结构化学(林梦海,林银钟执笔;厦门大学化学系物构组编)思维导图
《结构化学》课件
contents
目录
• 结构化学简介 • 原子结构与性质 • 分子的电子结构与性质 • 晶体结构与性质 • 结构化学实验结构化学的定义
总结词
结构化学是一门研究物质结构与 性质之间关系的科学。
详细描述
结构化学主要研究原子的排列方 式、电子分布和分子间的相互作 用，以揭示物质的基本性质和行 为。
晶体的电导率、热导率等性质取决于其内 部结构，不同晶体在这些方面表现出不同 的特性。
晶体的力学性质
晶体材料的应用
晶体的硬度、韧性等力学性质与其内部原 子排列密切相关，这些性质决定了晶体在 不同工程领域的应用价值。
晶体材料广泛应用于电子、光学、激光、 半导体等领域，如单晶硅、宝石等。了解 晶体的性质是实现这些应用的关键。
分子的选择性
分子的选择性是指分子在化学反应中对反应物的选择性和对产物的选择性。选择性强的分 子可以在特定条件下优先与某些反应物发生反应，产生特定的产物。
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晶体结构与性质
晶体结构的基础知识
晶体定义与分类
晶体是由原子、分子或离子在空 间按一定规律重复排列形成的固 体物质。根据晶体内部原子、分 子或离子的排列方式，晶体可分 为七大晶系和14种空间点阵。
电子显微镜技术
• 总结词：分辨率和应用 • 电子显微镜技术是一种利用电子显微镜来观察样品的技术。相比光学显微镜，
电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，因此可以观察更细微的结构 和组分。 • 电子显微镜技术的分辨率一般在0.1~0.2nm左右，远高于光学显微镜的分辨 率（约200nm）。因此，电子显微镜可以观察到更小的晶体结构、病毒、蛋 白质等细微结构。 • 电子显微镜技术的应用范围很广，例如在生物学领域中，可以用于观察细胞、 病毒、蛋白质等生物样品的结构和形态；在环境科学领域中，可以用于观察污 染物的分布和形态；在材料科学领域中，可以用于观察金属、陶瓷、高分子等 材料的表面和断口形貌等。
结构化学-第1章讲义
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二 课程内容 对象 主要理论工具
章节
原子 量子力学
分子 点群理论 共价键理论
第一章 量子力学 第二章 原子结构
第三章 分子对称性 第四章 双原子分子 第五章 多原子分子
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对象 主要理论工具
章节
络合物 配位场理论 第六章 配位化合物
晶体 点阵结构理论 第七章 晶体结构 密堆积原理 第八章 晶体材料
献有发明了微积分，发现了万有引力定律和经典力学等等，被誉为人类历
史上最伟大，最有影响力的科学家。为了纪念牛顿在经典力学方面的杰出
成就，“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。
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2. Maxwell电磁场理论
波函数描述运动状态：
单色平面波 (x,t) Acos(x t)
(λ为波长，ν为频率)
这些振子的能量只能取某些基本能量单位的 整数倍，基本能量单位和频率成正比——
h E n n h （n=1, 2, 3…）
Planck 常数：h=6.626× 10-34 J·s
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振子在吸收或者发射电磁波时，只能从某一个特 定状态过渡到另一个特定状态，
E(v,T
)dv
8v2k
维恩公式只适用于短波部分;
瑞利-金斯公式则只适用于长波部分,它在短 波部分引出了 “紫外灾变”，即波长变短时辐 射的能量密度趋于无穷大,而不象实验结果那样 趋于零。
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Planck 量子论
1900年12月14日，普朗克公布了他对黑体 辐射的研究成果。
提出假设：黑体辐射的是带电的谐振子。
结构化学
厦门大学结构化学精品课程 - 第五章 多原子分子的结构与性质
CCl4
PCl3
SCl2
PCl5
SCl4
BrF3 ICl2PF6-
IF5 ICl4NO2-
NO2 NO2+
CaF2
SrF2 BaF2 SHMO法 电荷密度 键级 自由价 分子图 环戊二烯负离子 环丁二烯 肽键 对称匹配线性组合 群轨道 正则轨道(CMO) 定域轨道(LMO)
缺电子分子 硼烷 多中心键 桥键 3c-2e硼桥键 3c-2e硼键 5c-6e硼键 金属烷基化合物 B5H9 (LiCH3)4 Be(CH3)2 MgAl2(CH3)8 Al2 (CH3)6 轨道对称守恒原理
C Si Ge Sn
碳族元素N=4 , 8-N=4. C、Si及金 属元素Ge、Sn都有 同素异构体，不过, 它们都有4配位金刚 石型结构:
金刚石型结构
碳还有石墨型和球烯型结构. 石墨虽有不同晶型, 但层形 分子中C都是sp2杂化. 由于离域大π键的存在, 层上的成键不 遵从8-N法则. 球烯也不遵从8-N法则:
Contents
5.6 分子轨道对称守恒原理 5.6.1 前线轨道理论 5.6.2 相关图理论
5.7 一些新型多原子分子 5.7.1 固体碳的新形态——球烯 5.7.2 新型主体分子——杯芳烃类化合物 5.7.3 具有分形结构的树状大分子
关键词超连接
8-N法则 稀有气体 卤素 氧族 氮族 碳族 B VSEPR规则 成键电子对BP 孤电子对LP BeCl2 SnCl2 BF3
下面给出各种实例：
BeCl2 (2BP) , 直线形 SnCl2 (2BP+LP) V形 BF3 (3BP) 平面三角形
CCl4 (4BP) 正四面体形 PCl3 (3BP+LP) 三角锥形 SCl2 (2BP+2LP) V形
结构化学基础
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
应用
化合物
结构
化学
基本概念
特征
包括
化学
介绍
结构 一章
材料
基础
配位
性质
高分子化合物
有机化合物
原子
金属
内容摘要
内容摘要
《结构化学基础》是一本全面介绍结构化学的教材，涵盖了结构化学的基本概念、原理和应用。 以下是本书的内容摘要： 这一章主要介绍了原子结构和元素周期表的关系。介绍了原子核的结构和电子的运动状态，然后 介绍了原子能量的量子化和原子光谱的规律性。详细介绍了元素周期表和元素性质的周期性。 这一章主要介绍了分子结构和化学键的基本概念。介绍了分子轨道理论的基本原理和应用，然后 介绍了共价键、离子键和金属键等不同类型的化学键。介绍了分子间相互作用和氢键等概念。 这一章主要介绍了晶体结构和物理性质的关系。介绍了晶体结构的特征和分类，然后介绍了晶体 结构分析和晶体的性质。介绍了晶体的缺陷和非晶体的结构特征。 这一章主要介绍了配位化合物和金属有机化合物的结构和性质。介绍了配位化合物的结构和性质， 包括配位体、配位数和配位反应等。
精彩摘录
《结构化学基础》这本书为我们提供了许多有用的概念和理论，这些概念和 理论不仅有助于我们更好地理解物质的微观结构和性质，还可以帮助我们更好地 理解和应用化学学科中的各种概念和原理。这些精彩摘录只是其中的一部分，但 它们可以帮助我们更好地理解这本书的内容和价值。
阅读感受
阅读感受
在完成《结构化学基础》的阅读之后，我深深地感受到了这本书的深度和价 值。作为一本专门探讨结构化学的著作，它不仅提供了对这一领域的基本理解， 同时也为我们揭示了化学反应的微观机制和物质的基本结构。
高三化学第五章物质结构 元素周期律 思维导图
1 / 21 / 2考点一 原子构成 1．构成原子的微粒及作用 1．构成原子的微粒及作用原子 ⎩⎪⎨⎪⎧原子核⎩⎪⎨⎪⎧质子(Z 个)——决定 的种类中子[(A －Z )个]在质子数确定后决定 种类同位素核外电子(Z 个)——最外层电子数决定元素的 性质2．将下列核素符号(X)周围5个位置数字的含义填写在方框内3．微粒之间的关系(1)质子数(Z )＝核电荷数＝____________； (2)质量数(A )＝________(Z )＋________(N )； (3)阳离子的核外电子数＝质子数－____________； (4)阴离子的核外电子数＝质子数＋______________。
考点二 元素、核素、同位素 1．元素、核素、同位素的关系2．同位素的性质同一元素的各种核素的________不同，________相同， 化学性质______________，物理性质____________。
考点三 核外电子排布 1．原子核外电子排布规律(1)核外电子一般总是尽先排布在__________的电子层里。
(2)每个电子层最多容纳的电子数为________个。
①最外层最多容纳电子数不超过____个(K 层为最外层时不超过____个)。
②次外层最多容纳的电子数不超过______个，倒数第三层电子数最多不超过______个。
识记1－20号元素的特殊电子层结构 (1)最外层有1个电子的元素：H 、Li 、Na 、K ； (2)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be 、Ar ； (3)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：C ； (4)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素：O ； (5)最外层电子数是内层电子总数一半的元素：Li 、P ； (6)最外层电子数是次外层电子数4倍的元素：Ne ； (7)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li 、Si ； (8)电子层数与最外层电子数相等的元素：H 、Be 、Al ； (9)电子层数是最外层电子数2倍的元素：Li 、Ca ； (10)最外层电子数是电子层数2倍的元素：He 、C 、S 。
结构化学 05第五章 多原子分子中的化学键
O 原子的两个杂化轨道：
104.5o
a c1 cos52.25o px sin 52.25o py c2s
H
H
0.61c1px 0.79c1py c2s
b c1 cos52.25o px sin 52.25o py c2s
x
0.61c1px 0.79c1py c2s
（ =0.30 ， ＝0.70），夹角（=115.4o ）
例2、NH3
实验测定 NH3 分子属C3v 点群。3个 N—H 键中 s ，p 成分相 同。∠HNH=107.3o。
按 H2O 的处理方法，N 原子杂化轨道中 s 轨道的成分：
(1) cos107.3o 0
0.23
形成 N—H 键的杂化轨道中：s 轨道占0.23，p 轨道占0.77，
用分子轨道理论（MO）处理多原子分子时，最一般的方 法是用非杂化的原子轨道进行线性组合，构成分子轨道，它们 是离域的，这些分子轨道中的电子并不定域在两个原子之间， 而是在几个原子之间离域运动。
◆ 离域分子轨道在讨论分子的激发态、电离能以及分子 的光谱性质等方面起很大作用。
◆ 理论分析所得的结果与实验数据符合。
2. 中心原子 A 与 m 个配位体 L 之间所形成的键可能是单键，也可 能是双键或叁键等多重键。双键和叁键可按一个键区计算原子间 互斥作用，但电子多空间大，斥力也大。
定性顺序为： 叁键—叁键 >叁键—双键 >双键—双键 >双键—单键 >单键—单键
3. 孤对电子对比成键电子对肥大，对相邻电子对的排斥作用较大。 ◆价电子对间排斥力大小次序： lp — lp >> lp — bp > bp — bp ◆孤电子对间排斥力随角度的增加而迅速地下降：
高中的化学知识结构网络图
高中化学知识结构网络图化学基本概念和基本理论元素与化合物有机化学基础化学计算化学实验化学工业知识化学基本概念和基本理论物质的分类组成原子的粒子间的关系核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数质量数（A）=质子数（Z）＋中子数（N）元素周期律与周期表化学键与分子结构晶体类型与性质溶解性易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂极性分子易溶于极性溶剂不溶于任何溶剂难溶（钠等与水反应）导电性晶体不导电；能溶于水的其水溶液导电；熔化导电晶体不导电，溶于水后能电离的，其水溶液可导电；熔化不导电不良（半导体Si）良导体（导电传热）典型实例NaCl、NaOHNa2O、CaCO3 干冰、白磷冰、硫磺金刚石、SiO2晶体硅、SiCNa、Mg、AlFe、Cu、Zn化学反应类型离子反应氧化还原反应的有关概念的相互关系化学反应中的能量变化溶液与胶体化学反应速率化学平衡弱电解质的电离平衡溶液的酸碱性盐类的水解酸碱中和滴定电化学返回页顶元素与化合物钠及其化合物碱金属氯及其化合物卤素氧族元素硫的重要化合物碳及其化合物硅及其化合物材料氮族元素氮和磷氨硝酸镁和铝铁及其化合物铜及其化合物返回页顶有机化学基础烃不饱和链烃芳香烃分类通式结构特点化学性质物理性质同分异构烷烃C n H2n+2(n≥1)①C-C单键②链烃①与卤素取代反应(光照)②燃烧③裂化反应一般随分子中碳原子数的增多，沸点升高，液碳链异构烃的衍生物烃的衍生物结构、通式、化学性质鉴别类别官能团结构特点通式化学性质卤代烃-X（卤素原子）C-X键在一定条件下断裂C n H2n+1O2（饱和一元）(1)NaOH水溶液加热,取代反应(2)NaOH醇溶液加热,消去反应醇-OH（羟基）(1)—OH与烃基直接相连(2)—OH上氢原子活泼C n H2n+2O2（饱和一元）(1)取代：脱水成醚,醇钠,醇与羧酸成酯,卤化成卤代烃(2)氧化成醛(—CH2OH)(3)消去成烯醛(1)醛基上有碳氧双键(2)醛基只能连在烃基链端C n H2n O2（饱和一元）(1)加成：加H2成醇(2)氧化：成羧酸羧(1)—COOH可电离出H+(2)—COOH难加成C n H2n O（饱和一元）(1)酸性：具有酸的通性(2)酯化：可看作取代酯,R 必须是烃基C n H2n O2（饱和一元）水解成醇和羧酸酚(1)羟基与苯环直接相连(2)—OH上的H比醇活泼(3)苯环上的H比苯活泼(1)易取代：与溴水生成2,4,6-三溴苯酚(2)显酸性(3)显色：遇Fe3+变紫色代表物质转化关系糖类类别葡萄糖蔗糖淀粉纤维素分子式（C6H12O6）（C12H22O11）（C6H10O5）（C6H10O5）结构特点多羟基醛分子中无醛基，非还原性糖由几百到几千个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物由几千个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物主要性质白色晶体，溶于水有甜味。
结构化学
绪论
3 学习结构化学的方法
结构化学课程是在学过高等数学，普通物理，无机化 学，分析化学等课程的基础上，进一步讲授微观物质的运 动规律。由于该课程需要的数理基础知识多，概念又比较 抽象，所以，初学者在开始学习时常有雾里看花，无所适 从之感。针对结构化学课程的特点，必须探索出适合自己 的学习方法，作为学习结构化学普遍性的学习原则，应注 意以下几点。
2.2.3 新材料、新药的合成
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结构化学精品课程
绪论
2.2.1 反应机理的研究
反应机理研究是一个既古老而又有很多问题尚不清楚 的学科。美国 R.Hoffmann 和日本 Kenich Fukui分别提出 了分子轨道对称守恒原理和提出前线轨道理论，为此他们 获得了1981 年诺贝尔化学奖。由李远哲教授等创立的交叉 分子束反应是研究微观反应机理的重要实验手段，为此他 们获得了1986年诺贝尔化学奖。
3.3 广泛联系无机、有机、物化中遗留的问题
由于该课程涉及的数理公式多，概念抽象，很容易使初学者 感到枯燥、无味，失去学习的兴趣。因此，在学习过程中必须广 泛联系无机、有机、物化中遗留的问题，用结构化学的观点、知 识分析解决这些问题是提高学习兴趣的有效方法。
全满、半满的稳定性： 例如：
各种效应：
离域效应、量子力学隧道效应、红移效应、取代基团的定位效应
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结构化学精品课程
绪论
超导材料: YBa2Cu3O7的结构 （Y:Ba:Cu=1:2:3规则）
以钙钛矿型结构为基本单元， 通过原子的空缺、置换、位移变 形、堆叠组合等多种型式，可以 描述多种氧化物超导相的结构. 例如，钇钡铜氧高温超导体就是 一种缺氧钙钛矿型三倍超格子结 构，属正交晶系.
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Cu O Ba Y
高中化学知识结构网络图
高中化学知识结构网络图化学基本概念和基本理论元素与化合物有机化学基础化学计算化学实验化学工业知识化学基本概念和基本理论物质的分类组成原子的粒子间的关系核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数质量数（A）=质子数（Z）＋中子数（N）元素周期律与周期表化学键与分子结构晶体类型与性质晶体类型性质比较离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体结构组成粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子和自由电子粒子间作用离子键范德华力共价键金属键物理性质熔沸点较高低很高有高有低硬度硬而脆小大有大有小、有延展性溶解性易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂极性分子易溶于极性溶剂不溶于任何溶剂难溶（钠等与水反应）导电性晶体不导电；能溶于水的其水溶液导电；熔化导电晶体不导电，溶于水后能电离的，其水溶液可导电；熔化不导电不良（半导体Si）良导体（导电传热）典型实例NaCl、NaOHNa2O、CaCO3干冰、白磷冰、硫磺金刚石、SiO2晶体硅、SiCNa、Mg、AlFe、Cu、Zn化学反应类型离子反应氧化还原反应的有关概念的相互关系化学反应中的能量变化溶液与胶体化学反应速率化学平衡弱电解质的电离平衡溶液的酸碱性盐类的水解酸碱中和滴定电化学返回页顶元素与化合物钠及其化合物碱金属氯及其化合物卤素氧族元素硫的重要化合物碳及其化合物硅及其化合物材料氮族元素氮和磷氨硝酸镁和铝铁及其化合物铜及其化合物返回页顶有机化学基础烃不饱和链烃芳香烃分类通式结构特点化学性质物理性质同分异构烷烃C n H2n+2(n≥1)①C-C单键②链烃①与卤素取代反应(光照)②燃烧③裂化反应一般随分子中碳原子数的增多，沸点升高，液态时密度增大。
气态碳原子数为1～4。
不溶于水，液态烃密度比水的小碳链异构烯烃C n H2n(n≥2)①含一个C≡C键②链烃①与卤素、H：、H2O等发生加成反应②加聚反应③氧化反应：燃烧，被KMnO4酸性溶液氧化碳链异构位置异构炔烃C n H2n-2(n≥2)①含一个C≡C键②链烃①加成反应②氧化反应：燃烧，被KMnO4酸性溶液氧化碳链异构位置异构苯及其同系物C n H2n-6(n≥6)①含一个苯环②侧链为烷烃基①取代反应：卤代、硝化、磺化②加成反应③氧化反应：燃烧，苯的同系物能被KMnO4酸性溶液氧化简单的同系物常温下为液态；不溶于水，密度比水的小侧链大小及相对位置产生的异构烃的衍生物烃的衍生物结构、通式、化学性质鉴别类别官能团结构特点通式化学性质卤代烃-X（卤素原子）C-X键在一定条件下断裂C n H2n+1O2（饱和一元）(1)NaOH水溶液加热,取代反应(2)NaOH醇溶液加热,消去反应醇-OH（羟基）(1)—OH与烃基直接相连(2)—OH上氢原子活泼C n H2n+2O2（饱和一元）(1)取代：脱水成醚,醇钠,醇与羧酸成酯,卤化成卤代烃(2)氧化成醛(—CH2OH)(3)消去成烯醛(1)醛基上有碳氧双键(2)醛基只能连在烃基链端C n H2n O2（饱和一元）(1)加成：加H2成醇(2)氧化：成羧酸羧(1)—COOH可电离出H+(2)—COOH难加成C n H2n O（饱和一元）(1)酸性：具有酸的通性(2)酯化：可看作取代酯,R 必须是烃基C n H2n O2（饱和一元）水解成醇和羧酸酚(1)羟基与苯环直接相连(2)—OH上的H比醇活泼(3)苯环上的H比苯活泼(1)易取代：与溴水生成2,4,6-三溴苯酚(2)显酸性(3)显色：遇Fe3+变紫色代表物质转化关系糖类类别葡萄糖蔗糖淀粉纤维素分子式（C6H12O6）（C12H22O11）（C6H10O5）（C6H10O5）结构特点多羟基醛分子中无醛基，非还原性糖由几百到几千个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物由几千个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物主要性质白色晶体，溶于水有甜味。
结构化学 绪论 ppt
结构化学告诉你 —— “为什么”！
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绪论
参考书目
1. 周公度，段连运，结构化学基础(第四版)，北京大学出版社， 2008 2. 西北大学《结构化学》精品课程网站 /jghx 3. 周公度，段连运，结构化学习基础题解析(第四版)，北京大学 出版社，2008 4. 徐光宪，物质结构(第二版)，高等教育出版社，1987 5. 李炳瑞编著，结构化学，北京：高等教育出版社，2004 6. 林梦海等编，结构化学(第二版)，北京：科学出版社，2008 7. R. McWeeny, C.A. Coulson著，原子价，余敬曾译，科学出版 社，1986 8. 徐森，物质结构目标教学辅导，上海科技文献出版社，32开， 1989（推荐）
基本知识已广泛地应用于化学的各个领域。特别是：当
今化学早已进入纳米空间(10-9m)、飞秒时间(10-15s)时 代，结构化学知识越显重要，很多学科领域都与结构化 学知识密切相关。 2.2.1 反应机理的研究 2.2.2 人工模拟生物固氮催化剂的合成
2.2.3 新材料、新药的合成
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绪论
2.2.1 反应机理的研究 反应机理研究是一个既古老而又有很多问题尚不清楚 的学科。美国 R.Hoffmann 和日本Kenich Fukui分别提出 了分子轨道对称守恒原理和前线轨道理论，为此他们获得 了1981 年诺贝尔化学奖。由李远哲教授等（李远哲，D. R. Herschbach，J. Polanyi）创立的交叉分子束反应是研 究微观反应机理的重要实验手段，为此他们获得了1986年 诺贝尔化学奖。 常规的宏观动力学方法有时很难确定一些反应的具体 微观机理，只能是一种推断。 8
m 1
过渡态
400
300
209 389