結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)大綱

一、課程說明課程名稱： 結(jié)構(gòu)化學(xué)所屬專業(yè) ：材料化學(xué)課程性質(zhì) ：必修學(xué)分：3課程簡介：結(jié)構(gòu)化學(xué)是本科化學(xué)專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)必修課。課程主要從量子力學(xué)基本假設(shè)出發(fā)，研究原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的基本特征，以及原子在分子和晶體中的空間分布。 重點在于揭示化學(xué)鍵的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，闡述物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性能的相互關(guān)系。結(jié)構(gòu)化學(xué)不但與其他化學(xué)學(xué)科聯(lián)系密切，而且與生物科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、材料科學(xué)和醫(yī)藥學(xué)等各學(xué)科的研究相互關(guān)聯(lián)、相互配合、相互促進(jìn)，近年來愈來愈被材料研究者和化工工程師所重視。目標(biāo)與任務(wù)：本課程主要探討物質(zhì)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠建立起原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的基本概念，特別是能夠通過定量計算，加強(qiáng)對原子軌道和分子軌道等基本概念的理解，并從原子、分子等微觀結(jié)構(gòu)角度加深對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的深入了解。使學(xué)生能夠從微觀層次著眼，抓住問題本質(zhì)，深刻理解 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) ”這一基本原理，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；先修課程主要是高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)等。后續(xù)課程主要是高等結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)。學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)可以從原子、分子結(jié)構(gòu)、甚至電子結(jié)構(gòu)層面加深對先修課程中相關(guān)內(nèi)容的理解，也為后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。教材采用李炳瑞主編的《結(jié)構(gòu)化學(xué) （多媒體版 ）（第2版）》主要參考書：1、周公度、段連運： 《結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)》 ，北京大學(xué)出版社， 2008年，第四版 。2、徐光憲、王祥云： 《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》 ，高等教育出版社， 1987年，第二版。3、周公度： 《結(jié)構(gòu)和物性》 ，高等教育出版社， 2000年。4、潘道皚、趙成大和鄭載興： 〈物質(zhì)結(jié)構(gòu)〉 ，高等教育出版社， 1989年，第二版。二、課程內(nèi)容與安排第一章量子力學(xué)基礎(chǔ)從經(jīng)典力學(xué)到早期量子論量子力學(xué)的建立阱中粒子的量子特征隧道效應(yīng)（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)方法：教師講授為主，課堂討論為輔。學(xué)時分配：（ 8學(xué)時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：微觀粒子的運動特征量子力學(xué)基本假設(shè)薛定諤方程及其解【重點掌握】 ：量子力學(xué)的基本假設(shè)，氫原子的薛定諤方程及求解要點。【了解】：隧道效應(yīng)，量子理論與經(jīng)典物理學(xué)理論相矛盾的實驗現(xiàn)象，舊量子理論的內(nèi)容與優(yōu)缺點。【難點】 ：氫原子的薛定諤方程的求解。第二章 原子結(jié)構(gòu)單電子原子的 Schr?dinger方程及其解原子軌道和電子云的圖形表示量子數(shù)與可測力學(xué)量多電子原子的結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)參數(shù)原子光譜項（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)方法：教師講授為主，課堂討論為輔。學(xué)時分配：（ 9學(xué)時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：了解當(dāng)代量子力學(xué)研究原子結(jié)構(gòu)的基本步驟，對簡單的氫原子進(jìn)行量子化的處理，從中掌握量子化學(xué)的基本原理，對以后處理復(fù)雜原子體系做理論準(zhǔn)備?！局攸c掌握】 ：原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，原子軌道的意義、性質(zhì)和空間圖象，波函數(shù)和電子云的圖形和原子光譜項，氫原子薛定諤方程的建立、解法和對其的解釋?！玖私狻浚憾嚯娮釉又行牧鼋品?，原子結(jié)構(gòu)參數(shù)和當(dāng)代量子力學(xué)研究原子結(jié)構(gòu)的基本步驟。【難點】 ：可測力學(xué)量求解，數(shù)學(xué)計算繁雜，教學(xué)時避免從數(shù)學(xué)講數(shù)學(xué)，應(yīng)對新概念講細(xì)講透。第三章 雙原子分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵理論分子軌道理論 （MO）價鍵理論 （VB）MO理論與VB理論的比較雙原子分子的光譜項（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)方法：教師講授為主，課堂討論為輔。學(xué)時分配：（ 10學(xué)時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：以 H2+和 H2的量子力學(xué)處理為基礎(chǔ) ,使學(xué)生掌握簡單分子軌道理論和價鍵理論的理論基礎(chǔ)和基本的概念。學(xué)會用分子軌道理論討論常見同核、異核雙原子分子的結(jié)構(gòu)，清楚共價鍵的本質(zhì)。求雙原子分子的光譜項?！局攸c掌握】 ：分子軌道理論、價鍵理論，分子光譜，線性變分法處理 H2+和 H2，共價鍵本質(zhì)及典型的雙原子分子的電子排布。求雙原子分子的光譜項。【了解】：σ、π、δ鍵的形成。【難點】：線性變分法處理 H2+和 H2的分子軌道理論， H2的全波函數(shù)的確定。第四章分子對稱性與群論初步對稱性概念分子中的對稱操作與對稱元素分子點群分子對稱性與偶極矩、旋光性的關(guān)系（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)方法：教師講授為主，課堂討論為輔。學(xué)時分配：（ 8學(xué)時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容： 通過分子對稱性學(xué)習(xí)， 使學(xué)生對分子點群有一系統(tǒng)了解， 掌握群的定義，分子點群具有對稱元素：對稱軸、對稱中心、對稱面和映轉(zhuǎn)軸。了解分子點群的分類， 能判斷常見分子所屬的對稱點群及包含的對稱元素， 能分析分子對稱性與偶極矩、旋光性的關(guān)系。：分子點群具有對稱元素：旋轉(zhuǎn)軸、對稱面、對稱中心和映轉(zhuǎn)軸。分子對稱點群可分為 Cn、 Cnv、 Cnh、 Dn、 Dnh、 Dnd、 Sn 及高階群 T、 O、I等。分子對稱性與偶極矩、旋光性的關(guān)系?！玖私狻浚毫私飧唠A群中的 Td、Th、Oh、Ih等?！倦y點】：對稱操作與對稱元素組合，分子點群，分子對稱性、偶極矩和極化率。第五章多原子分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)非金屬元素的結(jié)構(gòu)化學(xué) :8-N法則非共軛分子幾何構(gòu)型與 VSEPR規(guī)則分子幾何構(gòu)型與 Walsh規(guī)則共軛分子與 SHMO法飽和分子的非定域軌道與定域軌道缺電子分子的結(jié)構(gòu)等瓣類似性關(guān)系多原子分子的譜項配位場理論分子軌道對稱守恒原理（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)方法：教師講授為主，課堂討論為輔。學(xué)時分配： （13學(xué)時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：了解 8-N法則，掌握價電子對互斥理論（ VSEPR），雜化軌道理論和離域分子軌道理論， SHMO方法及其在共軛分子中的應(yīng)用， 等瓣類似性關(guān)系，配位場理論， 前線軌道理論。 飽和分子的非定域軌道與定域軌道，缺電子分子的結(jié)構(gòu)。【重點掌握】 ：價電子對互斥理論（ VSEPR），雜化軌道理論和離域分子軌道理論，SHMO方法及其在共軛分子中的應(yīng)用，前線軌道理論，配位場理論?！玖私狻?： 8-N法則判斷非金屬元素的結(jié)構(gòu)，飽和分子的非定域軌道與定域軌道，缺電子分子的結(jié)構(gòu)，等瓣類似性關(guān)系，分子幾何構(gòu)型與 Walsh規(guī)則?！倦y點】 ： SHMO 方法及其在共軛分子中的應(yīng)用，前線軌道理論，配位場理論。第六章 超分子化學(xué)簡介超分子的概念分子間相互作用分子識別與自組裝超分子實例晶體工程（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配教學(xué)方法：教師講授為主，課堂討論為輔。學(xué)時分配： （6學(xué)時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：超分子的概念，分子間相