《结构化学思维导图》
一、量子力学基础
1.1 基本概念
- 1.1.1 波粒二象性
- 光子：能量、动量
- 电子：衍射、干涉
- 1.1.2 不确定性原理
- 位置与动量：ΔxΔp ≥ ħ/2
- 能量与时间：ΔEΔt ≥ ħ/2
- 1.1.3 量子化
- 能量量子化
- 角动量量子化
1.2 Schrödinger 方程
- 1.2.1 定态Schrödinger方程
- HΨ = EΨ
- H：哈密顿算符 (动能 + 势能)
- Ψ：波函数
- E：能量
- 1.2.2 时间依赖Schrödinger方程
- iħ ∂Ψ/∂t = HΨ
- 1.2.3 波函数解释
- |Ψ|²：概率密度
- 波函数必须单值、有限、连续
1.3 模型体系
- 1.3.1 一维箱中粒子
- 解：能量量子化，波函数形式
- 应用：共轭体系π电子近似
- 1.3.2 谐振子
- 解：能量量子化，波函数形式
- 应用：分子振动
- 1.3.3 氢原子
- 解：能量量子化，波函数形式
- 量子数：n (主量子数), l (角量子数), ml (磁量子数)
二、原子结构
2.1 多电子原子
- 2.1.1 中心力场近似
- 电子间的相互作用用平均势场近似
- 2.1.2 自旋轨道耦合
- 总角动量量子数 j
- 谱项符号：²S+¹LJ
- 2.1.3 构造原理
- 能量最低原理
- 泡利不相容原理
- 洪特规则
2.2 原子轨道
- 2.2.1 氢原子轨道
- 径向分布函数
- 角度分布函数
- 形状：s, p, d, f
- 2.2.2 多电子原子轨道
- 屏蔽效应
- 钻穿效应
- 有效核电荷
- 2.2.3 原子性质的周期性
- 电离能
- 电子亲和能
- 原子半径
三、分子结构
3.1 分子轨道理论 (MO)
- 3.1.1 线性组合原子轨道 (LCAO)
- 成键轨道，反键轨道
- σ轨道，π轨道，δ轨道
- 3.1.2 双原子分子
- 同核双原子分子：能级次序，键级
- 异核双原子分子：极性
- 3.1.3 多原子分子
- π分子轨道：共轭体系
- 离域π键
3.2 价键理论 (VB)
- 3.2.1 共价键
- 电子配对
- 交换积分
- 3.2.2 杂化轨道
- sp, sp², sp³
- 杂化轨道方向性
- 3.2.3 共振论
- 共振式
- 共振能
3.3 分子间作用力
- 3.3.1 静电作用力
- 离子-离子，离子-偶极，偶极-偶极
- 3.3.2 诱导力 (Debye力)
- 偶极-诱导偶极
- 3.3.3 色散力 (London力)
- 瞬时偶极-瞬时偶极
- 3.3.4 氢键
- X-H…Y (X, Y = N, O, F)
- 影响：沸点，溶解度，生物结构
3.4 分子对称性
- 3.4.1 对称元素和对称操作
- 对称元素：对称面 (σ)，对称轴 (Cn)，对称中心 (i)，旋转反映轴 (Sn)
- 对称操作：σ, Cn, i, Sn
- 3.4.2 点群
- 点群的确定
- 应用：分子极性，分子振动
四、光谱学
4.1 光谱的基本原理
- 4.1.1 光与物质的相互作用
- 吸收，发射，散射
- 4.1.2 光谱选择规则
- 跃迁偶极矩
- 4.1.3 谱线加宽
- 自然加宽
- 多普勒加宽
- 碰撞加宽
4.2 常用光谱方法
- 4.2.1 旋转光谱
- 微波区
- 转动能级
- 转动惯量
- 4.2.2 振动光谱
- 红外区，拉曼光谱
- 振动能级
- 分子振动模式
- 4.2.3 电子光谱
- 紫外可见区
- 电子跃迁
- 分子结构信息
- 4.2.4 核磁共振 (NMR)
- 射频区
- 核自旋
- 化学位移，偶合常数
五、固体结构
5.1 晶体结构
- 5.1.1 晶胞和晶格
- 七大晶系，十四种布拉维格子
- 密勒指数
- 5.1.2 堆积方式
- 面心立方 (fcc)，体心立方 (bcc)，密置六方 (hcp)
- 5.1.3 晶体缺陷
- 点缺陷，线缺陷，面缺陷
5.2 能带理论
- 5.2.1 布洛赫定理
- 电子在周期势场中的波函数
- 5.2.2 能带的形成
- 金属，半导体，绝缘体
- 5.2.3 费米能级
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