Vibrationalfrequency(cm-1)Feng-LingLiu.Chem.Phys.Lett.,2003,381(1-2):2053.共面十二面体烷Feng-LingLiu.Phys.Chem.Chem.Phys.,2004,6(5),90660080010001200140043210IRintensity(km/mol.)Vibrationalfrequency(cm-1)28802900292029402960298010008006004002000IRintensity(km/mol.)Vibrationalfrequency(cm-1)4.五棱柱烷与十二面体烷共面的分子Feng-LingLiu.J.Mol.Struct.(THEOCHEM),2004,381,515.四个C-C连接的双五棱柱烷分子Feng-LingLiu,YingXie,Lian-HuaDai.J.Mol.Struct.(THEOCHEM),2004,383,51§3学习方法上应注意之处1.要重视理论与实践之间的密切联系。2.要学会抽象思维和运用数学工具处理问题的方法。3.要恰当地运用类比、模拟及其它科学方法。4.要努力把理论知识与生产实践及高新技术紧密地结合起来,在为国民经济建设、发展服务中进一步完善某些理论。参考书：周公度等编著,《结构化学基础》,北京大学出版社徐光宪等编著,《物质结构》,高等教育出版社郭用猷编著,《物质结构基本原理》,高等教育出版社周公度等编著,《结构化学习题解析》,北京大学出版社江元生编著,《结构化学》,高等教育出版社杨宗璐等编著,《结构化学问题选讲》,科学出版社倪行等编著,《物质结构学习指导》,科学出版社JAPople