课堂讲授8学时1晶体结构的周期性和点阵2晶体
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《结构化学》课程教学大纲(供应用化学专业使用)一、课程性质结构化学是应用化学的专业基础课。
本课程是在学生已经学过高等数学、物理学、无机化学、分析化学、有机化学和物理化学的基础上,在进一步从原子、分子的水平上研究物质微观结构以及结构与性能间的关系的学科。
要求学生系统地掌握结构化学的基本原理、基本方法与基本技能,通过各个教学环节培养学生独立思考、独立分析和创新的能力,使之具有一定的分析和解决化学方面实际问题的能力,从而为进一步学好专业课程及今后从事科学研究,奠定良好的化学理论基础。
考虑到应用化学专业的培养方向,本课程在内容的选材上突出了基础和实用性。
选择了化学键理论,原子结构,晶体化学等为主要内容,使学生通过对化学键理论的学习,为深入学习有关的知识打下基础,通过对晶体组成结构与性能之间关系的学习,为材料科学的学习打下基础。
本课程理论讲授共54学时,3学分。
理论教学主要通过课堂讲授,多媒体影视课件、习题课(或课堂讨论)、演算习题、自学及实验等教学形式,达到学习本课程的目的。
二、教学内容与要求量子力学基础和原子结构。
这部分内容在第一~三章中讲授。
要求了解量子力学的基本假设,掌握氢原子的薛定谔方程及求解要点,提高对原子结构的认识,深入理解原子轨道的意义、性质和空间图象。
了解多电子原子中心力场近似法及He原子的变分法处理,了解核外电子排布的依据,了解角动量的偶合及原子光谱的意义。
化学键理论和分子结构。
这部分内容主要在第五章中讲授。
要求重点掌握化学键的三个基本理论:分子轨道理论、价键理论和配位场理论。
要求掌握价键理论在多原子分子结构中的应用,了解S-P杂化轨道的组成及键角公式。
掌握HMO方法及其在共轭分子中的应用,了解前线轨道理论。
要求掌握配位场理论在配合物结构中的应用,以及s - p 配键配合物和多原子p 键配合物的结构。
点阵理论和晶体结构。
这部分内容主要在第四、六、七章中讲授。
要求掌握晶体周期性结构的特点及由此特点决定晶体的各种性质。
第一章 晶体结构本章首先从晶体结构的周期性出发,来阐述完整晶体中离子、原子或分子的排列规律。
然后,简略的阐述一下晶体的对称性与晶面指数的特征,介绍一下倒格子的概念。
§1.1晶体的周期性一、晶体结构的周期性1.周期性的定义从X 射线研究的结果,我们知道晶体是由离子、原子或分子(统称为粒子)有规律地排列而成的。
晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复,这样的性质成为晶体结构的周期性。
周期性:晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复,这样的性质成为晶体结构的周期性。
晶体结构的周期性可由X-Ray 衍射直接证实,这种性质是晶体最基本或最本质的特征。
(非晶态固体不具备结构的周期性。
非晶态的定义等略),在其后的学习中可发现,这种基本性质对固体物理的学习具有重要的意义或是后续学习的重要基础。
2.晶格 格点和点阵晶格:晶体中微粒重心,做周期性的排列所组成的骨架,微粒重心所处的位置称为晶格的格点(或结点)。
格点的总体称为点阵。
整个晶体的结构,可看成是由格点沿空间三个不同方向, 各自按一定距离周期性平移而构成。
每个平移的距离称为周期。
在某一特定方向上有一定周期,在不同方向上周期不一定相同。
晶体通常被认为具有周期性和对称性,其中周期性最为本质。
对称性其实质是来源于周期性。
故周期性是最为基本的对称性,即“平移对称性”(当然,有更为复杂或多样的对称性,但周期性或平移对称性是共同的)。
3.平移矢量和晶胞据上所述,基本晶体的周期性,我们可以在晶体中选取一定的单元,只要将其不断地重复平移,其每次的位移为a 1,a 2,a 3,就可以得到整个晶格。
则→1a ,→2a ,→3a 就代表重复单元的三个棱边之长及其取向的矢量,称为平移矢量,这种重复单元称为晶胞,其基本特性为:⑴晶胞平行堆积在一起,可以充满整个晶体⑵任何两个晶胞的对应点上,晶体的物理性质相同,即:()⎪⎭⎫⎝⎛+++=→→→332211anananrQrQ其中→r为晶胞中任一点的位置矢量。