發(fā)布時(shí)間：2016-02-27 10:39

結(jié)構(gòu)化學(xué)[化學(xué)學(xué)科分支] - 學(xué)科簡(jiǎn)介

結(jié)構(gòu)化學(xué)

結(jié)構(gòu)化學(xué)首先是一門直接應(yīng)用多種近代實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定分子靜態(tài)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。它要從各種已知的化學(xué)物質(zhì)的分子構(gòu)型和運(yùn)動(dòng)特征中歸納出物質(zhì)結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，還要從理論上說(shuō)明為什么原子會(huì)結(jié)合成為分子，為什么原子按一定的量的關(guān)系結(jié)合成為數(shù)目眾多的形形色色的分子，以及在分子中原子相互結(jié)合的各種作用力方式和分子中原子相對(duì)位置的立體化學(xué)特征。結(jié)構(gòu)化學(xué)還說(shuō)明某種元素的原子或某種基團(tuán)在不同的微觀化學(xué)環(huán)境中的價(jià)態(tài)、電子組態(tài)、配位特點(diǎn)等結(jié)構(gòu)特征。

另一方面，從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度還能闡明物質(zhì)的各種宏觀化學(xué)性能（包括化學(xué)反應(yīng)性能）和各種宏觀非化學(xué)性能（包括各種物理性質(zhì)和許多新技術(shù)應(yīng)用中的技術(shù)性能等）與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系及其規(guī)律性。在這個(gè)基礎(chǔ)上就有可能不斷地運(yùn)用已知的規(guī)律性，設(shè)法合成出具有更新穎、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)更不尋常的新物質(zhì)，在化學(xué)鍵理論和實(shí)驗(yàn)化學(xué)相結(jié)合的過(guò)程中創(chuàng)立新的結(jié)構(gòu)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)微觀結(jié)構(gòu)的物理的和化學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。

與其他的化學(xué)分支一樣，結(jié)構(gòu)化學(xué)一般從宏觀到微觀、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(rèn)識(shí)客觀的化學(xué)物質(zhì)。演繹和歸納仍是結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的知識(shí)可以說(shuō)是來(lái)自對(duì)于物質(zhì)的元素組成和化學(xué)性質(zhì)的研究。當(dāng)時(shí)人們對(duì)化學(xué)物質(zhì)（包括各種單質(zhì)和為數(shù)不多的幾種化合物），只能從對(duì)物質(zhì)組成的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，諸如定比定律、倍比定律等加以概括。隨著化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量的測(cè)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(guī)律。那時(shí)，對(duì)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(jié)構(gòu)化學(xué)的產(chǎn)生與有機(jī)物分子組成的研究密切相關(guān)。有機(jī)化學(xué)發(fā)展的初期，人們總結(jié)出許多系列有機(jī)物分子中碳原子呈四面體化合價(jià)的規(guī)律。為解釋有機(jī)物組成的多樣性，人們提出了碳鏈結(jié)構(gòu)及碳鏈的鍵飽和性理論。隨后的有機(jī)物同分異構(gòu)現(xiàn)象、有機(jī)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)和旋光異構(gòu)現(xiàn)象等研究，也為早期的結(jié)構(gòu)化學(xué)研究提供有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，促使化學(xué)家從立體構(gòu)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(jié)出一些有關(guān)物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，為近代的結(jié)構(gòu)化學(xué)的產(chǎn)生打下了基礎(chǔ)。

近代實(shí)驗(yàn)物理方法的發(fā)展和應(yīng)用，為結(jié)構(gòu)化學(xué)提供了各種測(cè)定物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法；量子力學(xué)理論的建立和應(yīng)用又為描述分子中電子和原子核運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供了理論基礎(chǔ)。有關(guān)原子結(jié)構(gòu)特別是原子中電子殼層的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)力、外力引起運(yùn)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(duì)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(gòu)型作出了合理的闡明甚至預(yù)測(cè)。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(jié)構(gòu)以及它們的特殊化學(xué)性質(zhì)作出了解釋。

結(jié)構(gòu)化學(xué)[化學(xué)學(xué)科分支] - 測(cè)定方法

結(jié)構(gòu)化學(xué)

近代測(cè)定物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)物理方法的建立，對(duì)于結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展起了決定性的推動(dòng)作用。X射線衍射方法和原理上相當(dāng)類似的中子衍射、電子衍射等方法的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展，大大地豐富了人們對(duì)物質(zhì)分子（特別是在晶體中的分子）中原子空間排布的認(rèn)識(shí)，并提供了數(shù)以十萬(wàn)種計(jì)的晶體和分子結(jié)構(gòu)的可靠結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)�；趯�(duì)單質(zhì)和簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)鹽類（包括礦物）晶體的衍射測(cè)定，人們總結(jié)出并不斷地精細(xì)化了有關(guān)原子和離子半徑的數(shù)據(jù)。對(duì)于較為復(fù)雜的化合物晶體，也通過(guò)了衍射法測(cè)定了鍵長(zhǎng)、鍵角等基本參數(shù)，還發(fā)現(xiàn)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(yùn)用X射線晶體衍射方法測(cè)定了近三百種生物體中存在的蛋白質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)，其中有些蛋白質(zhì)的分子量達(dá)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(jié)構(gòu)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)）。

另一類測(cè)定結(jié)構(gòu)的方法是譜學(xué)方法。譜學(xué)方法在提供關(guān)于分子能級(jí)和運(yùn)動(dòng)的信息，尤其是更精細(xì)的和動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)信息方面起著重要的作用。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(gòu)成基團(tuán)的迅速和有力的工具。因而被稱為化學(xué)物質(zhì)的“指紋”，與電子計(jì)算機(jī)高速信息處理功能結(jié)合起來(lái)，人們已能通過(guò)計(jì)算機(jī)的檢索和識(shí)別很快地查明未知物樣品的分子結(jié)構(gòu)。紅外喇曼光譜的理論處理，還能提供有關(guān)振動(dòng)力常數(shù)等有關(guān)化學(xué)鍵特征的一些數(shù)據(jù)。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射線光電子能譜、俄歇電子能譜）、質(zhì)譜（見質(zhì)譜法）、穆斯堡爾譜學(xué)、可見-紫外光譜、旋光譜、圓二色性譜（見圓二色性）以及擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)等。

物質(zhì)的某些物理常數(shù)的測(cè)定，也能提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的某些整體信息，如磁化率、折射率和介電常數(shù)的測(cè)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(jié)構(gòu)化學(xué)信息，甚至已能提供某些分子的結(jié)構(gòu)形象。

結(jié)構(gòu)化學(xué)[化學(xué)學(xué)科分支] - 理論基礎(chǔ)

量子化學(xué)是近代結(jié)構(gòu)化學(xué)的主要理論基礎(chǔ)。量子化學(xué)中的價(jià)鍵理論、分子軌道理論以及配位場(chǎng)理論等，不但能用來(lái)闡明物質(zhì)分子構(gòu)成和原子的空間排布等特征，而且還用來(lái)闡明微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間的聯(lián)系。由于量子化學(xué)計(jì)算方法的發(fā)展和逐步提高完善，加上高速電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，有關(guān)分子及其不同聚集狀態(tài)的量子化學(xué)方法已有可能用于特殊材料的“分子設(shè)計(jì)”和制備方法的探索，把結(jié)構(gòu)化學(xué)理論推向新的高度。

結(jié)構(gòu)化學(xué)[化學(xué)學(xué)科分支] - 學(xué)科進(jìn)展

結(jié)構(gòu)化學(xué)

結(jié)構(gòu)化學(xué)已成為一門不但與其他化學(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)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(jié)構(gòu)有關(guān)的化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，結(jié)構(gòu)化學(xué)也越來(lái)越被農(nóng)學(xué)家和化工工程師所重視。

結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究主要有如下幾個(gè)方面：
①新構(gòu)型化合物的結(jié)構(gòu)化學(xué)，尤其是原子簇結(jié)構(gòu)化學(xué)和金屬有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)化學(xué)研究比較活躍。這一類研究涉及“化學(xué)模擬生物固氮”等在理論研究上極其重要的課題以及尋找新型高效的工業(yè)催化劑等與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)的應(yīng)用研究課題。在天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)化學(xué)研究中，天然藥物，尤其是具有抗癌活性的有效成分的研究也有可能為人類制服癌癥作出重要貢獻(xiàn)。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)的研究仍然是一個(gè)既困難而又有重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課題。

②稀土元素的結(jié)構(gòu)化學(xué)與中國(guó)豐富的稀土元素資源的綜合利用的關(guān)系非常密切。在理論上，它與4f電子的軌道函數(shù)相關(guān)。有關(guān)的研究對(duì)于中國(guó)稀土工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

③表面結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)反應(yīng)的研究與工業(yè)生產(chǎn)上的非均相催化反應(yīng)關(guān)系極為密切，有關(guān)的研究對(duì)于工業(yè)催化劑，尤其是合成氨等工業(yè)生產(chǎn)用的新型催化劑的研制具有理論指導(dǎo)的作用。

④激光光譜學(xué)和激光化學(xué)的研究，對(duì)于快速動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和快速化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)過(guò)程等研究方法的建立有著深遠(yuǎn)的影響，并且可能導(dǎo)致新的結(jié)構(gòu)化學(xué)研究手段的建立。激光作用下的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程更具有獨(dú)特之處。

⑤結(jié)構(gòu)化學(xué)的信息工程的研究能充分利用電子計(jì)算機(jī)的高速、高效率，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，對(duì)于新的半經(jīng)驗(yàn)理論和新的結(jié)構(gòu)化學(xué)理論的提出將有重大的影響。有關(guān)方法的建立將對(duì)于“分子設(shè)計(jì)”的實(shí)現(xiàn)起著重要的作用。 

本文編號(hào)：32215