分类：数理化
语言：简体中文
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发布时间：12-01-06
关于这门课程这是两学期课程的第一学期，着重于介绍有机化学结构及机制之当前理论，历史发展及实验观察基础。本课程开放给在化学和物理方面有良好准备之新生，旨在开发科学起源和创造性研究所需知识技能等两方面之体验。课程结构这是门每周3堂，每堂50分钟的耶鲁大学校内教学课程，于2008年秋季录制，作为耶鲁大学开放式课程使用。关于 J. Michael McBride教授IPB ImageJ. Michael McBride是耶鲁大学Richard M. Colgate化学教授。在伍斯特学院和哈佛大学完成学士学业后，McBride教授于哈佛大学获得物理有机化学博士学位。他于1966年起任教于耶鲁大学化学系，研究晶体生长和有机固体反应。他获得的奖项包括普赖洛格奖章、研究生教育之诺贝尔荣誉奖，及美国化工制造商协会之本科生教育促进奖。他的生活，研究及教学详见《晶体生长与设计》Crystal Growth & Design, 2005, 5 (6), pp 2022–2035。第一讲概述McBride 教授概述了课程目标和要求，包含必需的实验课程。对课程的首要问题：“如何了解？”他提出了两个不能令人信服的答案（神权和人权）和两个可接受的答案（实验和逻辑）。他说明了17世纪实验和逻辑造成科学源起的丰硕成果。并举了伦敦皇家学会及艾萨克‧牛顿的“关键”光线实验等例子。在与牛顿的通信中，身为日记作者和海军采购专员的塞缪尔‧佩皮斯显示出对新进科学家来说最重要的态度和习惯，特别是那些想在这门课程中获得成功者。本讲以介绍上半学期应理解的目标做终结：了解描述化学键结的作用力定律。问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L01第二讲概述McBride 教授遵循牛顿的想法，以寻找描述化学键结的作用力定律为开场。不论是正比（虎克定律），或反比（库仑力，引力）于距离，都需以摩斯势能理论将其整合在一起。G. N. 路易斯根据电子的新发现，制定了“立方体－八隅体”理论，并将其发展为共享电子对模型，用以解释键结。讨论过路易斯点符号和形式电荷后，McBride教授解说了在某些“单一最小值”例子中，路易斯结构理论有所不足，补救之道必须透过令人困惑的“共振”概念。问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L02第三讲概述继续讨论之前讲座中所谈过的路易斯结构和化学作用力，McBride教授介绍了臭氧分子的双势能井及其结构的平衡。遵循平方反比力定律无法使带电粒子做稳定的排列，这是来自恩绍定理所述，这个理论可藉由力线观察到。J.J. 汤姆生运用恩绍对结构限制的理论，假设出“葡萄干布丁”原子。当拉塞福证明，原子核是一个点时，汤姆生得出的结论是，库仑定律在小距离时不适用。问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L03第四讲概述本次讲座提出的问题为，是否可能藉由感觉或目视证实键的真实性。先由20世纪初期“透视眼”骗子所做的实验谈起。他们声称可以“看见”原子和分子的详细结构，目的在于讨论科学信仰的真正基础。然而，此举显示了分子的规模并非难以想象的小，牛顿和富兰克林因而进行了能够测量到如此小距离的简单实验。近25年来，各式各样扫描式探针显微镜的实现，使化学家能够“感觉”到个别分子和原子，但无法感觉到键。问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L04第五讲概述McBride教授以带电粒子来介绍光的衍射理论及其应用，即藉由 X光衍射，研究电子在分子中的分布情形。并藉由激光穿过衍射光罩所产生的图形模式，回溯这些受X光照射之有序固体的研究，藉以阐述分子模式和晶格重复性的关系。问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L05第六讲概述McBride 教授以六边形的“苯”图形，及富兰克林的DNA－X光衍射图，继续他对X光衍射晶体学的讨论。解释“倒数空间”中的衍射图形，与分子中电子的分布及晶体晶格中分子的重复现象有何关联。他还使用电子密度差异图来显示键、未共享电子对及它们的形状。并显示出其密度仅为由路易斯共享电子对所预测出的二十分之一。碳－氟键中异常的密度差异带出本课程第二个大问题，就是“与什么做比较”？问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L06第七讲概述在指出一些电子密度差异结果与路易斯键结理论间的差异后，课程进行到量子力学，藉以寻求对化学键的基本认识。波函数Ψ使初级学生感到困惑，但它同样也使创造量子力学的物理学家们感到困惑。薛定谔方程式藉由Ψ的形状来计算动能。当Ψ的曲线向零点趋近时，动能为正值；但是当曲线远离零点时，动能为负值！问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L07第八讲概述McBride 教授藉由解说波函数曲率大小与系统动能的关系，以及波函数平方与电子机率密度的关系，详述了近期发展出的波函数观念。因为波函数在负动能区域不可发散的限制，导致只有特定能量被允许；此特性可用以探索其简谐振荡，莫斯势能和库仑势能。考虑质量的影响，而显示了一个在动力学、能量、振动频率、及键长上的“同位素效应”。问题集 ∕ 阅读作业阅读作业，问题集，PowerPoint简报，及有关这个讲座的其他资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源McBride教授的CHEM 125课程网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L08第九讲概述：McBride 教授在讲述如何用双重最小值位能得出一维键结后，接着讲述多维波函数。求薛定谔三维微分方程式解可能会是艰巨的工作，事实上却并非如此；因为必要的公式早在一个多世纪前，即因声学的发展而建立。声学“克拉尼”图形显示出节点图形与频率的关联性。这个类似性藉由研究“似氢”单电子原子波函数形式得出。将归一化常数从相似轨域公式中移除，显现出轨域基本的简单形状。问题集∕阅读作业阅读作业、问题集、PowerPoint简报及有关这个讲座的其它资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源：McBride教授CHEM 125课程的网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L09第十讲概述：到目前为止，关于薛定谔方程式的讨论，描述的不是一维系统，就是包含单电子的系统。在讨论了核电荷的增加如何影响单电子原子的能量后，接着讨论混成轨道。这一讲最后描述了一个简单的事实，就是以单电子轨道无法正确描述多电子系统。问题集∕阅读作业阅读作业、问题集、PowerPoint简报，及有关这个讲座的其它资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。资源：McBride教授CHEM 125课程的网站资源（2008年秋季）http://webspace.yale.edu/chem125_oyc/#L10第十一讲概述这堂课以讲述一些技巧（“有效核电核”及“自洽场”）开场，使我们能将使用轨道理论时，因电子间斥力所产生的误差近似值做修正。此误差以“相关能量”命名而隐藏。McBride教授修正J.J.汤姆逊的葡萄干布丁原子模型，用以阐述分子，并合理解释分子轨道的形状。甲烷及氨分子轨道，与氖原子轨道有相同数目的质子与中子，其轨道形状相当近似。动能造成的基本轨道形状，因质子从氖原子核中被拉出，与氢原子作用而扭曲。问题集∕阅读作业阅读作业、问题集、PowerPoint简报，及有关这个讲座的其它资源，可参照McBride教授为2008年秋季课程学生所制作的校园课程网站。请参阅以下资源的部分。
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