无机化学的今天和未来PPT课件.ppt

.,1,主讲：张根成教授Tel.88233080E-mail:zgchx406,中级无机化学,.,2,无机化学的今天和明天,化学是在分子、原子或离子等层次上研究物质的组成、结构、性质以及变化规律和变化过程中能量关系的科学(现代又扩展到超分子层次)。无机化学是研究无机物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。,.,3,一无机化学的沿革,最初的化学就是无机化学；,为研究无机物和有机物的性质和反应的一般规律,产生了新的化学分支物理化学(物理化学通常是以1887年德国出版物理化学学报杂志为其标志)；,在这个时期无机化学家的贡献是:,19世纪中后期是无机化学的建立和发展时期。,1828年武勒由氰酸铵制得尿素,NH4OCNNH2CONH2动摇了有机物只是生命体产物的观点,有机化学应运而生；,.,4,大约在1900年到第二次世界大战期间,无机化学的进展却是很缓慢的。无机化学家在这段时期没有重大的建树,无机化学的研究显得冷冷清清。,当时出版的无机化学的大全或教科书,几乎都是无机化学的实验资料库,是纯粹描述性的无机化学。,无机化学专业的教育也很薄弱,教师只能讲“存在、制备、性质、用途”,学生学起来多不感到兴趣。,这个时期,无机化学处于萧条时期。,.,5,第二次世界大战中美国的曼哈顿工程(原子能计划*)极大地促进了无机化学的发展。,*第二次世界大战中，美国陆军部主导实施的曼哈顿工程，动员了当时盟国最优秀的核科学家，历时3年，耗资20亿美元。其直接的结果是于1945年7月16日，进行了世界上第一次核爆炸。,1938年12月，德国物理学家哈恩（HAHN）和斯特拉斯曼(STRASSMAN)在实验中发现，用慢中子照射铀235原子核会裂变成两个更轻的原子核。这个过程发生的质量亏损所释放的能量，比相同质量的化学反应要大几百万倍。丹麦物理学家玻尔（BOHR）获此消息，1939年1月前往普林斯顿高级研究所访问，将消息带到美国，引起了震动。正处大战（39.9-45.9）爆发前夕，科学家们非常忧虑。犹太裔物理学家西拉德（SZILARD）、意大利物理学家费米（FERMI）、匈牙利出身物理学家威格纳（WIGNER）和特勒（TELLER）等意识到绝不能让纳粹率先拥有。西拉德和威格纳想到应尽快与比利时方面联系，不把铀卖给德国。1939年7月西拉德和威格纳在爱因斯坦劝说下，决定将信改寄给罗斯福总统。罗斯福于1939年10月19日下令成立了一个铀元素顾问委员会，并任命国家标准局长布里格斯（Briggs）担任该委员会的主席。1940年2月到1941年11月，陆海军方面共支持了16项科学家们的研究，总金额达到30万美元。,.,6,1941年12月6日，珍珠港事件前一天，罗斯福总统正式批准开发原子武器的计划。康普顿（Compton）、劳伦兹（Lawrence）和尤里（Urey）三名诺贝尔奖获得者领衔，在新墨西哥州成立了阿拉莫斯原子弹研究所，奥本海默被任命为研究所所长，组建了强大的研究阵容。鲍勃威尔森、费因曼（FEYNMAN）、费米、佩汀等都参加。1939年9月战争在欧洲爆发，德国军械局把利用铀裂变制造核武器的研究立项，并招海森堡来领导这个项目。,1944年，盟军在诺曼底登陆，美国的情报人员了解到德国的原子武器研究并没有取得大的进展。1945年8月6日和9日，原子弹在日本广岛和长崎爆炸，许多科学家感到了震撼。,.,7,*原子能计划是一项综合性工程,它涉及到物理学和化学的各个领域，尤其向无机化学提出了更多的课题：,.,8,战后和平时期中随着工农业生产的飞跃发展,无机化学又不断渗透到其他各种学科而产生了新的边缘学科,如:,二战后至今（45.9-）,无机化学步入了发展的黄金时期。,.,9,二无机化学发展的现状和未来发展的可能方向,1952年二茂铁的结构被测定;,.,10,近三、四十年本领域的发展十分迅速：,有6人因在本领域的贡献获诺贝尔奖金。,.,11,ZieglerNatta催化剂是一个烷基铝和三氯化钛固体的混合物,可在低压下生产聚乙烯和聚丙烯,其作用机制被认为是乙烯或丙烯聚合时的链增长的顺位插入机制,增长中的链与单体分子往复于两个顺式配位之间(这个机制让人联想到一台在分子水平上起作用的纺车)。,如:Ziegler和Natta因发现烯烃的立体有择催化而分享了1963年的诺贝尔化学奖。,.,12,.,13,Wilkinson和Fisher在环戊二烯基金属化合物研究方面的杰出贡献而荣获了1973年的诺贝尔化学奖。,.,14,结构：能定量地搞清楚配合物结构,2配位化学,20世纪50、60年代,无机化学最活跃的领域是配位化学：,热力学、动力学、新型配合物的合成,.,15,.,16,.,17,3金属原子簇化合物化学,.,18,.,19,4生物无机化学,应用无机化学的理论原理和实验方法研究生物体中无机金属离子的行为,阐明金属离子和生物大分子形成的配合物的结构与生物功能的关系;,研究如何应用这些原理和规律为人类利益服务。,.,20,5无机固体化学,超导材料研究离不开无机化学。,1911年Onnes发现Hg在4.2K温度下具有零电阻的特性;,1986年Bednory和Muller发现镧、钡、铜的混合氧化物在35K显示超导性;这一发现开辟了陶瓷超导研究的新路，他们获得了1987年诺贝尔物理学奖。,从l911年开始算起的75年中,将临界温度逐渐提高到23K(平均每10年提高3K)。,.,21,.,22,6非金属化学,.,23,20世纪50、60年代以来，由于航天事业的飞速发展，硼烷曾被指望用来作为火箭燃料(基于硼烷与氧反应发出大量的热)。这种愿望推动着硼烷的制备和合成工艺的发展，同时也促进了硼烷化学的基础研究工作。1957年，美国化学家Lipscomb通过对各种硼烷结构的系统研究，提出了在这些缺电子化合物中存在着三中心二电子共价键的多中心键的假设，并总结了各种硼烷构成多面体结构的规律,他的这一杰出的工作赢得了1976年的诺贝尔化学奖。,.,24,美英科学家对碳元素的第三种同素异形体C60的研究取得了重要的进展。C60是一种由60个碳原子构成的分子。每个碳原子以sp2.28杂化方式与相邻的碳原子成键，剩余的p轨道在C60球壳的外围和内腔形成球面大键，构成一个由12个五元环和20个六元环组成的直径为0.7nm的接近球面体的32面体结构，恰似英国的足球，具有高度的美学对称性。具这种结构的C60分子，表现出许多奇特的功能，如分子特别稳定，可以抗辐射、抗化学腐蚀，特别容易接受和放出电子。由于C60是一个直径为0.7nm的空心球，其内腔可以容纳直径为O.5nm的其他原子。已经证明，富勒烯的笼中可以包含的单个离子,如K、Na、Cs、La、Ca、Ba、Sr和O等,生成富勒烯的包合物MnC60。例如,掺钾K3C60在255是一种超导体。除了C60以外，具有这种封闭笼状结构的还有C26、C32、C52、C90等等。1986年Curt、Kroto、和Smalley因在C60研究中的贡献而被授予诺贝尔化学奖。,.,25,三现代无机化学发展的特点,1从宏观到微观,建立了以现代化学键理论为基础的化学结构理论体系。,2从定性描述向定量化方向发展,无机化合物性质和结构的研究达到了精确定量的水平。,3既分化又综合,出现许多边缘学科,有机金属化合物化学，生物无机化学，无机固体化学，无机高分子化学等,.,26,现代无机化学既有理论又有事实,它把最新的量子力学成就作为阐述元素和化合物性质的理论基础,应用热力学、动力学的知识去揭示无机反应的方向和历程。无机化学涉及的范围很宽,周期表中的100多种元素以及除烃和烃衍生物以外的所有化合物都是无机化学的研究