一、课程目的和任务

结构化学（亦称物质结构）是化学系的一门骨干课，也是一门基础理论课。化学中很多重要的理论问题和物理测试方法都以物质结构的基本概念，基础理论和基本方法为基础。

通过物质结构的教学，使学生了解在原子、分子和晶体层次上微观粒子的运动规律和结构；理解“结构决定性能，性能反映结构”的相互关系；清楚某些实验方法的基本原理。从而提高学生应用物质结构原理和方法分析和解决问题的能力。

二、课程的基本要求

1． 掌握微观粒子的运动特征，理解量子力学的几个基本假设，学会用量子力学方法一维箱中的粒子的运动状态。

2． 学会用量子力学方法处理类氢离子、多电子原子的基本方法，从而掌握原子轨道，电子云和原子结构的基础理论和基本概念。

3． 以H2+和H2的量子力学处理为基础,使学生掌握简单分子轨道理论和价键理论的理论基础和基本的概念。学会讨论常见双原子分子的结构，清楚共价键的本质。

4． 初步掌握分子对称性知识和群表示的基本概念，以了解构造对称性轨道的基本方法，进而深化对多原子分子轨道理论的认识，也为学习配位场理论打下基础。

5． 理解多原子分子的定域分子轨道，离域分子轨道与其相对应的定域键，离域键和多中心键等化学键类型，会解释常见分子的结构。掌握杂化轨道理论和休克尔理论处理问题的方法及应用。

6． 掌握配合物的晶体场理论，理解配合物的分子轨道理论和配位场理论，认清配合物的化学键本质,了解一些羰基络合物，氮分子络合物和不饱和烃络合物的结构。

7． 了解一些测定分子结构实验方法的基本原理，如分子光谱，分子磁性和磁共振谱，光电子能谱等。学会某些简单图谱的分析。并依此说明分子轨道理论产生和发展来源这些实验。

8． 掌握晶体结构的点阵理论和晶体对称性的知识，了解X射线衍射法的原理及应用。掌握解金属晶体，离子晶体，共价晶体，分子型晶体的结构和性质，掌握常见而重要的若干晶体的结构和性质。

三、课程教学大纲

　　　绪论：　本课程的地位、作用、主要内容和学习方法

　　　第一章　　量子力学基础

§1－1　微观粒子的运动特征

　　一、微观粒子的能量量子化

　　　　黑体辐射，光电效应和氢原子光谱实验的结论及解释。

　　二、实物微粒的波粒二象性。

　　　　德布罗依假设和电子衍射及波粒二象性的统计解释

　　三、测不准原理

　　　　单缝衍射实验

§1－2　量子力学基本假设

　　一、波函数和微观粒子的状态

　　二、力学量与算符

　　三、本征态，本征值和薛定谔方程(Sch-eq)

　　四、态的叠加原理

　　五、泡里(Pauli)原理

§1－3　一维势箱中的粒子

　　一、薛定谔方程的建立与求解

　　二、薛定谔方程的解的讨论──量子效应

　　　第二章　原子结构

§2－1　类氢离子的结构

　　一、类氢离子薛定谔方程的建立和在球极坐标中的表达式

　　二、类氢离子薛定谔方程的基态解───Y1S

　　三、类氢离子薛定谔方程的一般解

　　　　1、变量分离

　　　　2、F方程的解

　　　　3、类氢离子的波函数

§2－2　类氢离子薛定谔方程解的讨论

　　一、量子数n,l,m的物理含义

二、波函数的特点

三、复波函数和实波函数

§2－3　波函数和电子云的图形表示

　　一、波函数的图形：径向函数图、角度函数图

　　二、电子云图形：径向分布函数图、角度分布函数图

§2－4　多电子原子结构

　　一、多电子原子的薛定鄂方程及近似解

　　　　1、中心力场近似的基本思想

　　　　2、屏蔽模型

　　　　3、自洽场模型简介

　　二、电子自旋及自旋相关效应

　　　　1、电子自旋运动波函数和自旋─轨道

　　　　2、多电子原子的波函数──斯莱特(Slater)行列式

§2－5　原子的整体状态及原子光谱项

　　一、原子量子数与角动量耦合

　　二、原子光谱项的定义及其简单组态的原子光谱项的推求

§2－6　原子内电子的排布及元素周期律

   　第三章　　双原子分子结构

§3－1　H2+的结构和共价键的本质

　　一、H2+的薛定谔方程建立

　　二、变分法求解H2+的薛定谔方程

　　三、分子积分Haa,Hab和Sab的物理意义

　　四、共价键的本质

§3－2　分子轨道理论

一、分子轨道

二、分子轨道的形成：成键三原则

三、分子轨道的分类和特点

§3－3  双原子分子结构

一、同核双原子分子结构

二、异核双原子分子结构

§3－4　H2分子的结构和价键理论

一、氢分子结构

二、价键理论

三、分子轨道理论和价键理论的比较

　　第四章　分子对称性和群表示简介

§4－1　分子对称性和分子点群

　　一、对称形体和对称元素

　　二、分子点群

　　三、分子点群的确定

　　四、分子对称性和分子的物理性质

§4－2群表示的基本知识

　　一、原子轨道的变化和群的表示

二、点群的不可约表示和特征标

三、特征标表和群表示的性质

　　三、群的应用举例

　　第五章　　多原子分子结构

§5－1　杂化轨道理论

　　一、杂化轨道理论的要点

　　二、S-P类型杂化波函数的推求

　　三、定域分子轨道的提出和某些应用

　　四、用杂化轨道构造定域分子轨道

§5－2饱和分子的离域分子轨道和定域分子轨道

一、离域分子轨道和离域键

二、定域分子轨道和定域键

　　二、离域分子轨道与定域分子轨道的关系

§5－3　休克尔(HMO)理论与共轭分子结构

　　一、σπ分离和π电子近似

二、休克尔(HMO)理论

三．休克尔4m+2规则

　　四、休克尔量

　§5－4　多中心键与缺电子分子

　　一、缺电子分子

　　二、三中心键和硼烷分子的结构

　　三、其他缺电子分子

　　第六章　　配位场理论和配合物结构

§6－1　晶体场理论

　　一、d轨道能级分裂

　　二、d轨道中d电子的排布

　　三、晶体场稳定化能(CFSE)

　　四、络合物的畸变与姜太勒效应

§6－2　配合物的分子轨道理论

　　一、八面体配合物中过渡金属的价轨道对称性分类

二、八面体配合物配位体群轨道(SALC)建造的基本思想──用观察法建造配位体的SALC

三、分子轨道和能级图

四、σ-π键和羰基络合物结构

五、氮分子络合物结构

六、过渡金属的离子半径

§6－3 晶体场理论和分子轨道理论的比较及配位场理论

§6－4　有机金属络合物的简介

§6－4　原子簇状化合物的简 

    第七章　　测定分子结构实验方法的基本原理

§7－1　分子光谱

　　一、分子能级与分子光谱

　　二、分子转动光谱

三、分子振动光谱

四、分子振转光谱

　　四、双原子分子的电子谱项和电子光谱

§7－2　分子磁性与核磁共振谱(NMR)

　　一、分子的磁性

　　　1、分子的磁性与分子的微观结构

　　　2、物质的磁性与分子结构

　　二、核磁共振谱(NMR)

　　　1、核磁共振条件

　　　2、化学位移

3、自旋－自旋偶合作用

三、电子顺磁共振

1、共振条件

　　　2、g因子

3、精细结构

  4、超精细结构

　　§7－3　光电子能谱(PES)

　　一、X－光电子能谱(XPS)

　　　　1、X－光电子能谱(XPS)的原理

　　　　2、X－光电子能谱(XPS)的应用

　　二、紫外光电子能谱(UPS)

　　　　1、紫外光电子能谱(UPS)的原理

　　　　2、UPS的振动精细结构与分子轨道的关系

　　第八章　　晶体结构

§　8－1　晶体结构的周期性和点阵

　　一、晶体结构的特征

　　二、点阵与结构基元

三、点阵单位与点阵常数

四、晶胞和晶胞的二个要素

§8－2　晶体的对称性

　　一、晶体的宏观对称性

1．晶体的宏观对称元素

2．晶体学点群

3．特征对称元素和晶系

　　二、晶体的微观对称性

1．晶体的微观对称元素

2．空间群

3．空间等效点

三、点阵的指标化

四、晶体结构的表达及应用

§8－3 晶体的X-射线衍射

   一、衍射方向和晶胞参数

1．劳埃方程

2．布拉格方程

   二、衍射强度和晶胞中的原子分布

1．散射因子

2．结构因子

3．结构因子与衍射强度的关系

4．利用衍射强度分析晶胞结构

  三、X-射线结构分析的方法简介

1．回转法

2．粉末法

8－3　金属结构和性质

　　一、等球的密堆积原理

　　二、固体的能带理论

三、金属键的本质和金属的性质

四．合金

§8－4　离子键与离子晶体

　　一、离子键和典型的离子化合物

　　二、离子键理论

　　三、复杂离子化合物及其结构简介

§8－5　共价键型晶体和混合键型晶体

　　一、共价键型晶体金刚石的结构

　　二、混合键型晶体石墨的结构

§8－6分子型晶体和氢键型晶体

一、分子型晶体干冰的结构

二、氢键型晶体冰的结构

四、课程学时分配

　　总学时72

第一章                6 学时

第二章               10学时

第三章                8学时

第四章                4学时

第五章                8学时

　　　第六章　　　         8学时

　　　第七章　　　         12学时

　　　第八章　　        　 16学时

五、教学方式与手段：

　　以课堂讲授为主，配合图表、实习、习题课和课堂讨论。

六、采用阶段测验和结束考试对学生考评本课程的成绩。

七、主要参考书

1.        高等师范院校通编教材：潘道铠等，《物质结构》，第二版，高教出版社(1990)；

2.        周公度，,段连运,《结构化学基础》，北京大学出版社(1989).

3.        徐光宪，王祥云，《物质结构》（第二版），高教出版社(1987)

4.        李宗和等，《结构化学》，北京师范大学出版社(1987)

5.        郭用猷，《物质结构基本原理》，高教出版社(1985)

6.        谢有畅,邵美成, 《结构化学》, 人民教育出版社(1983)

7.        江元生, 《结构化学》, 高等教育出版社(1997)

                                              　　　　　　　　　　　　　　　　　　沐来龙