结构化学课件第五章

结构化学课件第五章•晶体结构•分子轨道理论•配位场理论•分子光谱目录•量子化学计算方法contents01晶体结构晶体结构的分类共价晶体由共价键结合而成，具有高度的方向性和饱和性，常见于金刚石、离子晶体分子晶体硅等元素单质以及一些有机化合由分子间作用力结合而成，分子物中由正离子和负离子通过离子键结间作用力较弱，晶体结构较为松合而成，常见于碱性氧化物、盐散，常见于气体、液体和有机化类和土壤中合物中金属晶体原子晶体由金属原子或金属离子通过金属由原子间共价键结合而成，具有键结合而成，具有高度对称性和高度的方向性和饱和性，常见于规则排列的结构金刚石、二氧化硅等物质中晶体结构的几何要素01020304点阵晶胞原子或分子的位置键距和键角晶体结构中的最小重复单元，能够完整反映晶体结构特征的在晶胞中确定原子或分子的位描述原子或分子之间相互连接由一系列点构成，具有平移对最小单元，具有长、宽、高三置，通常用坐标轴上的数值表的方式和角度称性个维度示晶体结构的对称性010203对称操作对称轴和对称中心空间群包括旋转、平移、反演、晶体结构中存在多个对称描述晶体结构对称性的完镜面翻转等，这些操作能轴和对称中心，这些对称整分类，包括所有可能的够保持晶体结构不变要素决定了晶体的外形和对称操作和方向内部结构02分子轨道理论分子轨道的基本概念分子轨道分子轨道的形成分子轨道的对称性描述分子中电子运动状态的波函原子轨道线性组合形成分子轨道，根据波函数的对称性，分子轨道数，表示电子在分子中的分布状同一原子的相同原子轨道线性组可以分为对称与反对称两类态合形成成键轨道，不同原子的原子轨道线性组合形成反键轨道分子轨道的能级分子轨道能级顺序分子轨道能级与电子填充根据能量高低，分子轨道能级由低到电子优先填充能级较低的成键轨道，高依次为成键轨道、非键轨道、反键当成键轨道填满后，电子再填充能级轨道较高的反键轨道分子轨道能级分裂由于电子间的相互作用，成键轨道能级会发生分裂，形成能级更高的成键轨道和能级更低的反键轨道分子轨道的对称性对称性分类根据波函数的对称性，分子轨道可以分为对称与反对称两类对称性与电子云分布对称性不同的分子轨道，其电子云的分布也不同，对称性相同的分子轨道，其电子云分布也相同对称性与化学反应对称性对化学反应的影响较大，不同对称性的分子轨道参与反应的能力不同分子轨道的填充规则洪特规则在能量相等的成键轨道中，电子优自洽场填充规则先占据空轨道，且优先占据自旋方向相同的轨道电子优先填充能量较低的成键轨道，当成键轨道填满后，电子再填充能量较高的反键轨道泡利原理电子在填充分子轨道时，不能违反泡利原理，即一个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子03配位场理论配位场的基本概念配位场是指分子或离子周围电子云密配位场的基本概念是理解配位化合物度分布的区域，它是由中心原子和配结构和性质的基础，它包括配位体的位体的相互作用形成的概念、配位数和配位几何构型等配位体是指与中心原子直接相连的分配位数是指中心原子周围配位体的数子或离子，它们通过共享电子与中心目，它决定了配位几何构型和稳定性原子形成配位键配位场的能级配位场的能级可以分为成键能级、反键能级和杂化能输入配位场的能级是指配位化合物中电子的能量状态，它02标题级等，它们对配位化合物的稳定性和化学反应活性有受到中心原子和配位体的影响重要影响0103成键能级是指电子在成键轨道上运动的能量状态，反不同能级之间的跃迁会导致电子的激发和去激发，从04键能级是指电子在反键轨道上运动的能量状态，杂化而影响配位化合物的光谱性质和化学反应活性能级是指电子在杂化轨道上运动的能量状态配位场的稳定性配位场的稳定性是指配位化合在一定条件下，配位场的稳定物在一定条件下保持其结构和性决定了配位化合物的热力学性质的稳定能力和动力学稳定性，以及它们在化学反应中的行为配位场的稳定性受到多种因素了解配位场的稳定性对于预测的影响，如中心原子的电子构和调控配位化合物的性质和行型、配位体的性质和数目、配为具有重要意义位的几何构型等04分子光谱分子光谱的基本概念分子光谱特征光谱分子光谱的分类分子内部或分子之间相互由于分子内部能级跃迁产根据产生机理和波长范围，作用产生的电磁辐射，反生的光谱，具有特定波长分子光谱可分为吸收光谱、映了分子的能级变化发射光谱和共振光谱等分子光谱的类型电子光谱由电子跃迁产生的光谱，包括紫外-可见光谱、红外光谱和电子顺磁共振谱等振动光谱由分子振动产生的光谱，包括红外光谱和拉曼光谱等核磁共振谱由原子核自旋跃迁产生的光谱，主要用于有机化合物结构的测定分子光谱的解析峰位分析峰形分析谱线指认应用领域通过分析光谱中各峰的位置，通过分析光谱中各峰的形状通过对比标准谱图或已知化分子光谱在化学、物理、生推断出分子的特定结构和组和强度，推断出分子的空间合物的谱图，确定未知化合物和材料科学等领域有广泛成构型、振动模式和能级跃迁物的分子结构和组成应用，是研究分子结构和相类型等信息互作用的重要手段之一05量子化学计算方法量子化学计算的基本原理量子力学的基本原理量子力学是描述微观粒子运动和相互作用的科学，它与经典力学有本质的区别量子力学的基本原理包括波粒二象性、测不准原理、量子态叠加等分子轨道理论分子轨道理论是量子化学中用来描述分子电子结构的理论框架，它通过分子轨道的概念来描述分子中的电子分布和运动状态哈特里-福克方程哈特里-福克方程是量子化学中用来求解多电子体系薛定谔方程的数值方法，它可以计算分子的基态和激发态的能量、波函数等性质量子化学计算的方法分子力学方法分子力学方法是基于经典力学原理，通过势能面和构象空间搜索来描述分子运动的方法它适用于大分子体系的计算密度泛函理论密度泛函理论是一种基于量子力学原理的电子结构计算方法，它可以计算分子的基态和激发态的能量、电荷分布、自旋密度等性质分子轨道从头算方法分子轨道从头算方法是基于分子轨道理论的电子结构计算方法，它通过求解薛定谔方程来计算分子的基态和激发态的波函数和能量量子化学计算的应用化学反应机理研究01通过量子化学计算可以研究化学反应的机理和动力学过程，包括反应路径、能垒、活化能等参数的计算分子光谱学研究02通过量子化学计算可以模拟分子的光谱性质，包括红外光谱、拉曼光谱、紫外可见光谱等，从而解析分子结构和振动模式等信息药物设计与合成03通过量子化学计算可以预测药物分子的性质和行为，包括药效、药代动力学等，从而指导药物设计与合成THANK YOU。