第01章 绪论
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第01章 绪论
■ 过程系统仿真 奥伦定义：仿真是一种基于模型的活动。通过对模型的试验以达到 研究系统的目的，或用模型对系统进行试验研究的过程。
“系统、模型、仿真”三者之间有着密切的关系。系统是研究的对 象，模型是系统的抽象，是仿真的桥梁，试验是仿真的手段。
2020年3月30日星期一
Process System Principle
A
B
B
（d）反馈连接 图1-2 单元的连接方式（2）
A
B
C
D
E
图1-3 复杂系统
2020年3月30日星期一
Process System Principle
7
过程系统概念
过程系统
根据输出的时间行为分类： 基于系统输出量随时间的变化关系，可分为： ① 连续系统； ② 间歇系统； ③ 拟连续系统。
2020年3月30日星期一
Process System Principle
返 回18
Process System Principle
16
实际系统 数学建模与形式化
图1-7 系统仿真的一般过程
修改数学模型
仿真建模
修改仿真模型
程序设计
程序修改
模型运行
Y
合理
N
N
程序问题
Y N
仿真模型
Y 数学模型
仿真实验
仿真结果处理
课程研究内容及方法
结论
《化工原理》是一门应用性课程，通过各有关过程的研究回答工业 应用中提出的问题：
12
课程研究内容及方法
研究内容
基础理论： 1、动量传递过程（单相或多相流动）---- 动量传递理论（速度） 2、热量传递过程 ---- 热量传递理论（温度） 3、物质传递过程 ---- 质量传递理论（浓度） 单元操作： 1、动量传递过程：流体输送、沉降、过滤等； 2、热量传递过程：加热、冷却和蒸发等； 3、物质传递过程：吸收、精馏、萃取、干燥等。
01第一章 绪论 《流体力学(第4版)》罗惕乾(电子课件)
体积弹性模量定义为产生单位相对体积变化所需的压强增高：
E dp dv v
其中E为体积弹性模量，v为流体体积，负号是因为当受压时dp>0体 积减小dv<0，考虑到一定质量的流体 m=ρv = 常数, 其密度与体积成 反比:
dv vd 0, 即 dv d v
体积弹性模量可写为： E ddp(N /mddp2)
dt
d
dt
其中比例系数μ是反映粘性大小的物性参数，称为流体的粘性系数或粘度。
考虑如上图的流体元变形，因为Δ=（u+du)dt-udt=dudt,
又Δ= dytgdθ=dydθ，所以单位时间内的角变形 d等于速度梯度
dt
dd。uy
从而得到著名的牛顿粘性公式：
du
dy
其中τ的单位是帕：N/m2，流体粘性系数μ的单位是：N.s/m2
(3)表面张力σ（N/m) 液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向
产生的拉力, 单位长度上的这种拉力称为表面拉力。
2、毛细现象
(1)内聚力，附着力
液体分子间相互制约，形成一体的吸引力。
(2)毛细压强
由表面张力引起的附加压强称为毛细压强
3.毛细管中液体的上升或下降高度
d cos( ) 1 d 2hg
慢的趋势，而快层对慢层有向前的牵扯使其有变快的趋势
Δ
u+du τ
dy
d
u
t
t+dt
流体相邻层间存在着抵抗层间相互错动的趋势，这一特性称为流
体的粘性，层间的这一抵抗力即摩擦力或剪切力，单位面积上的剪
切力称为剪切应力τ
牛顿提出，流体内部的剪切力τ与流体的角变形率 成d正比（注
意对于固体而言，τ 与θ 成正比）
E dp dv v
其中E为体积弹性模量，v为流体体积，负号是因为当受压时dp>0体 积减小dv<0，考虑到一定质量的流体 m=ρv = 常数, 其密度与体积成 反比:
dv vd 0, 即 dv d v
体积弹性模量可写为： E ddp(N /mddp2)
dt
d
dt
其中比例系数μ是反映粘性大小的物性参数，称为流体的粘性系数或粘度。
考虑如上图的流体元变形，因为Δ=（u+du)dt-udt=dudt,
又Δ= dytgdθ=dydθ，所以单位时间内的角变形 d等于速度梯度
dt
dd。uy
从而得到著名的牛顿粘性公式：
du
dy
其中τ的单位是帕：N/m2，流体粘性系数μ的单位是：N.s/m2
(3)表面张力σ（N/m) 液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向
产生的拉力, 单位长度上的这种拉力称为表面拉力。
2、毛细现象
(1)内聚力，附着力
液体分子间相互制约，形成一体的吸引力。
(2)毛细压强
由表面张力引起的附加压强称为毛细压强
3.毛细管中液体的上升或下降高度
d cos( ) 1 d 2hg
慢的趋势，而快层对慢层有向前的牵扯使其有变快的趋势
Δ
u+du τ
dy
d
u
t
t+dt
流体相邻层间存在着抵抗层间相互错动的趋势，这一特性称为流
体的粘性，层间的这一抵抗力即摩擦力或剪切力，单位面积上的剪
切力称为剪切应力τ
牛顿提出，流体内部的剪切力τ与流体的角变形率 成d正比（注
意对于固体而言，τ 与θ 成正比）
流体力学2020_01_绪论-雨课堂
第一章绪论人类生活在一个被大气包围的星球上，而这颗星球表面的3/4又被广阔的海洋覆盖，我们的生活一刻也离不开流体。
流体力学在工业和日常生活中都有着广泛的应用，例如：飞行器、舰船、港口、石油平台、桥梁、水库、城市给排水管网、化工机械、动力设备、医疗设备等的设计需要流体力学；气象、海况和洪水的预报需要流体力学；大气、海洋、湖泊、河流和地下水中环境污染的防治也需要流体力学。
因此，掌握一定的流体力学知识和方法实在是有必要的。
本章内容提要：1）什么是流体？什么是流体力学？2）流体力学的研究方法；3）流体的主要物理性质；4）流体质点的概念和连续介质模型（或连续介质假定）。
连续介质假定是整个流体力学的基石之一，务必深入理解。
1.1 流体力学的研究对象和任务流体力学属于力学的一个重要分支，它是研究流体在各种力的作用下的平衡（静止）和运动规律的一门科学。
Fluid mechanics is the study of fluids either in motion (fluid dynamics) or at rest (fluid statics) and the subsequent effects of the fluid upon the boundaries, which may be either solid surfaces or interfaces with other fluid (Frank M. White).传统上，流体力学的研究对象包括液体（liquid）和气体（gas），二者统称为流体。
近年来，等离子体也被纳入流体力学的研究范畴，因此等离子体在某些情况下也被视为流体。
本书将要讨论的流体限于液体和气体。
此外，在流体力学研究中，通常从形态上将物体分为固体（solid）和流体（fluid）两类。
流体力学研究的是流体中大量分子的宏观运动规律，而不是具体的分子运动，属于宏观力学的范畴。
这一点在本章第3节中将具体讨论。
第1章 绪论(水文)
点： （1)水文现象的确定性规律； （2)水文现象的随机性规律； （3)水文现象的地区性规律。
1.2水文现象及其研究方法
1.2.1水文现象及其基本规律 （1)水文现象的确定性规律 水文现象同其他自然现象一样，具有必然性和偶然性两方面，在水文学中通常称必然性为
确定性，称偶然性为随机性。 河流每年都有洪水期和枯水的周期性交替；冰雪水源河流具有以日为周期的水量变化。产
01 水资源及其开发利用 02 水文学现象及其研究方法 03 课程主要任务与内容
PART 01
水资源及其开发利用
1.1水资源的涵义及特点
1.1.1水资源的涵义及特点 水资源是一种自然资源，是人类赖以生存和发展不可替代的一种资源。各时期对水资源的
含义存在着不同的见解，2012年联合国教科文组织和世界气象组织共同给出了水资源的涵义： “水资源是指可供利用或有可能被利用的水源，这个水源具有足够的数量和合适的质量，并满 足某一地方在一段时间内具体利用的需求”。
1.1水资源的涵义及特点
1.1.3我国水资源状况 据预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750 m³ 。在充分考虑节
水情况下，预计用水总量为7000亿至8000亿m³ ，要求供水能力比现在增长1300亿至2300亿 m³ ，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。
1.1水资源的涵义及特点
1.1.2水资源的开发利用 水资源是一种动态资源，其特点主要表现为循环性、多用途性、有限性、分布的不均匀性
和利害两重性。人们在长期的生产、生活过程中，为了自身和环境的需要在不断地认识和开发 利用水资源，其开发利用包括兴水利、除水害和保护水环境。
兴水利主要指农田灌溉、水力发电、城乡给排水、水产养殖、航运等； 除水害主要是防止洪水泛滥成灾； 保护水环境主要是防治水污染，维护生态平衡，为子孙后代的可持续利用和发展留一片绿 水青山。
1.2水文现象及其研究方法
1.2.1水文现象及其基本规律 （1)水文现象的确定性规律 水文现象同其他自然现象一样，具有必然性和偶然性两方面，在水文学中通常称必然性为
确定性，称偶然性为随机性。 河流每年都有洪水期和枯水的周期性交替；冰雪水源河流具有以日为周期的水量变化。产
01 水资源及其开发利用 02 水文学现象及其研究方法 03 课程主要任务与内容
PART 01
水资源及其开发利用
1.1水资源的涵义及特点
1.1.1水资源的涵义及特点 水资源是一种自然资源，是人类赖以生存和发展不可替代的一种资源。各时期对水资源的
含义存在着不同的见解，2012年联合国教科文组织和世界气象组织共同给出了水资源的涵义： “水资源是指可供利用或有可能被利用的水源，这个水源具有足够的数量和合适的质量，并满 足某一地方在一段时间内具体利用的需求”。
1.1水资源的涵义及特点
1.1.3我国水资源状况 据预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750 m³ 。在充分考虑节
水情况下，预计用水总量为7000亿至8000亿m³ ，要求供水能力比现在增长1300亿至2300亿 m³ ，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。
1.1水资源的涵义及特点
1.1.2水资源的开发利用 水资源是一种动态资源，其特点主要表现为循环性、多用途性、有限性、分布的不均匀性
和利害两重性。人们在长期的生产、生活过程中，为了自身和环境的需要在不断地认识和开发 利用水资源，其开发利用包括兴水利、除水害和保护水环境。
兴水利主要指农田灌溉、水力发电、城乡给排水、水产养殖、航运等； 除水害主要是防止洪水泛滥成灾； 保护水环境主要是防治水污染，维护生态平衡，为子孙后代的可持续利用和发展留一片绿 水青山。
第一章 绪论
1.1.2 人工智能的起源与发展
孕 育 期 （ 1956年前） 形 成 期 （ 1956－1970年） 暗 淡 期 （ 1966－1974年） 知识应用期 （ 1970－1988年） 集成发展期 （ 1986年至今）
1.1.2 人工智能的起源与发展
孕 育 期 （ 1956年前）
亚里斯多德（公元前384—322）：古希腊伟大的哲学家和思 想家，创立了演绎法。他提出的三段论至今仍然是演绎推理的 最基本出发点。
AI的严格定义依赖于对智能的定义，即要定义人工智能，首先应该定义智能；但 智能本身也还无严格定义。
一般解释：人工智能就是用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能，或称机 器智能、计算机智能。
1.1.1 人工智能的定义
知识与智能 知识 人们通过体验、学习或联想而知晓的对客观世界规律性的认识，包括事实、
能理论框架，使人工智能进入一个新的发展时期 。
1.1.2 人工智能的起源与发展
中国的AI研究
1981年中国人工智能学会在长沙艰难成立，其后长期得不到国内科技界的认同，只能 挂靠中国社会科学院哲学研究所，直到2004年，才得以“返祖归宗”，挂靠到中国科 学技术协会。
1985年前，人工智能在西方国家得到重视和发展，而在苏联却受到批判；我国人工智 能也与“特异功能”一起受到质疑，人工智能学科群专著不能公开出版。
（表处理语言）。 1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的发展。 1965年，鲁宾逊提出了归结（消解）原理。费根鲍姆开发第一个专家系统DENDRAL，
用于质谱仪分析有机化合物的分子结构
1.1.2 人工智能的起源与发展
暗 淡 期 （ 1966－1974年）
由于一些人工智能研究者被“胜利冲昏了头脑”，盲目乐观，对人工智能的未来发展 和成果做出了过高的预言，而这些语言的失败，给人工智能的声誉造成重大伤害。 当时的人工智能主要存在下列三个局限性：
第01章 公共行政学绪论
5
第一章 绪论
• 第一节 行政与行政学概述
• 一、公共行政的含义 • （一）公共行政的概念
•
“兽相食，且人恶之，为民父母，行政不
免于率兽而食人，恶在其为民父母也？”
——孟子《梁惠王·上》
6
• 公共行政是指国家行政机关以公共利益为目标，
以宪法和法律为依据，通过制定和实施公共政策， 对社会公共事务进行管理的活动。
• 公共行政是指国家行政机关管理社会公共事务、 提供公共服务的活动。
•
7
• 这个界定包含如下内容： • 第一，公共行政的主体是国家行政系统中的
中央以及地方各级政府。 • 第二，公共行政的客体是全社会范围的公共事
务。 • 第三，公平、公正是公共行政的最高价值取向。 • 第四，宪法和法律是公共行政的依据。 • 第五，公共政策是政府管理社会公共事务的基
• （二）规范研究方法 • （三）实证研究方法 • （四）比较研究方法 • （五）案例研究方法 • （六）跨学科研究方法
•
16
四、公共行政学研究的趋向
• 1、从演绎分析转向归纳分析。从一般到个别转为从 个别到一般
• 2、从价值分析转向实证分析。从应然到实然 • 3、从静态分析转向动态分析。从制度、结构研究转
23
（二）行政管理学产生的理论渊源
• 1、西方近代政治学尤其是国家学说，为行政管 理学提供了理论和思辩的研究方法。
• 2、君主制时代德、奥两国的官房学。 • 官房学又译计臣学，主要研究如何有效地为
国家(君主)管理财政、经济、行政等问题。 • 官房学以后演变为公共财政学。
24
• 3、英国的文官制度。 • 英国在1805年设立了常任文官，1854年正式
确立了常任文官制度。
第一章 绪论
• 第一节 行政与行政学概述
• 一、公共行政的含义 • （一）公共行政的概念
•
“兽相食，且人恶之，为民父母，行政不
免于率兽而食人，恶在其为民父母也？”
——孟子《梁惠王·上》
6
• 公共行政是指国家行政机关以公共利益为目标，
以宪法和法律为依据，通过制定和实施公共政策， 对社会公共事务进行管理的活动。
• 公共行政是指国家行政机关管理社会公共事务、 提供公共服务的活动。
•
7
• 这个界定包含如下内容： • 第一，公共行政的主体是国家行政系统中的
中央以及地方各级政府。 • 第二，公共行政的客体是全社会范围的公共事
务。 • 第三，公平、公正是公共行政的最高价值取向。 • 第四，宪法和法律是公共行政的依据。 • 第五，公共政策是政府管理社会公共事务的基
• （二）规范研究方法 • （三）实证研究方法 • （四）比较研究方法 • （五）案例研究方法 • （六）跨学科研究方法
•
16
四、公共行政学研究的趋向
• 1、从演绎分析转向归纳分析。从一般到个别转为从 个别到一般
• 2、从价值分析转向实证分析。从应然到实然 • 3、从静态分析转向动态分析。从制度、结构研究转
23
（二）行政管理学产生的理论渊源
• 1、西方近代政治学尤其是国家学说，为行政管 理学提供了理论和思辩的研究方法。
• 2、君主制时代德、奥两国的官房学。 • 官房学又译计臣学，主要研究如何有效地为
国家(君主)管理财政、经济、行政等问题。 • 官房学以后演变为公共财政学。
24
• 3、英国的文官制度。 • 英国在1805年设立了常任文官，1854年正式
确立了常任文官制度。
社会医学 01第一章 绪论(卢祖洵)
和健康的关系及其相互作用规律的研究，并且
深入到公共卫生及临床医学等领域。各国社会
医学的发展的特点主要体现在实践方面。
三、 我国社会医学的发展
我国古代医学家早就注意到了环境及精 神因素对健康的影响，现存最早的医书《黄 帝内经》中就有气候改变、饮食起居及精神 因素等与疾病有关的论点。西周初期我国就 建立了社会医事组织。汉朝设立了为贫民看 病的机构。南宋元嘉20年（公元443年）设 “医学”，臵太医博士及助教，是我国最早 设臵的医学学校。
• 81年同济在全国率先开课 • 84、85、86年连续三期全国社会医学高师班 • 85年《医学百科全书》设“社会医学与卫生 管理学”分 册 • 国务院学位委员会设“社会医学与卫生事 业管理”学科（学位） • 95年上海医科大学设第一个博士点 • 近10年来，社会医学是高等医药院校及中等 卫生学校各专业各层次学生及卫生管理干 部培训的选修课或必修课
第二节 社会医学与相关学科的关系
社会医学作为一门新兴学科，逐渐形成 了自己特定的研究内容、基本理论和研究方 法。然而，相互渗透和相互交叉是学科发展 的重要特点，社会医学作为一门交叉科学， 必然与许多学科之间互相关联，诸如与基础 医学、临床医学、预防医学，以及社会学、 卫生管理学、医学伦理学、卫生经济学、医 学社会学、医学心理学等学科均有密切关系。
近代西洋医学从19世纪传入中国。 1910年东北鼠疫流行，伍连德医师在山 海关设立检疫所实行卫生检疫，这是我国自 己举办的卫生防疫机构。1905年清政府在警 政部警保司下设卫生科，次年改属内政部， 第三年改称卫生司，是我国最早建立的中央 卫生行政机构。1898年（光绪二十四年）上 海公共租界工商部卫生处是我国最早成立的 地方卫生行政机构。
运作、实施 解决问题 卫生管理学 两者是姊妹学科或一个学科：社会医学与卫生管理 系（学位点） 国外：health policy an学(community medicine)
深入到公共卫生及临床医学等领域。各国社会
医学的发展的特点主要体现在实践方面。
三、 我国社会医学的发展
我国古代医学家早就注意到了环境及精 神因素对健康的影响，现存最早的医书《黄 帝内经》中就有气候改变、饮食起居及精神 因素等与疾病有关的论点。西周初期我国就 建立了社会医事组织。汉朝设立了为贫民看 病的机构。南宋元嘉20年（公元443年）设 “医学”，臵太医博士及助教，是我国最早 设臵的医学学校。
• 81年同济在全国率先开课 • 84、85、86年连续三期全国社会医学高师班 • 85年《医学百科全书》设“社会医学与卫生 管理学”分 册 • 国务院学位委员会设“社会医学与卫生事 业管理”学科（学位） • 95年上海医科大学设第一个博士点 • 近10年来，社会医学是高等医药院校及中等 卫生学校各专业各层次学生及卫生管理干 部培训的选修课或必修课
第二节 社会医学与相关学科的关系
社会医学作为一门新兴学科，逐渐形成 了自己特定的研究内容、基本理论和研究方 法。然而，相互渗透和相互交叉是学科发展 的重要特点，社会医学作为一门交叉科学， 必然与许多学科之间互相关联，诸如与基础 医学、临床医学、预防医学，以及社会学、 卫生管理学、医学伦理学、卫生经济学、医 学社会学、医学心理学等学科均有密切关系。
近代西洋医学从19世纪传入中国。 1910年东北鼠疫流行，伍连德医师在山 海关设立检疫所实行卫生检疫，这是我国自 己举办的卫生防疫机构。1905年清政府在警 政部警保司下设卫生科，次年改属内政部， 第三年改称卫生司，是我国最早建立的中央 卫生行政机构。1898年（光绪二十四年）上 海公共租界工商部卫生处是我国最早成立的 地方卫生行政机构。
运作、实施 解决问题 卫生管理学 两者是姊妹学科或一个学科：社会医学与卫生管理 系（学位点） 国外：health policy an学(community medicine)
产业经济学：原理及案例(第六版)第01章 绪论
21
第四节 产业经济学的研究方法
系统方法 自组织理论方法 系统动力学方法 投入产出分析法
22
一、系统方法
系统方法是将对象视为一个系统，着重 考察对象与环境的关系、对象与内部构 成部分的关系以及对象内部分与部分的 关系，从而达到最优地处理问题的目的 的一种现代科学方法。
23
一、系统方法
国民经济是由各产业部门构成的系统；产业又 是由各个细分的产业构成的系统；细分的产业 又是由各个企业构成的系统。 从更高层次上寻求出路
将石油化工、汽车、 家电和电子工业确定 为重点发展的主导产 业，先后制定了《机 械工业振兴临时措施 法》、《电子工业振 兴临时措施法》等法 规，对重化工业、电 子工业的加快发展起 极大的促进作用，使 日本经济进入高速增 长期.
将高级机械、电子产 品和电子计算机等附 加价值高的高技术产 业作为重点发展产业， 加以重点扶植，促进 了日本产业结构的高 度化。
亚当·斯密（Adam Smith,1723--1790） 1776年发表《国富 论》，创立了古典 经济学，即微观经 济学 Microeconomics。
微观经济 分析
宏观经济 分析
?
凯恩斯(John Maynard Keynes,1883-1946) 1936年发表 了《就业、利息和 货币通论》，创立 了现代宏观经济学 Macroeconomics。
20
第三节 产业经济学的研究意义
二、研究产业经济学，为产业结构的优化、产
业的合理布局、提高产业竞争力提供理论指导 经济发展中规模、结构、质量、效益的关系， 一直是摆在经济学家面前的难题； 各地区协调发展，构建合谐社会是经济学家面 对的新课题； 提升产业竞争力，实现产业比较优势向竞争优 势的转变，是经济学研究的永恒主题。
第四节 产业经济学的研究方法
系统方法 自组织理论方法 系统动力学方法 投入产出分析法
22
一、系统方法
系统方法是将对象视为一个系统，着重 考察对象与环境的关系、对象与内部构 成部分的关系以及对象内部分与部分的 关系，从而达到最优地处理问题的目的 的一种现代科学方法。
23
一、系统方法
国民经济是由各产业部门构成的系统；产业又 是由各个细分的产业构成的系统；细分的产业 又是由各个企业构成的系统。 从更高层次上寻求出路
将石油化工、汽车、 家电和电子工业确定 为重点发展的主导产 业，先后制定了《机 械工业振兴临时措施 法》、《电子工业振 兴临时措施法》等法 规，对重化工业、电 子工业的加快发展起 极大的促进作用，使 日本经济进入高速增 长期.
将高级机械、电子产 品和电子计算机等附 加价值高的高技术产 业作为重点发展产业， 加以重点扶植，促进 了日本产业结构的高 度化。
亚当·斯密（Adam Smith,1723--1790） 1776年发表《国富 论》，创立了古典 经济学，即微观经 济学 Microeconomics。
微观经济 分析
宏观经济 分析
?
凯恩斯(John Maynard Keynes,1883-1946) 1936年发表 了《就业、利息和 货币通论》，创立 了现代宏观经济学 Macroeconomics。
20
第三节 产业经济学的研究意义
二、研究产业经济学，为产业结构的优化、产
业的合理布局、提高产业竞争力提供理论指导 经济发展中规模、结构、质量、效益的关系， 一直是摆在经济学家面前的难题； 各地区协调发展，构建合谐社会是经济学家面 对的新课题； 提升产业竞争力，实现产业比较优势向竞争优 势的转变，是经济学研究的永恒主题。
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Na •
+
• Cl • • ••
••
=
Na+
+
•• – • Cl • • • ••
=
+Cl – Na
22
离子晶体－NaCl
23
共价键理论
1916年，路易斯
(Lewis，美国化学家)
提出了共价学说
若两个原子各有一个未成对电子，且自旋相反，则 电子所在的轨道可以相互重叠形成共价键，若有几 个未成对电子，则能形成几个共价键。形成共价键 后，配对的电子归两核共同所有，称为共用电子对。
14
描述轨道的三个量子数
1．主量子数(n)
n = 1，2，3，4，…，用K，L，M，N，…表示。n 代表了 轨道离原子核的平均距离，同时也是决定轨道能量高低的 重要因素。
2．角量子数(l)
l = 0，1，2，3，……n–1，用s，p，d，f，…表示。角量 子数l表示在主量子数相同时，轨道在能量和形状上的差 异。一个轨道的主量子数和角量子数确定以后，其能量也 随之确定。
原子是由原子核(带正电的质子 和不带电的中子)和绕核运动的 带负电的电子组成的
12
薛定谔方程
1926年，薛定谔
(Shrödinger，奥地利物理学家)
发表了著名的薛定谔方程 ∂ 2ψ ∂ 2ψ ∂ 2ψ 8π 2 m + 2 + 2 = − 2 ( E − V )ψ 2 h ∂x ∂y ∂z
该方程可以用来描述包括电子在内的任何具有波粒二象性的 微观粒子。 薛定谔方程的建立，开创了一个新的物理学领域：量子力学。
物理学
分析力学 电动力学 统计力学 量子力学
13
氢原子轨道
• 将氢原子核外电子的各种参数代入薛定谔方程， 并将直角坐标转换成球面坐标，然后进行求解， 就可得到描述氢原子中电子运动规律的波函数。 • 量子力学把描述电子运动规律的波函数叫做原 子轨道函数，简称原子轨道(Atomic Orbital)。 • 每个原子轨道对应着一定的能级。 • 原子轨道用量子数描述。 • 原子轨道可以用图示法表示，每个轨道有一定 的形状。
35
一些化学键的偶极矩
化学键 H－C H－N H－O H－F H－Cl H－Br H－I 偶极矩(D) 0.4 1.3 1.5 1.7 1.1 0.8 0.4 化学键 C－C C－N C－O C－F C－Cl C－Br C－I 偶极矩(D) 0 0.2 0.7 1.6 1.5 1.4 1.2
二氯甲烷 (2个异构体)
H Cl C H
9
Cl
1874年，范霍夫
(Van’t Hoff，1852-1911，荷兰化学家)
提出了正四面体结构理论 当碳原子分别和4个原子结合时，它的4价是等 同的，并指向以碳原子为中心的正四面体的四 个顶角 范 霍 夫 结 构 理 论
10
立体结构与平面结构的关系
H
沿平面H-C-Cl观察
6
结构式：用来表示化合物分子结构的式子
同分异构和异构体
具有相同分子式C2H6O的两个化合物为：
同分异构现象(Berzelius-isomerism) 分子式相同而结构不同因而是不同化合物的现象 异构体(Isomer) 分子式相同而结构不同的化合物
7
CH3NO2的3个异构体
CH3 N O
+
O
硝基甲烷(Nitromethane)， 沸点为101°C，赛车燃 料。
CH3
O
O
N
O
亚硝酸甲酯(Methyl nitrite)， 沸点为−12°C，吸入后能 引起血管扩张。 氨基甲酸(Carbamic acid)， 合成尿素的中间体，极不 不稳定，不易分离。
8
H2N
C OH
平面结构的缺陷
H H C H
甲烷 (1个异构体)
H
H
H
C H
Cl
氯甲烷 (1个异构体)
H H C Cl Cl
27
共价键的类型和特点
[H]1s1
[F]2s22px12py22pz2
波函数在最大值处重叠：共价键的方向性 一个轨道只能和其它轨道重叠一次：共价键的饱和性
28
共价键的类型和特点
[N]2s22px12py12pz1
一个元素的化合价就是未成对的价电子的数目
29
共价键的键角
F Be
180° 二氟化铍
+ NH4
OCN
加热
CH4N2O
尿素 (Urea)
2
氰酸铵 (Ammonium cyanate)
有机化合物和有机化学
尿素的人工合成，是有机化学发展过程中的一个里 程碑（被认为是现代有机化学的开始），它突破了 有机物和无机物之间的绝对界限，动摇了生命力论 的基础。 1845年，科尔贝（Kolbe，1818-1884，维勒的学生） 由CS2合成了醋酸，生命力论被彻底推翻。 有机物就是含有碳元素的化合物。有机化学就是碳 化合物的化学。
19
几个典型元素的电子构型
原子序数 元素 1 6 7 8 9 10 轨道 H C N O F Ne ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 电子构型 1s1 1s22s22p2 1s22s22p3 1s22s22p4 1s22s22p5
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s
E(N − H) =
( D1 + D2 + D3 ) 3
= 390.5kJ/mol
31
有机化合物常见共价键的键能
共价键 C－C C＝C C≡C C－H C－N 键能(kJ/mol) 347 611 837 414 305 共价键 C－O C－F C－Cl C－Br C－I 键能(kJ/mol) 360 485 339 285 218
3．磁量子数(m)
m = 0，±1，±2，±3，…±l。 磁量子数决定原子轨道在空间的伸展方向。
15
三个量子数之间的关系
n 1 2 l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 m 0 0 1, 0, –1 0 1, 0, –1 2, 1, 0, –1, –2 0 1, 0, –1 2, 1, 0, –1, –2 3, 2, 1, 0, –1, –2, –3 轨道表示法 轨道数目 轨道总数目 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 4 8
化学
无机化学 有机化学 物理化学 分析化学 量子化学
3
分子式为C2H6O的两个化合物 两个化合物具有相同的分子式：C2H6O
结构的提出
4
结构的提出
结构：有机物分子中原子排列的顺序和方式 化学键：分子中的原子相互结合在一起的很强的作用力 化合价：不同元素的原子在相互结合时的能力
常见元素的化合价
元素 H, Cl, Br, F O N 化合价 1 2 3 化合物 H2, HCl, Cl2, Br2 H2O, O2 NH3
µ = q×d
q: 偶极电荷所带的电量 d: 正负电荷的距离 µ: 偶极矩， D(1D=3.336×10-30 C·m =10-18 esu·cm)
The debye unit is named in honor of Peter Debye, a Dutch scientist who did important work in many areas of chemistry and physics and was awarded the Nobel Prize in chemistry in 1936.
24
共价键－氢分子的形成
原子可以通过共用电子形成八隅体结构
H
式)
H
H
(凯库勒式)
键轴－参与成键的原子轨道重叠后两原子核的连线
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共 价 键 的 键 长
键长－键轴的长度(单位：nm或pm)
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有机化合物常见化学键键长
共价键 C－H C C C－C C＝C C≡C C－N C≡N 键长(nm) 0.109 0.154 0.134 0.120 0.147 0.116 共价键 C－O C O C＝O C－F C－Cl C－Br C－I 键长(nm) 0.143 0.122 0.141 0.176 0.194 0.214
1
生命力论及尿素的合成
1807年，贝采里乌斯(Berzelius，1779-1848，瑞典)创造了 （coined）“有机化学（Organic chemistry）”术语。 1815年，贝采里乌斯提出了生命力论（Vitalism）－有机 物是由于受生命力(Vital force)的影响生成的，而不能由人 工合成。 1828年，维勒(Wöhler，1800-1882，德国，曾在贝采里乌 斯手下工作过)合成了尿素（1799年发现）—当时公认的 有机物：
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s22s22p6 2px 2py 2pz
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原子轨道的意义
原子轨道没有明确的物理意义。 原子轨道的平方(|ψ| 2)，代表了原子核外空间某一点 电子出现的几率密度。 由于电子行踪不定地出现在空间各点，仿佛电子是 分散在原子核周围的空间，因此常形象地将电子在 空间出现的几率称做电子云。电子云常用图形表示。 原子轨道有正负之分。 电子云没有正负之分。
H H C Cl
H
沿平面H-C-H观察
C H Cl H C H Cl Cl Cl
Cl
Cl C H
Cl
两个平面结构是同一立体结构在不同角度的投影
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原子的组成
1897年：汤姆逊(Tomson，英国物理学家)发现了电子 1919年：卢瑟福(Rutherford，英国物理学家)发现了质子 1932年：查德威克(Chadwick，英国物理学家)发现了中子