結構化學(xué)課件
結構化學(xué)簡(jiǎn)介
結構化學(xué)是在原子- 分子水平上研究物質(zhì)分子構型與組成的相互關(guān)系以及結構和各種運動(dòng)的相互影響的化學(xué)分支學(xué)科。它又是闡述物質(zhì)的微觀(guān)結構與其宏觀(guān)性能的相互關(guān)系的基礎學(xué)科。結構化學(xué)不但與其他化學(xué)學(xué)科聯(lián)系密切，而且與生物科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、材料科學(xué)和醫藥學(xué)等各學(xué)科的研究相互關(guān)聯(lián)、相互配合、相互促進(jìn)。由于許多與物質(zhì)結構有關(guān)的化學(xué)數據庫的建立，結構化學(xué)也愈來(lái)愈被農學(xué)家和化工工程師所重視。
結構化學(xué)詳細介紹
結構化學(xué)首先是一門(mén)直接應用多種近代實(shí)驗手段測定分子靜態(tài)、動(dòng)態(tài)結構和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的實(shí)驗科學(xué)。結構化學(xué)它要從各種已知的化學(xué)物質(zhì)的分子構型和運動(dòng)特征中歸納出物質(zhì)結構的規律性，還要從理論上說(shuō)明為什么原子會(huì )結合成為分子，為什么原子按一定的量的關(guān)系結合成為數目眾多的形形色色的分子，以及在分子中原子相互結合的各種作用力方式和分子中原子相對位置的立體化學(xué)特征。結構化學(xué)還說(shuō)明某種元素的原子或某種基團在不同的微觀(guān)化學(xué)環(huán)境中的價(jià)態(tài)、電子組態(tài)、配位特點(diǎn)等結構特征。
另一方面，從結構化學(xué)的角度還能闡明物質(zhì)的各種宏觀(guān)化學(xué)性能（包括化學(xué)反應性能）和各種宏觀(guān)非化學(xué)性能（包括各種物理性質(zhì)和許多新技術(shù)應用中的技術(shù)性能等）與微觀(guān)結構之間的關(guān)系及其規律性。在這個(gè)基礎上就有可能不斷地運用已知的規律性，設法合成出具有更新穎、結構特點(diǎn)更不尋常的新物質(zhì)，在化學(xué)鍵理論和實(shí)驗化學(xué)相結合的過(guò)程中創(chuàng )立新的結構化學(xué)理論。與此同時(shí)，還要不斷地努力建立新的闡明物質(zhì)微觀(guān)結構的物理的和化學(xué)的實(shí)驗方法。
與其他的化學(xué)分支一樣，結構化學(xué)一般從宏觀(guān)到微觀(guān)、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從定性到定量按各種不同層次來(lái)認識客觀(guān)的化學(xué)物質(zhì)。演繹和歸納仍是結構化學(xué)研究的基本思維方法。早期的有關(guān)物質(zhì)化學(xué)結構的知識可以說(shuō)是來(lái)自對于物質(zhì)的元素組成和化學(xué)性質(zhì)的研究。當時(shí)人們對化學(xué)物質(zhì)（包括各種單質(zhì)和為數不多的幾種化合物），只能從對物質(zhì)組成的規律性認識，諸如定比定律、倍比定律等加以概括。隨著(zhù)化學(xué)反應當量的測定，人們提出了“化合價(jià)”的概念并用以說(shuō)明物質(zhì)組成的規律。那時(shí)，對于原子化合成分子的成因以及原子在分子中的排布方式可以說(shuō)是一無(wú)所知。
結構化學(xué)的產(chǎn)生與有機物分子組成的研究密切相關(guān)。有機化學(xué)發(fā)展的初期，人們總結出許多系列有機物分子中碳原子呈四面體化合價(jià)的規律。為解釋有機物組成的多樣性，人們提出了碳鏈結構及碳鏈的鍵飽和性理論。隨后的有機物同分異構現象、有機官能團結構和旋光異構現象等研究，也為早期的結構化學(xué)研究提供有力的實(shí)驗證據，促使化學(xué)家從立體構型的角度去理解物質(zhì)的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)，并從中總結出一些有關(guān)物質(zhì)化學(xué)結構的規律性，為近代的結構化學(xué)的產(chǎn)生打下了基礎。
近代實(shí)驗物理方法的發(fā)展和應用，為結構化學(xué)提供了各種測定物質(zhì)微觀(guān)結構的實(shí)驗方法；量子力學(xué)理論的建立和應用又為描述分子中電子和原子核運動(dòng)狀態(tài)提供了理論基礎。有關(guān)原子結構特別是原子中電子殼層的結構以及內力、外力引起運動(dòng)變化的理論，確立了原子間相互作用力的本質(zhì)，也就從理論上闡明了化學(xué)鍵的本質(zhì)，使人們對已提出的離子鍵、共價(jià)鍵和配位鍵加深了理解。有關(guān)雜化軌道的概念也為眾多化合物的空間構型作出了合理的闡明甚至預測。原子中電子軌道空間取向的特征也為共軛體系（如苯環(huán)、丁二烯等）的結構以及它們的特殊化學(xué)性質(zhì)作出了解釋。
結構化學(xué)測定方法
近代測定物質(zhì)微觀(guān)結構的實(shí)驗物理方法的建立，對于結構化學(xué)的發(fā)展起了決定性的推動(dòng)作用。X射線(xiàn)衍射結構化學(xué)方法和原理上相當類(lèi)似的中子衍射、電子衍射等方法的發(fā)現與發(fā)展，大大地豐富了人們對物質(zhì)分子(特別是在晶體中的分子)中原子空間排布的認識，并提供了數以十萬(wàn)種計的晶體和分子結構的可靠結構數據�；趯钨|(zhì)和簡(jiǎn)單的`無(wú)機鹽類(lèi)（包括礦物）晶體的衍射測定，人們總結出并不斷地精細化了有關(guān)原子和離子半徑的數據。對于較為復雜的化合物晶體，也通過(guò)了衍射法測定了鍵長(cháng)、鍵角等基本參數，還發(fā)現了原子之間鍵合方式的多樣性和在不同聚集狀態(tài)下分子間作用力方式的多樣性，尤其是運用X射線(xiàn)晶體衍射方法測定了近三百種生物體中存在的蛋白質(zhì)大分子結構，其中有些蛋白質(zhì)的分子量達到十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)原子量單位。此外，通過(guò)晶體衍射的研究，使人們能夠從分子和晶體結構的角度說(shuō)明這些物質(zhì)在晶態(tài)下的物理性質(zhì)（如光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)）。
另一類(lèi)測定結構的方法是譜學(xué)方法。譜學(xué)方法在提供關(guān)于分子能級和運動(dòng)的信息，尤其是更精細的和動(dòng)態(tài)的結構信息方面起著(zhù)重要的作用。如分子振動(dòng)光譜（紅外和喇曼光譜）是鑒定物質(zhì)分子的構成基團的迅速和有力的工具。因而被稱(chēng)為化學(xué)物質(zhì)的“指紋”，與電子計算機高速信息處理功能結合起來(lái)，人們已能通過(guò)計算機的檢索和識別很快地查明未知物樣品的分子結構。紅外喇曼光譜的理論處理，還能提供有關(guān)振動(dòng)力常數等有關(guān)化學(xué)鍵特征的一些數據。其他譜學(xué)法有:核磁共振譜、順磁共振譜、電子能譜（包括光電子能譜、X 射線(xiàn)光電子能譜、俄歇電子能譜）、質(zhì)譜（見(jiàn)質(zhì)譜法）、穆斯堡爾譜學(xué)、可見(jiàn)-紫外光譜、旋光譜、圓二色性譜(見(jiàn)圓二色性)以及擴展X射線(xiàn)吸收精細結構等。
物質(zhì)的某些物理常數的測定，也能提供有關(guān)分子結構的某些整體信息，如磁化率、折射率和介電常數的測定等。此外，高放大率、高分辨率的電子顯微鏡還能提供有關(guān)物質(zhì)表面的結構化學(xué)信息，甚至已能提供某些分子的結構形象。
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