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第四章分子结构测定方法的原理及应用前面几章主要是从量子力学基本原理出发，研究原子、分子的电子结构，而本章主要是学习运用现代化实验技术比如光谱、波谱等，研究物质的结构。
一方面我们要搞清这些实验方法的基本原理，另一方面要掌握利用这些实验方法可以获得那些有关物质结构的信息。
一、重点1．分子光谱与分子内部运动的关系。
2．双原子分子的刚性转子模型与简谐振子模型。
二、基本要求1．掌握分子光谱和分子内部运动的关系，掌握双原子分子的刚性转子模型和简谐振子模型及有关结论。
2．掌握顺磁质、反磁质、磁化率等基本概念，了解磁化率与分子结构的关系。
3．学会磁化率与偶极矩的有关测定方法。
4．了解核磁共振和顺磁共振的基本原理。
5．掌握有关双原子分子转动光谱及振——转光谱的有关计算。
三、基本内容§4-1 分子光谱一、分子光谱的产生与分类分子光谱是对分子所发出的光或被分子吸收的光进行分光得到的光谱，它是分子内部运动的反映。
分子内部运动有转动、振动和电子运动。
它们的能量都是量子化的，分子的内部运动总能量为：E＝E(转)+E(振)+E(电)＝E r+E v+E e当分子从一个状态（能级）向另一个状态（能级）跃迁时，就会吸收或发射光子,便产生分子光谱。
12E E E -=∆ 一般光谱上用波数表示：hcE 1~∆=λ=ν(h 为普郎克：常数h=6.626×10-27 erg ·s ＝6.626×10-34J ·S ）在谱学中常用波数的单位作为能量单位：1ev=8065.465cm -1（见P386表） 对于分子而言：ΔE ＝ΔE r +ΔE v +ΔE e其中：转动能级差ΔE r 最小，振动能级差ΔE v 次之，电子能级差ΔE e 较大。
ΔE r ：10 ——4～0.05ev~ν：0.8～400cm -1 位于微波和远红外光区ΔE v ：0.05～1eV~ν ：400～8000cm -1位于红外光区ΔE e ：1～20ev~ν:8×103～1.6×l05cm -1位于紫外、可见光区只有转动能级发生跃迁时，对应的光谱称为转动光谱，在振动能级发生跃迁时，一般都伴随转动能级的跃迁，所以对应的光谱称为振动转动光谱（红外光谱）。
2组长:070601314 组员:070601313070601315 070601344 070601345070601352第四章 双原子分子结构与性质1.简述 LCAO-MO 的三个基本原则，其依据是什么？由此可推出共价键应具有什么样的特征？答：1.（1）对称性一致（匹配）原则： φa = φs 而φb = φ pz 时， φs 和φ pz 在σˆ yz 的操作下对称性一致。
故 σˆ yz ⎰φs H ˆφ pz d τ = β s , pz ，所以， β s , pz ≠ 0 ，可以组合成分子轨道（2）最大重叠原则：在 α a 和α b 确定的条件下，要求 β 值越大越好，即要求 S ab 应尽可能的大（3）能量相近原则： 当α a = α b 时，可得 h = β ，c 1a = c 1b , c 1a =- c 1b ,能有效组合成分子轨道；2.共价键具有方向性。
2、以 H 2+为例，讨论共价键的本质。
答：下图给出了原子轨道等值线图。
在二核之间有较大几率振幅，没有节面，而在核间值则较小且存在节面。
从该图还可以看出，分子轨道不是原子轨道电 子云的简单的加和，而是发生了波的叠加和强烈的干涉作用。
图 4.1 H +的 ψ 1(a)和 ψ 2(b)的等值线图研究表明，采用 LCAO-MO 法处理 H 2+是成功的，反映了原子间形成共价键的本质。
但由计算的得到的Re=132pm，De=170.8kJ/mol，与实验测定值Re=106pm、De=269.0 kJ/mol 还有较大差别，要求精确解，还需改进。
所以上处理方法被称为简单分子轨道法。
当更精确的进行线性变分法处理，得到的最佳结果为Re=105.8pm、De=268.8 kJ/mol，十分接近H2+的实际状态。
成键后电子云向核和核间集中，被形象的称为电子桥。
通过以上讨论，我们看到，当二个原子相互接近时，由于原子轨道间的叠加，产生强烈的干涉作用，使核间电子密度增大。
现代实验方法：质谱色谱热谱光谱波谱能谱衍射激光技术电子显微技术第一节分子光谱概论分子结构测定方法的原理和应用分子光谱：对分子所发出的光或被分子所吸收的光进行分光所得到的光谱。
与原子光谱比较：同：每根谱线都是两个能级间跃迁的结果异：原子光谱为线状光谱分子光谱为带状光谱原子光谱（线状）分子光谱（带状）以双原子分子为例：分子内部的总能量为：ABv=0v=1v=20'=v 1'=v 2'=v 10J'J 5（取平动能量为零）EV R E E E E ++=转动能级差：cm012.025.1:-λ（相当于微波和远红外）振动能级差：（红外）cm431025.1105.2:--⨯-⨯λ电子跃迁：（近红外，可见，紫外，远紫外)cm641061025.1:--⨯-⨯λ一般地,❒E R < ❒E v < ❒E e-2-4-3-5-6-7-8-9X-射线内层电子跃迁远紫外紫外近红外红外分子振动外层电子跃迁可见)lg(0λλ)lg(0λλ-2-112345远红外微波无线电波分子振动转动ESRNMR图各种分子光谱所分布的波段示意图第二节分子的转动光谱eqR 在转动过程中保持不变假设：1 : 两原子A, B 可看作质点，其质量为2 ：原子间平衡距离ba m m ,设想分子绕质心C 以角速度ω作转动：线速度：ωCA A R v =ωCB B R v =动能为：221AA A vm =ε221BB B v m =εCBAeqR同时有：B A Beq CA M M M R R +=即BA eqB CAM M R M R +=同理：BA eqA CBM M R M R +=故分子的总转动能为：221221BB AA R vm v m +=ε记为由此可以得到：BA R εεε+=++=2)(21ωBA eqB A M M R M M 2)(21ωB A eq A B M M R M M +2221ω⨯+=eq BA B A R M M M M 2222)(212121ωωωμI II R eq ==221M I=记作BA BA MM M M +=μ称为折合质量M 为角动量I 为分子转动惯量可见分子的转动（二体）可以用一个质量为μ的粒子，以R eq 为半径，以ω为角速度旋转来模拟。
《结构化学》第四章第四章：结构化学结构化学是化学中的一个重要概念，是关于物质结构的研究。
在化学中，物质的性质与其分子或原子的结构紧密相关。
因此，理解和研究物质的结构对于进一步探索其性质、制备新材料和开发新药具有重要意义。
结构化学的研究主要涉及化学键、分子空间排列、晶体结构等方面。
在化学键中，主要包括共价键和离子键。
共价键是通过共享电子对来连接原子的，离子键是由带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子之间的静电力相互作用形成的。
共价键通常具有较强的稳定性，而离子键较易解离。
分子空间排列是指分子中各原子之间的相对位置关系。
这是由于原子之间的相互作用力所决定的，包括库仑引力、范德华力、氢键等。
这些相互作用力会导致分子在空间中呈现出不同的三维结构，如线性、平面、立体等。
这些结构决定了分子的性质，如极性、非极性、溶解度等。
晶体结构是指晶体中各原子或分子之间的空间排列模式。
晶体可以看作是由大量重复排列的单元结构单元组成的周期性结构。
晶体结构的研究为合成新材料和功能材料提供了重要依据。
例如，金刚石的硬度和光学性质与其密排的晶格结构有关。
此外，有机化学中的分子结构也是结构化学的重要内容之一、有机化合物中的碳原子可以通过共价键连接在一起，形成不同的碳骨架结构，如直链、支链、环和螺旋等。
这些结构决定了有机物的化学性质和反应性，如稳定性、活性、亲核性和电荷云的分布等。
总之，结构化学是化学中一个重要的研究领域，它关注物质的结构与性质之间的关系。
通过研究物质的结构，可以深入理解和解释其性质，为新材料和新药的设计和开发提供理论指导。
因此，结构化学在化学学科中具有重要的地位和作用。
