天津大学无机化学课件0绪论.ppt

,无机化学 Inorganic Chemistry,目录,第一章 化学反应中的质量关系和能量关系（3学时）,第二章 化学反应的方向、速率和限度（8学时）,第三章 酸碱反应和沉淀反应（7学时）,1 化学中的计量 1学时 2 化学反应中的质量关系 1学时 3 化学反应中的能量关系 1学时,1 化学反应的方向和吉布斯自由能变 2学时 2 化学反应速率 2学时 3 化学反应的限度 2学时 4 化学平衡的移动 2学时,1 水的解离反应和溶液的酸碱性 1学时 2 弱电解质的解离反应 2学时 3 盐类的水解反应 2学时 4 沉淀反应 2学时,绪论 1学时,3/51,目录,第四章 氧化还原反应（6学时）,第六章 分子的结构与性质 （10学时）,1 原子核元素 1学时 2 原子结构的近代概念 1学时 3 原子中电子的分布 2学时 4 原子性质的周期性 2学时,第五章 原子结构与元素周期性（6学时）,1 氧化还原方程式的配平 1学时 2 电极电势 2学时 3 氧化还原反应的方向和限度 1学时 4 电极电势及其应用 2学时,1 键参数 1学时 2 价键理论 2学时 3 分子的几何构型 2学时 4 分子轨道理论 2学时 5 分子间力和氢键 3学时,4/51,目录,第七章 固体的结构与性质（4学时）,第九章 元素概论 （6学时）,1 配合物的基本概念 1学时 2 配合物的化学键理论 3学时 3 配合物在水溶液中的稳定性 2学时 4 配合物的类型和制备方法 1学时,第八章 配位化合物（7学时）,1 晶体和非晶体 0.5学时 2 离子晶体及其性质 0.5学时 3 原子晶体和分子晶体 0.5学时 4 金属晶体 1学时 5 混合型晶体和晶体的缺陷 0.5学时 6 离子极化对物质性质的影响 1学时,1 元素的发现分类和存在形态 1学时 2 元素的自然资源 2学时 3 氢 2学时 4 稀有气体 1学时,5/51,目录,第十章 碱金属和碱土金属（4学时）,第十二章 氮族、碳族和硼族 （10学时）,1 p区元素概述 1学时 2 卤素 3学时 3 氧族元素 4学时,第十一章 卤素和氧族元素（8学时）,1 s区元素概述 0.5学时 2 碱金属和碱土金属的性质 0.5学时 3 氧化物 1学时 4 氢氧化物 1学时 5 盐类 1学时,1 氮族元素 4学时 2 碳族元素 3学时 3 硼族元素 2学时 4 对角关系 1学时,6/51,目录,第十三章 过渡元素（12学时）,1 镧系元素和锕系元素该素 2 稀土元素,第十四章 镧系和锕系元素（自学）,1 过渡元素概述 1学时 2 钛族和钒族元素 2学时 3 铬族元素 2学时 4 锰族元素 1学时 5 铁系和铂系元素 2学时 6 铜族元素 2学时 7 锌族元素 2学时,7/51,绪论,1 化学的研究对象,2 化学的主要分支,3 怎样学习化学,8/51,什么是化学？它研究的对象是什么？如何才能学好化学？这是开始学化学首先要解决的问题。下面就从回答这些问题来开始我们的化学学习。,一化学研究的物质,物质是不依赖于人们的感觉而存在并且可以被人们的感觉所认识的客观实在。简而言之，物质是客观存在的东西。,实物,具有静止质量、体积、占有空间的物体。如书桌、铁、木材、水、空气等。,场,没有静止质量、体积、不占有空间。如电场、磁场、光、声音。,化学研究的物质一般是指实物,具体地说物质包括实物和场,9/51,物质结构层次：,夸克,质子,中子,原子核,原子(离子),纳米材料,分子,单质化合物,星体,电子,宇宙,(宇观),微观,(介观),宏观,当今化学发展的趋势大致是: 由宏观到微观，定性到定量，稳定态到亚稳定态，经验上升到理论并用理论指导实践，进而开创新的研究。,哪些是关键性的问题呢？ 化学反应的性能，化学催化，生命过程中的化学问题等。总之，化学已成为中心科学，与21世纪的四个重大课题（能源、材料、环境和生命科学）都有关。,10/51,1、化学研究的对象,原子atom,分子molecules,亚分子submolecule,超分子supramolecule,化学的定义： 化学是研究分子层次以及以超分子为代表的分子以上层次的化学物质的组成、结构、性质和变化的科学。,11/51,1）分子层次（molecular scale）不是传统的分子概念，它既包括各种单原子分子、各种气态原子或单核离子，也包括以共价键结合的传统意义的分子，还包括离子晶体、原子晶体或金属晶体等的单晶以及各种聚合度不同的高分子，即核-电子体系。,2）化学物质（chemical substance） 不包括物质的另一基本形态-场。化学研究的是以间断形式存在的物质形态，而场是以连续形式存在的物质形态，属物理学的研究范畴。,3）组成（form）包括定性组成和定量组成。弄清物质的定性组成应确证它含有哪些元素，物质的定量组成包括各元素的质量百分比、原子个数比、化学式及分子式。,准确完整地把握化学的定义，应注意以下几点：,12/51,4)结构（structure-Something made up of a number of parts that are held or put together in a particular way）包括原子结构、分子结构和晶体结构以及说明物质结构的各种结构理论。,5)性质（property）包括物理性质和化学性质。物理性质如溶解性、热性质和某些谱学性质等在化学中应用相当广泛，自然也成为化学的研究内容。,6)变化（change）不仅研究化学变化，也研究与化学变化相关的物理变化，如热化学、电化学和表面化学都是研究与化学过程相关的物理过程。,随着科学技术的迅速发展，化学研究的内容、方法和手段发生了极为深刻的变化。可以说，当今化学，日新月异。现代化学的定义也不只一种！真是仁者见仁，智者见智。比如:,13/51,中国大百科全书化学卷的定义:化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。（1989）,初中化学教材定义：化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。,曾国屏的定义：化学是研究物质从元素向生命进化过程中的各个物质层次的组成、结构和变化的科学。（1996）,廖正衡的定义：化学主要是研究物质的分子转变规律的科学。指出化学的定义有20多种不同提法。（1986）,化学的定义一直颇有争议：,徐光宪的定义：定义的多维性。（1986、1997、2002）,魏光的定义：化学是研究分子及其近层次物质性能、构成、演变、应用诸运动规律的科学。（1998） ,14/51,化学研究内容：,1）分离、鉴定和表征。这是化学研究的主要内容之一。 2）合成新物质。这是化学研究的核心，是化学区别于所有其他科学的特色。 美国化学文摘2007年4月16日登录的化学物质总数近3200万。/cgi-bin/regreport.pl,15/51,化学创造了世界。,高压钠灯,备注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。,16/51,F-22A与F-35战机,17/51,氧化锆陶瓷,18/51,氧化铝陶瓷制品,高纯氧化铝透明陶瓷管,19/51,金 刚 石,金刚石钻头,20/51,光学纤维胃镜,用光导纤维做手术，不用开刀,21/51,F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。,22/51,近年发现和发明的新物质层出不穷，如球碳、管碳、俄罗斯套娃、团簇化合物、笼合物等。,富勒烯C60 fullerene,俄罗斯套娃,如C50 中国科学院院士、厦门大学教授郑兰荪领导和组织完成 2004年月日出版的美国科学杂志发布了此项成果,23/51,纳米碳管 carbon nano tube,24/51,IBM,中国地图,用扫描隧道显微镜的针尖将原子一个个地排列成汉字，汉字的大小只有几个纳米。,25/51,化学改变了世界。,26/51,化学更要保护世界。,27/51,海边,化学更要保护世界。,28/51,化学更要保护世界。,29/51,长海,化学更要保护世界。,30/51,镜海,化学更要保护世界。,31/51,泸沽湖,化学更要保护世界。,32/51,2 化学简史,21 古代化学 22 近代化学的萌芽 23 化学的现状,33/51,21 古代化学,实用和自然哲学时期（-公元前后） 炼金术、炼丹时期（公元前后公元1500年） 医化学时期（公元15001700年） 燃素学说时期（公元1700-1774年）,34/51,火的认识和利用：为实现化学变化提供有利条件。 古代化学工艺：以火为中心的实用化学。烧制陶瓷、冶炼青铜。 物质观：物质的本源是什么？ 我国的“阴阳说”和“五行说”。 “阴阳说”：天为阳，地为阴，天地交感产生了雷、火、风、泽、水、山，这八种自然物是自然界总的根源，它们再相互交感产生其他事物。 “五行说”：金、木、水、火、土为构成万物的基本材料，它们相生相克。水生木、木生土、土生金、金生水。水克火、土克水、火克金、金克木、木克土。,（1）实用和自然哲学时期（-公元前后）,35/51,对物质结构的探讨：物质是否无限可分？有无最小单位？ 战国时期的施惠提出了“小一”的概念，认为“至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”小一是组成物质的最小单位。 而公孙龙则认为“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”说明物质是无限可分，意味着物质结构具有连续性。,36/51,古希腊人对物质结构的探讨。 留基伯与其弟子德谟克利特提出古代原子论：原子是自然界的实体，一切都从原子产生，一切也分解为原子，但作为一种固有的东西，原子本身始终是物质的基础。,唯心主义始祖柏拉图首先提出“元素”一词。其学生亚里士多德是古希腊自然哲学的集大成者，被誉为“万学之祖”，提出“四元素说”：水、火、土、,气构成万物，这是唯物的，同时他又认为万物的本源是四种原始性质：冷、热、干、湿。元素由这些原始性质依不同比例组合而成。,37/51,（2）炼金术、炼丹时期（公元前后公元1500年）,中国炼丹术的产生有两个原因：一是五行说（五行无常胜），此为理论基础；二是封建主的贪得无厌，梦想长生。战国末期有了炼丹术，汉代有较大发展，唐代达到高潮。当时所谓的丹主要是三仙丹HgO，丹砂HgS，铅丹Pb3O4等。这些丹实际上都是剧毒的，许多皇帝因服丹而亡。 此外还有炼金术，即由贱金属得到贵金属。 虽然炼丹、炼金不可能成功，但由此积累了许多化学知识，制作了一些实验仪器。,38/51,（3）医化学时期（公元15001700年）,进入16世纪，欧洲生产力发展较快，突破了封建制度，开始了资本主义的发展，同时促进了科学的解放。另一方面，金丹术士经过千余年的劳作，结果是徒劳的，甚至是丧失生命，许多有识之士放弃了这种虚幻的目标。金丹术首先在西方宣告结束。 有些炼金术士主张改造炼金术，将其引入药物化学。即化学的目的不是为了制造金子和银子，而是为了制造药剂，这为化学开辟了新道路。 我国许多著名的术士也是医学家。唐代的孙思邈是炼丹术士，也是医学家。他著有炼丹著作丹房要诀，同时还有医学专著千金要方、千金翼方。,39/51,22 近代化学的萌芽,1700年史塔尔（Stahl）的燃素说 1748年罗蒙诺索夫的质量不灭定律 1774年拉瓦锡提出氧化理论 1803年Dalton 建立的原子论 1808年盖吕萨布（Gay-Lussac）的气体简比定律 1811年阿佛加德罗（Avogadro)定律和分子概念 1869年门捷列夫建立元素周期系,40/51,化学被确定为一门独立的科学 英国人波义耳用毕生的精力从事对自然科学的探索，他主张化学研究的目的在于认识物质的本性。他给元素重新定义：元素是用一般化学方法不能再分的实物。其学说一个世纪后才被接受。,41/51,燃素理论 进入17世纪，冶金工业有了很大发展，人们迫切需要对燃烧现象作出理论解释。 波义耳认为燃烧是： 金属+火微粒=烤灰 法国化学家贝歇尔认为油状土是一切可燃物的组分。1703年其学生史塔尔（Stahl）发展了老师的思想，提出了一套完整的理论“燃素说”。他认为可燃物由两部分组成：燃素和灰渣。可燃物燃烧时进行的是燃素逸出，留下灰渣的过程： 可燃物 灰渣 + 燃素 冶金则是在矿石（灰渣）中加入富含燃素的物质（如煤），使其恢复为原来的金属： 灰渣 + 燃素 可燃物,42/51,燃素说是化学史上最早提出的关于化学反应的理论，能够说明当时所知道的化学现象，具有朴素的唯物主义观点。 然而此学说存在致命的局限性：金属燃烧放出燃素后成为灰渣，重量反而增加；而冶金过程，灰渣获得燃素后变轻了。燃素说的学者们不得不提出燃素具有负重量。,43/51,燃烧的氧化学说 法国化学家拉瓦锡对燃烧进行研究，得到氧气（先把Hg与O2在一起加热反应完全，将得到的HgO加热分解得到能支持燃烧的O2。）并且证明燃烧过程是可燃物与氧气结合的过程。因此他提出燃烧的氧化学说：燃烧过程不是失去燃素的分解反应，而是可燃物同空气中的氧所起的化合反应。用下式表示为： 可燃物 + 氧气 氧化物 1789年拉瓦锡出版了名著化学纲要，系统地批判了燃素说，创立了氧化说。此书与牛顿的自然科学的数学原理，达尔文的物种起源齐名，并称世界自然科学的三大名著。 拉瓦锡1768年成为法国国王的包税官，赚得大量钱财用于化学实验。法国大革命时被判处死刑，年仅51岁，世界为之震惊。著名数学家拉格朗日说道：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头，一百年也许长不出一个。”,44/51,近代化学的奠基定律 质量不灭定律：1748年俄国罗蒙诺索夫提出：无论是人工或是自然作用都没有创造出什么东西，物质在每一个化学反应前的数量等于反应后的数量，这可以算是一个公理。 当量定律：德国李希特提出酸碱反应的当量定律，如一定量的苛性钾可被16份H2SO4或12份HCl或11份HNO3所饱和。 定比定律：德国普鲁斯特于1799年提出：我们必须承认化合物生成时，有一只看不见的手掌握着天平。化合物就是造物主指定了固定比例的物质。 倍比定律：英国道尔顿于1803年提出：甲乙两种元素化合成多种化合物时，存在简单的整数比。,45/51,科学原子论：道尔顿于1808年发表化学哲学新体系，提出原子论，其要点为： 物质由不可分割的原子组成； 同种元素的原子其形状、质量及性质都相同，不同元素的原子，其形状、质量及性质都不相同； 两种元素的化合作用是一种元素的一定数目的原子与另一种元素的一定数目的原子结合形成复杂原子。 此学说意义重大： 给化学奠定了唯物主义基石原子。他的原子说把古代原子论与元素说统一起来； 在理论上统一解释了一些化学基本定律和化学实验事实，揭示了质量守恒定律，当量定律、定比定律、倍比定律的内在联系，使化学走上了定量科学的道路； 标志着人类对物质结构的认识前进了一大步。,46/51,分子论：意大利的阿佛加德罗于1811年提出：单质与化合物存在的最小微粒为分子，分子由原子组成。 盖斯定律：盖斯于1840年提出。一个化学反应一步完成或分步完成，其热效应相同。 元素周期律：俄国门捷列夫于1869年提出。为无机化学奠定了理论基础。,47/51,23 化学的分支,化学各分支学科与边缘学科的建立产生了众多的分支学科，期中经典的四个分支学科是： 无机化学(inorganic chemistry) 有机化学(organic chemistry) 分析化学(analytical chemistry) 物理化学(physical chemistry),48/51,化学9大类，77分支,无机化学8个,有机化学8个,无机合成化学 无机物分离化学