3。积分、am和ha的计算.624 4.化学上重要对称胖的特征标表.628 5。离子半径、共价半径、金属原子半径和范德华半径表(A) ·84 ·仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，“不要
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绪论 §1“物质结构（结构化学）”的主要内容“物质结构”主要 研究原子、分子及晶体的结构及其与性质之间的关系。所谓结构 就是指它们是由那些更基本的质点构成的，其运动及相互作用的 情况如何？这些情况如何决定着它们的性质。“物质结构”就是要探 讨这些规律。当我们研究的是处于稳定状态下物质的内部结构时， 这种结构不随时间而变化，称之为静态结构。如果我们要进而研 究物质的化学反应是如何发生的，那就要研究反应物分子如何因 相互作用而使其结构发生变化，从而使原来的静态结构转变为另 一种新的静态结构。这种在化学反应过程中分子结构变化的过程 就称之为动态结构。很明显，物质的动态结构的研究要以研究静 态结构所得成果为基础，其内容也比较复杂。本课程作为一门基 础课将主要探讨物质的静态结构。 研究物质结构主要采取两条途径：其一是以演绎的方法为主， 即是从微观质点运动的普遍规律，即量子力学规律出发，先研究原 子内电子运动的规律，其中包括电子和原子核以及电子与电子之 间相互作用的规律，由此推论原子的性质，特别要阐明元素周期 律的本质。进而研究原子是如何组成分子或如何组成晶体的。为 此，要探讨分子中电子在两个或多个原子核作用下以及相互作用 下其运动的规律。由此探讨化学键的本质，如要研究动态结构，还 要研究在整个化学反应过程中电子运动状态如何随着原子核的相 对运动而发生变化，并讨论这种变化如何制约着化学反应的进行。 其二是以归纳为主的方法，主要用一些物理的测试手段，如X射线 ·1。 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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结构分析、原子光谱、分子光谱、电学及磁学性质的测定、核磁共 振、电子自旋共振等方法来研究物质内部原子的排列及运动状况、 原子和分子中电子的运动状态等。当对很多个别具体对象进行测 量后，再总结成规律。当然这些测试方法的原理，也是以量子理论 为基础的。其中有一种称做原子参数图示方法或键参数函数方法， 可以总结出对治金、化工等科学技术上有实际意义的规律。这些 规律对于发展化学键理论也有其价值。 前者主要是量子化学的主要内容，后者主要是物理测试方法 等的内容。当然这两部分内容彼此间还是有密切联系的。前者的 基本理论都是来源于实践，在由实践总结成基本理论时，归纳法也 起了很为重要的作用。后者又依靠前者作为理论基础，在由基本 理论指导新实验技术的建立和发展时，演绎法也有重要的作用。 本课程在量子化学方面着重介绍其实验基础、基本概念以及 基本方程的意义，以及一些简单的数学处理方法。以能较系统地 阐明元素周期律的本质以及较深入地定性地阐明化学键的本质为 主要目标。致于对其更加细致而全面的数学分析方法则留待量子 化学课程中去介绍。对于物理测试方法方面则除对X-结构分析方 法作比较系统的介绍以外，对其他方法则着重介绍其基本原理及 所能提供的结构信息。 §2发展简史“物质结构”，这门学科是在十九世纪末叶逐 步发展起来的。当时由于生产力的不断提高，实验技术有了很大 的发展。有一些物理学家观察到许多现象，用当时已经非常成熟、 理论体系已经非常完整的经典物理学理论无法加以说明，甚或与 其推论完全相反。最主要的发现有：电子的发现、元素的天然放 射现象的发现、黑体辐射现象的规律的发现等。这就迫使人们对 经典物理学的体系提出革命性的见解，并逐步发展新的理论体系 1900年普朗克(M.Planck)提出量子论，是在微观领域内对经 ·2· 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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典物理学第一次强有力的冲击，且为以后量子力学理论的建立作 了良好的开端。1905年爱因斯坦(A.Einstein)提出相对论，在高 速运动的物体的力学方面对经典力学提出重要修正与补充。过后 他又在量子论和相对论基础上以光电现象作为实验基础，提出光 的量子论，把对微观世界物质运动的规律的研究又推进了一大步。 玻尔(N.Bohr)则把他们的理论与卢瑟福(E.Rutherford)的原子 有核模型巧妙地结合起来，第一次提出原子结构的量子理论，首次 提出原子内部电子运动状况具有不连续性即量子化特性的思想， 又提出定态的概念，并成功地把氢原子光谱现象与氢原子内电子 运动的定态相联系起来，为运用光谱现象研究原子的内部结构提 供了理论基础与成功的经验。玻尔理论的发展，使化学键的电子 理论得以建立，使得化学基础理论的发展进人一个新的阶段。 由于玻尔原子结构理论在进一步发展中遇到难以克服的困 难，1924年法国青年物理学家德·布罗意(de Broglie)用与光的 量子论相类比的方法提出电子等微观质点的运动兼具波动性的见 解，后来他的这一假说得到实验的证明，于是薛定谔(Schroding- er)、海森堡(Heisenberg)、狄拉克(Dirac)等在这一假说的基础上 有选择地吸取了经典物理学的光辉成就，建立了量子力学理论。从 此物质的微观结构的研究就获得比较可靠而有效的理论基础。从 1927年开始就诞生了量子化学这门新学科，种种物理测试方法也 逐步建立起来。这使得化学键的理论进一步得到发展，有力地推 动了化学基础理论的研究。 目前，由于电子计算机的迅速发展，量子化学的比较严格较为 精确的计算日益成为可能。同时各种物理测试的手段也得到突飞 猛进的发展。特别是光电子能谱技术的兴起，以无可辩驳的实验事 实直接证明了量子化学中所用单电子轨函模型的合理性，使理论 计算与实验研究能更紧密地结合起来。可以预见，化学的基础理 。3· 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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论及实验方法都将有进一步的发展。在两个世纪内发展起来的传 统的实验与理论紧密相结合的化学研究方法，在吸收了量子化学 理论方法及物理测试的实验方法后将如虎添翼，取得更加光辉的 成就。当然也就能更有效地为经济建设事业服务。 §3在学习方法上应注意之点 1.要重视理论与实践之间的密切联系。“物质结构”虽是一 门理论性比较强的学科，但它与其他学科一样，一切理论概念都是 来源于实践，一切理论性的结论都要用实践来加以检验，“物质结 构”在这一方面还有其特点，那就是理论与实验之间的关系往往不 是很简单。对于实验数据往往要经过一系列的理论处理才能与现 有的理论推论相比较。而理论往往也要根据具体条件作一番逻辑 论证或数学运算才可得出可与实验相比较的结论。例如原子光谱 与原子结构理论之间的关系就是如此。 当发现有些确凿可靠的实验事实与现有的理论的结论相冲突 时，就要对现有的理论加以修正或建立新的理论。这时往往就要 根据新的事实，考查旧理论的缺点，并参照有关的其他理论，大胆 设想，努力创建新的假说，并再用实验事实来考查这假说是否正 确。由于本课程研究的对象是微观质点的运动规律，与宏观物体 运动的规律往往有质的差异。这时我们要解放思想，摆脱植根于 宏观现象的传统思想概念的束缚，努力在实践基础上接受新 概念。 2.要努力学会应用抽象思维及数学工具处理问题。上面已 经讲过在处理理论与实验结果之间的关系时往往要运用逻辑推理 与数学运算。在表达量子力学基本规律时也必要运用数学方法从 量上表达各种因素所起的作用及其相互关系。这要求我们努力把 物理概念和数学表达式密切地联系起来。此外，在由基本理论推得 具体结论时也要运用数学方法，这时要密切注意“起始条件”和“边 4 仅限读者PB18030910本人使用，阅毕请删除，不要
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