无机化合物的制备和表征ppt课件

1、第第3 3章章 无机化合物的制备和表征无机化合物的制备和表征 3.1 无机化合物的制备方法无机化合物的制备方法 高温无机合成高温无机合成 低温合成低温合成 高压合成高压合成 水热水热合成合成 无水无氧合成无水无氧合成 电化学合成电化学合成 等离子体合等离子体合成成3.2 无机分别技术无机分别技术 溶剂萃取法离子交换分别膜法分溶剂萃取法离子交换分别膜法分别技术别技术 3.3 表征技术表征技术 X射线衍射法射线衍射法 紫外可见分光光谱法紫外可见分光光谱法 红外光谱法红外光谱法 核磁共振波谱法核磁共振波谱法 电子顺磁共电子顺磁共振波谱法振波谱法 X光电子能谱法光电子能谱法 热分析法等。热分析法等。

2、3.1 无机化合物的制备方法无机化合物的制备方法 无机化合物的制备不仅仅是烧杯反响，性能优良的无机化合物的制备不仅仅是烧杯反响，性能优良的无机资料大部分都是采用现代合成手段所得到，常见的无机资料大部分都是采用现代合成手段所得到，常见的无机化合物的现代制备方法包括无机化合物的现代制备方法包括 高温无机合成高温无机合成 低温合成低温合成 高压合成高压合成 水热合成水热合成 无水无氧合成无水无氧合成 电化学合成电化学合成 等离子体合成等。等离子体合成等。 3.1.1 高温无机合成高温无机合成 高温无机合成普通用于无机固体资料的制备。如高温无机合成普通用于无机固体资料的制备。如 高熔点金属粉末的烧结高

3、熔点金属粉末的烧结 难熔化合物的熔化和再结晶难熔化合物的熔化和再结晶 各种功能陶瓷体的烧成等。各种功能陶瓷体的烧成等。 在实验室中，普通的高温可借熄灭获得，如用煤气灯在实验室中，普通的高温可借熄灭获得，如用煤气灯可把较小的坩埚加热到可把较小的坩埚加热到700700800 800 。 要到达较高的温度，可以运用喷灯。要到达较高的温度，可以运用喷灯。 更高的高温那么需运用各种高温电阻炉更高的高温那么需运用各种高温电阻炉(1 000(1 0003 3 000 )000 )、聚焦炉、聚焦炉(4 000(4 0006 000 )6 000 )、等离子体电弧、等离子体电弧(20 (20 000 )000

4、)等。等。 普通运用热电偶高温计进展高温的丈量，丈量范围从普通运用热电偶高温计进展高温的丈量，丈量范围从室温到室温到2 000 2 000 ，某些情况下可达，某些情况下可达3 000 3 000 。 在更高的温度下运用光学高温计丈量。在更高的温度下运用光学高温计丈量。 普通的固相反响在常温常压下很难进展，或者反响很普通的固相反响在常温常压下很难进展，或者反响很慢，因此需求高温使其加速。慢，因此需求高温使其加速。 固固相反响，首先是在反响物晶粒界面上或与界面固固相反响，首先是在反响物晶粒界面上或与界面临近的晶格中生成产物晶核，由于生成的晶核与反响物的临近的晶格中生成产物晶核，由于生成的晶核与反响

5、物的构造不同，成核反响需求经过反响物界面构造的重新陈列，构造不同，成核反响需求经过反响物界面构造的重新陈列，因此实现这步是相当困难的；同样，进一步实如今晶核上因此实现这步是相当困难的；同样，进一步实如今晶核上的晶体生长也有相当的难度，由于原料晶格中的离子分别的晶体生长也有相当的难度，由于原料晶格中的离子分别需求经过各自的晶体界面进展分散才有能够在产物晶核上需求经过各自的晶体界面进展分散才有能够在产物晶核上进展晶体生长并使原料界面间的产物层加厚。进展晶体生长并使原料界面间的产物层加厚。 高温有利于这些过程的进展，因此大多数固固相反高温有利于这些过程的进展，因此大多数固固相反响需求在高温下进展。响

6、需求在高温下进展。 可以经过改动反响物的形状来降低固固相反响的温可以经过改动反响物的形状来降低固固相反响的温度或者缩短反响的时间，这被称为前驱体法。度或者缩短反响的时间，这被称为前驱体法。 常见的前驱体法有：常见的前驱体法有： 将反响物充分破碎和研磨，或经过各种化学途径制将反响物充分破碎和研磨，或经过各种化学途径制备成粒度细、比外表积大、外表具有活性的反响物原料，备成粒度细、比外表积大、外表具有活性的反响物原料，然后经过加压成片，甚至热压成型使反响物颗粒充分均匀然后经过加压成片，甚至热压成型使反响物颗粒充分均匀接触；接触； 经过化学方法使反响物组分事先共沉淀；经过化学方法使反响物组分事先共沉淀

7、； 共沉淀法是获得均匀反响前驱物的常用方法。共沉淀法是获得均匀反响前驱物的常用方法。 设计所要合成的固体的成分，以其可溶性盐配成确定设计所要合成的固体的成分，以其可溶性盐配成确定比例的溶液，选择适宜的沉淀剂，共沉淀得到固体。比例的溶液，选择适宜的沉淀剂，共沉淀得到固体。 共沉淀颗粒越细小，混合均匀化程度越高。共沉淀颗粒越细小，混合均匀化程度越高。 溶胶凝胶溶胶凝胶(Sol(Solgel)gel)法法 溶胶凝胶溶胶凝胶(Sol(Solgel)gel)法合成是一种近期开展起来的法合成是一种近期开展起来的能替代共沉淀法制备陶瓷、玻璃和许多固体资料的新方法。能替代共沉淀法制备陶瓷、玻璃和许多固体资料的

8、新方法。 普通是以金属醇盐为原料，在水溶液中进展水解和聚普通是以金属醇盐为原料，在水溶液中进展水解和聚合，即由分子态合，即由分子态聚合体聚合体溶胶溶胶凝胶凝胶晶态晶态( (或非晶态或非晶态) )，因此很容易获得需求的均相多组分体系。，因此很容易获得需求的均相多组分体系。 溶胶或凝胶的流变性质有利于经过某种技术如放射、溶胶或凝胶的流变性质有利于经过某种技术如放射、浸涂、浸渍等方法制备各种膜、纤维或堆积。浸涂、浸渍等方法制备各种膜、纤维或堆积。 这样，一些在以前必需用特殊条件才干制得的特种聚这样，一些在以前必需用特殊条件才干制得的特种聚集态集态( (如如YBa2Cu3O7YBa2Cu3O7x x超

9、导氧化膜超导氧化膜) )就可以用此法获得了。就可以用此法获得了。 经过化学反响制成化合物前驱物等。经过化学反响制成化合物前驱物等。 高温合成中还有一类特殊的反响叫化学转移反响，指的是高温合成中还有一类特殊的反响叫化学转移反响，指的是一种固体或液体物质一种固体或液体物质A在一定的温度下与一种气体在一定的温度下与一种气体B反响，构反响，构成气相产物。这个气相反响产物在另外的温度下发生逆反响，成气相产物。这个气相反响产物在另外的温度下发生逆反响，重新得到重新得到A。 i A(s或或l) k B(g) j C(g) 反响中需求转移试剂反响中需求转移试剂(即气体即气体B)，它的运用和选择是转移，它的运用

10、和选择是转移反响能否进展以及产物质量控制的关键。反响能否进展以及产物质量控制的关键。 如经过下面的反响，可以得到美丽的钨酸铁晶体：如经过下面的反响，可以得到美丽的钨酸铁晶体：FeO(s) WO3(s) FeWO4(s) 这个反响必需用这个反响必需用HCl作转移试剂。假设没有作转移试剂。假设没有HCl，那么因，那么因FeO和和WO3都不易挥发使得转移反响并不发生。当有了都不易挥发使得转移反响并不发生。当有了HCl后，后，由于生成了由于生成了FeCl2、WOCl4和和H2O这些挥发性强的化合物，使这些挥发性强的化合物，使得转移反响可以进展。得转移反响可以进展。HCl(g)3.1.2 低温合成低温合

11、成 低温合成也是现代无机合成中经常采用的一种方法。低温合成也是现代无机合成中经常采用的一种方法。 常用来制备沸点低、易挥发、室温下不稳定的化合物。常用来制备沸点低、易挥发、室温下不稳定的化合物。如稀有气体化合物的合成等。如稀有气体化合物的合成等。 获得低温的主要方法有各种制冷浴，如获得低温的主要方法有各种制冷浴，如 冰盐共熔体系冰盐共熔体系(0(056 )56 )， 干冰浴干冰浴( (78.3 )78.3 )， 液氮液氮( (195.8 )195.8 )等。等。 低温的测定普通运用蒸汽压温度计低温的测定普通运用蒸汽压温度计( (一种根据液体的蒸一种根据液体的蒸汽压随温度的变化而改动的原理来制成

12、的温度计汽压随温度的变化而改动的原理来制成的温度计) )。 3.1.3 高压合成高压合成 高压合成普通用于合成超硬资料，如金刚石、氮化硼高压合成普通用于合成超硬资料，如金刚石、氮化硼等。它是利用高压力使发生不同元素间的化合得到一种新等。它是利用高压力使发生不同元素间的化合得到一种新化合物或新物质或产生多型相转变得到一种新相的方法。化合物或新物质或产生多型相转变得到一种新相的方法。 普通地说，在高压或超高压下，无机化合物中由于阳普通地说，在高压或超高压下，无机化合物中由于阳离子配位数添加、构造陈列变化或者构造中电子构造的变离子配位数添加、构造陈列变化或者构造中电子构造的变化和电荷的转移等缘由导致

13、相变，从而生成新构造的化合化和电荷的转移等缘由导致相变，从而生成新构造的化合物或物相。物或物相。 高压合成经常需求加温，所以高压合成普通是指高压高压合成经常需求加温，所以高压合成普通是指高压高温合成，分为高温合成，分为 静态高压高温合成法，静态高压高温合成法， 动态高压高温合成法。动态高压高温合成法。 前一种方法合成条件易控制，是目前常用的，后一种前一种方法合成条件易控制，是目前常用的，后一种方法合成条件难控制，较少用。方法合成条件难控制，较少用。 合成中也常参与一些催化剂、压力传输剂等。合成中也常参与一些催化剂、压力传输剂等。 3.1.4 水热合成水热合成 水热合成水热合成(或广义地为溶剂热

14、合成或广义地为溶剂热合成)是指在密闭的以水是指在密闭的以水(或其他溶剂或其他溶剂)为溶剂的体系中，在一定温度和水为溶剂的体系中，在一定温度和水(或其他溶或其他溶剂剂)的自生压强下，利用溶液中的物质的化学反响所进展的的自生压强下，利用溶液中的物质的化学反响所进展的合成。合成。 水热安装主要是一个一端封锁的不锈钢管，另一端有水热安装主要是一个一端封锁的不锈钢管，另一端有一软铜垫圈的螺旋帽密封，通常称为高压釜或水热弹。此一软铜垫圈的螺旋帽密封，通常称为高压釜或水热弹。此外，水热弹也可以和压力源外，水热弹也可以和压力源(如水压机如水压机)直接相连。在水热弹直接相连。在水热弹中放入反响混合物和一定量的水

15、，密封后放在所需温度的中放入反响混合物和一定量的水，密封后放在所需温度的加热炉中。主要分低温水热合成法加热炉中。主要分低温水热合成法(100 )、中温水热合、中温水热合成法成法(100300 )和高温高压水热合成法和高温高压水热合成法(1 000 ，0.3 GPa)。 在水热法中，处于高压形状的水，一是作为传送压力在水热法中，处于高压形状的水，一是作为传送压力的媒介，二是作为溶剂，在高压下绝大多数反响物均能部的媒介，二是作为溶剂，在高压下绝大多数反响物均能部分地溶解于水中。分地溶解于水中。 中温水热合成法常用于各种天然和人工沸石分子筛的中温水热合成法常用于各种天然和人工沸石分子筛的制备。制备。

16、 高温高压水热合成法广泛用于高温高压水热合成法广泛用于: : 非线性光学资料：非线性光学资料：NaZr2P3O12NaZr2P3O12和和AlPO4AlPO4 声光晶体：铝酸锌锂声光晶体：铝酸锌锂 激光晶体激光晶体 多功能的多功能的LiNbO3LiNbO3和和LiTaO3LiTaO3 人工宝石等的合成。人工宝石等的合成。 3.1.5 无水无氧合成无水无氧合成 无水无氧合成技术是空气敏感化合物合成中最广泛运用无水无氧合成技术是空气敏感化合物合成中最广泛运用的方法。常见的有以下三种：的方法。常见的有以下三种： (1) Schlenk技术技术 运用成套的运用成套的Schlenk仪器，加盖的反响器。所

17、用仪器均仪器，加盖的反响器。所用仪器均先装好且严密，然后利用先装好且严密，然后利用“抽换气技术使整个反响安装充抽换气技术使整个反响安装充溢经过无水无氧处置过的氩气或其他惰性气体。溢经过无水无氧处置过的氩气或其他惰性气体。 所用药品均需枯燥除水，液体在所用药品均需枯燥除水，液体在“抽换气前参与，反响抽换气前参与，反响过程中参与药品或互换仪器而需开启反响瓶时，都在较大过程中参与药品或互换仪器而需开启反响瓶时，都在较大氩气流下进展，有些简单反响可直接在惰性气体封管内进氩气流下进展，有些简单反响可直接在惰性气体封管内进展。展。 产物的分别纯化及转移、分装储存均采用产物的分别纯化及转移、分装储存均采用S

18、chlenk仪器或仪器或相当的仪器进展操作。相当的仪器进展操作。 (2) 在惰性气体箱内进展的常规操作在惰性气体箱内进展的常规操作 常用的惰性气体箱有手套箱和枯燥箱，它们都可用常用的惰性气体箱有手套箱和枯燥箱，它们都可用于操作大量固体或液体。如在手套箱中进展敏感固体的于操作大量固体或液体。如在手套箱中进展敏感固体的称量、红外样品研磨及称量、红外样品研磨及X射线样品装管。射线样品装管。 运用循环气体净化器或用快速惰气流进展冲洗以降低运用循环气体净化器或用快速惰气流进展冲洗以降低气氛气体中的杂质。常用的惰性气体有氮气、氦气和氩气氛气体中的杂质。常用的惰性气体有氮气、氦气和氩气。气。 (3) 真空线

19、技术真空线技术 经过抽真空和充惰性气体严厉地排除安装中的空气的经过抽真空和充惰性气体严厉地排除安装中的空气的一种技术。一种技术。 用于真空过滤、真空线上的气相色谱、产物的低温分用于真空过滤、真空线上的气相色谱、产物的低温分馏、气体和溶剂的储存、封管反响等。且已胜利地用于氢化馏、气体和溶剂的储存、封管反响等。且已胜利地用于氢化物、卤化物和许多其他挥发性物质的合成与操作。物、卤化物和许多其他挥发性物质的合成与操作。 金属与不饱和烃反响是运用真空线操作的典型例子。金属与不饱和烃反响是运用真空线操作的典型例子。 另一个运用真空线操作的例子是低压化学气相淀积另一个运用真空线操作的例子是低压化学气相淀积(

20、LPCVD)，此技术已广泛用于半导体资料如，此技术已广泛用于半导体资料如SiO2、GaAs等等的晶体生长和成膜。的晶体生长和成膜。3.1.6 电化学无机合成电化学无机合成 电化学合成是指用电化学方法去合成化学物质。它为电化学合成是指用电化学方法去合成化学物质。它为人类提供了一系列用其他方法难于制得的资料，如钠、钾、人类提供了一系列用其他方法难于制得的资料，如钠、钾、镁、钙、铝及许多强氧化性或复原性的物质，一些功能陶镁、钙、铝及许多强氧化性或复原性的物质，一些功能陶瓷资料如瓷资料如C、B、Si、P、S、Se等二元或多元金属陶瓷型化等二元或多元金属陶瓷型化合物、非金属元素间化合物、混合价态化合物、

21、簇合物、合物、非金属元素间化合物、混合价态化合物、簇合物、嵌插型化合物及非计量化合物、有机化合物的合成方法。嵌插型化合物及非计量化合物、有机化合物的合成方法。为处理目前化学工业给地球环境带来的污染问题，展现出为处理目前化学工业给地球环境带来的污染问题，展现出了一条有效而又真实可行的道路。了一条有效而又真实可行的道路。 常用的电解方法是恒电流恒电位电解法。即在电解常用的电解方法是恒电流恒电位电解法。即在电解过程中，恒定电流，采用电解液的流动来坚持底物浓度不过程中，恒定电流，采用电解液的流动来坚持底物浓度不变，结果电位也不变，主反响的电流效率便可维持恒定。变，结果电位也不变，主反响的电流效率便可维

22、持恒定。3.1.7 等离子体合成等离子体合成 等离子体合成是利用等离子体的特殊性质进展化学合成的等离子体合成是利用等离子体的特殊性质进展化学合成的一种技术。一种技术。 在高温下，部分气态粒子发生电离，当电离部分超越一定在高温下，部分气态粒子发生电离，当电离部分超越一定限制限制(0.1)，那么成为一种导电率很高的流体，这种流体与普，那么成为一种导电率很高的流体，这种流体与普通固态、液态、气态完全不同，被称为物质第四态。由于其中负通固态、液态、气态完全不同，被称为物质第四态。由于其中负电荷总数等于正电荷总数，宏观上仍呈电中性，所以称为等离子电荷总数等于正电荷总数，宏观上仍呈电中性，所以称为等离子体

23、。体。 等离子体分高压平衡等离子体等离子体分高压平衡等离子体(或称热等离子体或高温等离或称热等离子体或高温等离子体子体)和低压非平衡等离子体和低压非平衡等离子体(或称冷等离子体或低温等离子体或称冷等离子体或低温等离子体)。热等离子体的获得有高强度电弧、射频放电、等离子体喷焰及等热等离子体的获得有高强度电弧、射频放电、等离子体喷焰及等离子体炬。冷等离子体主要依托低压放电获得，包括低强度电弧、离子体炬。冷等离子体主要依托低压放电获得，包括低强度电弧、辉光放电、射频放电和微波诱导放电等，目前运用较多的低温等辉光放电、射频放电和微波诱导放电等，目前运用较多的低温等离子体是微波等离子体。离子体是微波等离

24、子体。 热等离子体适用于金属及合金的冶炼，超细、耐高温资料的合热等离子体适用于金属及合金的冶炼，超细、耐高温资料的合成，制备金属超微粒子，用于成，制备金属超微粒子，用于NO2和和CO的消费等。的消费等。 低温等离子体用于氨、低温等离子体用于氨、O3的合成，化学气相堆积的合成，化学气相堆积(MPCVD) 制制备太阳能电池薄膜，高备太阳能电池薄膜，高Tc超导薄膜及光导纤维等。超导薄膜及光导纤维等。 3.2 无机分别技术无机分别技术 3.2.1 溶剂萃取法溶剂萃取法 溶剂萃取是指在被分别物质的水溶液中，参与与水互不溶剂萃取是指在被分别物质的水溶液中，参与与水互不混溶的有机溶剂，借助于萃取剂的作用，使

25、一种或几种组分混溶的有机溶剂，借助于萃取剂的作用，使一种或几种组分进入有机相，而另一些组分仍留在水相，从而到达分别的目进入有机相，而另一些组分仍留在水相，从而到达分别的目的。的。 在萃取体系中，有机相普通由萃取剂、稀释剂和添在萃取体系中，有机相普通由萃取剂、稀释剂和添加剂三部分组成。加剂三部分组成。 萃取剂在萃取过程中起关键作用，它可与要被分别的金萃取剂在萃取过程中起关键作用，它可与要被分别的金属离子构成稳定性不同的配合物属离子构成稳定性不同的配合物( (萃合物萃合物) )，稳定性越大，萃，稳定性越大，萃取率就越高，萃取就是根据萃取剂与不同金属离子的络合稳取率就越高，萃取就是根据萃取剂与不同金

26、属离子的络合稳定常数的差别将其分别的。常见的萃取剂有磷酸三丁酯定常数的差别将其分别的。常见的萃取剂有磷酸三丁酯(TBP)(TBP)、甲基膦酸二甲庚酯甲基膦酸二甲庚酯(P350)(P350)、三烷基胺、三烷基胺(N235)(N235)、氯化三烷基甲、氯化三烷基甲胺胺(N263)(N263)、噻吩甲酰基三氟丙酮、噻吩甲酰基三氟丙酮(HTTA)(HTTA)、八羟基喹啉、八羟基喹啉(HOX)(HOX)等。等。 为了提高萃取率和分别系数，水相中也常参与一些掩蔽为了提高萃取率和分别系数，水相中也常参与一些掩蔽剂、盐析剂等，剂、盐析剂等，pHpH值的控制也是一个重要的影响要素。值的控制也是一个重要的影响要素

27、。 萃取到有机相的金属离子需求再反萃取到水相。所谓反萃取到有机相的金属离子需求再反萃取到水相。所谓反萃取就是破坏有机相中的萃合物的构造、生成易溶于水相的萃取就是破坏有机相中的萃合物的构造、生成易溶于水相的化合物化合物(或生成既不溶于有机相也不溶于水相的沉淀或生成既不溶于有机相也不溶于水相的沉淀)，而使被，而使被萃物从有机相转入水相萃物从有机相转入水相(或生成沉淀或生成沉淀)。所以萃取剂络合金属离。所以萃取剂络合金属离子的才干不能太强，否那么反萃取较难。子的才干不能太强，否那么反萃取较难。 在萃取化学中，常用分配比在萃取化学中，常用分配比(D)、分别系数、分别系数()、相比、相比(R)及及萃取率

28、萃取率(E)等参数来表示萃取分别的好坏。等参数来表示萃取分别的好坏。 分配比分配比D是指当萃取体系到达平衡时，被萃物在有机相的总是指当萃取体系到达平衡时，被萃物在有机相的总浓度与在水相中的总浓度之比，浓度与在水相中的总浓度之比，D值越大，阐明被萃物越易进值越大，阐明被萃物越易进入有机相。入有机相。 分别系数分别系数是指两种被分别的元素在同一萃取体系内，在同是指两种被分别的元素在同一萃取体系内，在同样萃取条件下分配比的比值。样萃取条件下分配比的比值。 相比相比R是指在一个萃取体系中，有机相和水相体积之比，是指在一个萃取体系中，有机相和水相体积之比，RV有有/V水。萃取率水。萃取率E是萃入有机相物

29、质的量与物质在萃取前是萃入有机相物质的量与物质在萃取前原始水溶液中物质总量的百分比。原始水溶液中物质总量的百分比。 根据萃取剂的性质和萃取机理以及萃取过程中生成萃根据萃取剂的性质和萃取机理以及萃取过程中生成萃合物的性质可以将萃取体系分为合物的性质可以将萃取体系分为 简单分子萃取体系简单分子萃取体系 中性络合萃取体系中性络合萃取体系 螯合萃取体系螯合萃取体系 离子缔合萃取体系离子缔合萃取体系 协同萃取体系协同萃取体系 高温萃取体系六大类。高温萃取体系六大类。 3.2.2 离子交换分别离子交换分别 离子交换分别法是运用离子交换剂进展物质分别的一种离子交换分别法是运用离子交换剂进展物质分别的一种现代

30、操作技术。现代操作技术。 离子交换剂分为两大类：离子交换剂分为两大类： 一类为无机离子交换剂，自然界中存在的粘土、沸石、一类为无机离子交换剂，自然界中存在的粘土、沸石、人工制备的某些金属氧化物或难溶盐类，都属这一类；人工制备的某些金属氧化物或难溶盐类，都属这一类； 另一大类是有机离子交换剂。其中运用最广泛的有机离另一大类是有机离子交换剂。其中运用最广泛的有机离子交换剂是离子交换树脂。它是人工合成的带有离子交换功子交换剂是离子交换树脂。它是人工合成的带有离子交换功能基团的有机高分子聚合物。能基团的有机高分子聚合物。 离子交换树脂是既不溶解、也不熔融的多孔性海绵状离子交换树脂是既不溶解、也不熔融的

31、多孔性海绵状固体高分子物质，每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间固体高分子物质，每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间立体构造的网络骨架构成，在骨架上衔接有许多能离解出立体构造的网络骨架构成，在骨架上衔接有许多能离解出离子的功能基团。外来离子可以同这些离子进展交换，所离子的功能基团。外来离子可以同这些离子进展交换，所以叫做可交换离子。在再生的条件下，这种可交换离子又以叫做可交换离子。在再生的条件下，这种可交换离子又可以将外来离子换出。人们经过发明适宜条件，如改动浓可以将外来离子换出。人们经过发明适宜条件，如改动浓度差、利用亲合力差别等控制树脂上的这种可交换离子，度差、利用亲合力差别等控制树脂上的这种

32、可交换离子，使它与相接近的同类型离子进展反复交换，到达不同的运使它与相接近的同类型离子进展反复交换，到达不同的运用目的，如浓缩、分别、提纯、净化等。用目的，如浓缩、分别、提纯、净化等。 目前，离子交换树脂在无机化学上主要用于各种目前，离子交换树脂在无机化学上主要用于各种金属离子的分别，如稀土离子，或者用于提纯某种金属离金属离子的分别，如稀土离子，或者用于提纯某种金属离子。制备去离子水就是运用离子交换树脂进展的。子。制备去离子水就是运用离子交换树脂进展的。 离子交换树脂大致可分为离子交换树脂大致可分为 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 阴离子交换树脂阴离子交换树脂 螯合型离子交换树脂螯合型离子交换树

33、脂 萃淋树脂等几大类。萃淋树脂等几大类。 按照基体内网孔的大小，离子交换树脂分为按照基体内网孔的大小，离子交换树脂分为 微网树脂微网树脂(网孔的大小为网孔的大小为2 0004 000 pm) 大孔树脂大孔树脂(孔径孔径20 000100 000 pm)两大类。两大类。 阳离子交换树脂的功能基团都是一些酸性基团，最常阳离子交换树脂的功能基团都是一些酸性基团，最常见的一些阳离子交换功能基团有：见的一些阳离子交换功能基团有： 强酸性基团：强酸性基团：SO3H； 弱酸性基团：弱酸性基团：CO2H； 中等酸性基团：中等酸性基团：PO3H2，AsO3H2。 据此，阳离子交换树脂还可以按其酸性强弱区分为：据

34、此，阳离子交换树脂还可以按其酸性强弱区分为： 强酸性树脂强酸性树脂 弱酸性树脂弱酸性树脂 中等强度酸性树脂。中等强度酸性树脂。 在溶液中，这些交换功能团中的氢可以与其他阳离子在溶液中，这些交换功能团中的氢可以与其他阳离子发生交换反响。例如发生交换反响。例如RSO3H Na RSO3Na H式中式中R代表树脂的骨架。代表树脂的骨架。 阴离子交换树脂所带的功能团都是一些碱性基团，阴离子交换树脂所带的功能团都是一些碱性基团，其中常见的有：其中常见的有： 强碱性基团：强碱性基团：CH2N(CH3)3Cl， ， ； 弱碱性基团：弱碱性基团： ，NH2，NH(CH3)。 阴离子交换树脂也可按其碱性强弱区分

35、为阴离子交换树脂也可按其碱性强弱区分为 强碱性树脂强碱性树脂 弱碱性树脂等。弱碱性树脂等。 NCH3HClCH2C2H4OHN(CH3)2ClNCH3Cl3.2.3 膜法分别技术膜法分别技术 膜是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的膜是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚物物质，它把流体相分隔为互不相通的两部分，但这两部凝聚物物质，它把流体相分隔为互不相通的两部分，但这两部分之间能产生传质作用。分之间能产生传质作用。 膜具有两个明显的特征：膜具有两个明显的特征： 其一，不论膜有多薄它必需有两个界面，经过两个界面分其一，不论膜有多薄它必需有两个界面，经过两个界面分别与两侧

36、的流体相接触；别与两侧的流体相接触； 其二，膜应有选择透过性，可以使流体相中的一种或几种其二，膜应有选择透过性，可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其他物质透过。物质透过，而不允许其他物质透过。 利用膜的选择透过性进展分别或浓缩的方法称为膜法分别利用膜的选择透过性进展分别或浓缩的方法称为膜法分别技术。技术。 膜是膜分别技术的关键，根据膜的功能和构造特征可分为膜是膜分别技术的关键，根据膜的功能和构造特征可分为反浸透膜、超越滤膜、微孔膜、离子交换膜、气体分别膜、液反浸透膜、超越滤膜、微孔膜、离子交换膜、气体分别膜、液态膜、蒸馏膜、生物酶膜等。态膜、蒸馏膜、生物酶膜等。 在液相中，膜能使溶剂

37、在液相中，膜能使溶剂(如常见的水如常见的水)透过的景象通常透过的景象通常称之为浸透，膜能使溶质透过的景象通常称之为渗析。称之为浸透，膜能使溶质透过的景象通常称之为渗析。 要实现膜法分别物质必需求有能量作为推进力，这些要实现膜法分别物质必需求有能量作为推进力，这些能量能够是力学能、电能、化学能和热能，分别产生压力能量能够是力学能、电能、化学能和热能，分别产生压力差、电位差、浓度差和温度差。差、电位差、浓度差和温度差。 根据所给予能量的不同方式，膜法分别也就有了不同根据所给予能量的不同方式，膜法分别也就有了不同的称号，如电渗析、反浸透、超越滤、微滤、自然渗析和的称号，如电渗析、反浸透、超越滤、微滤

38、、自然渗析和热浸透、膜蒸馏等。热浸透、膜蒸馏等。 海水淡化主要就是使器具有选择透过性能的离子交换膜海水淡化主要就是使器具有选择透过性能的离子交换膜的电渗析法来进展的。的电渗析法来进展的。 3.3 表征技术表征技术 对一个制得的新化合物，经过各种手段对其进展构对一个制得的新化合物，经过各种手段对其进展构造、性能表征是非常重要的，常用的方法有：造、性能表征是非常重要的，常用的方法有： X射线衍射法射线衍射法 紫外可见分光光谱法紫外可见分光光谱法 红外光谱法红外光谱法 核磁共振波谱法核磁共振波谱法 电子顺磁共振波谱法电子顺磁共振波谱法 X光电子能谱法光电子能谱法 热分析法等。热分析法等。 3.3.1

39、 X射线衍射法射线衍射法 X射线衍射分析是针对固态晶体样品的，通常有粉末法射线衍射分析是针对固态晶体样品的，通常有粉末法和单晶法。和单晶法。 粉末法运用于多晶粉末样品，分为多晶衍射照相法和多晶粉末法运用于多晶粉末样品，分为多晶衍射照相法和多晶衍射仪法。当一束单色衍射仪法。当一束单色X射线照到样品上，在理想情况下，射线照到样品上，在理想情况下，样品中晶体按各种能够的取向随机陈列，各种点阵面也以各种样品中晶体按各种能够的取向随机陈列，各种点阵面也以各种能够的取向存在，对每套点阵面，至少有一些晶体的取向与入能够的取向存在，对每套点阵面，至少有一些晶体的取向与入射束成射束成Bragg角，于是这些晶面子

40、发生衍射。粉末法的重要用角，于是这些晶面子发生衍射。粉末法的重要用途是对化合物进展定性鉴定。每种晶相都有其固有的特征粉末途是对化合物进展定性鉴定。每种晶相都有其固有的特征粉末衍射图，它们像人们的指纹一样，可用于对晶相的鉴定。经过衍射图，它们像人们的指纹一样，可用于对晶相的鉴定。经过和规范粉末衍射卡片相比较，从而对化合物进展判别。和规范粉末衍射卡片相比较，从而对化合物进展判别。 单晶法的对象是单晶样品，主要运用于测定单胞和空单晶法的对象是单晶样品，主要运用于测定单胞和空间群，还可测定反射强度，完成整个晶体构造的测定。所间群，还可测定反射强度，完成整个晶体构造的测定。所用仪器为用仪器为X射线四圆衍

41、射仪或射线四圆衍射仪或CCD X射线面探测仪，射线面探测仪，包括恒定波长的包括恒定波长的X射线源，安放样品单晶的支架和射线源，安放样品单晶的支架和X射射线检测器。检测器和晶体样品的转动由计算机控制，晶体线检测器。检测器和晶体样品的转动由计算机控制，晶体相对于入射相对于入射X射线取某些方向时以特定角度发生衍射，射线取某些方向时以特定角度发生衍射，衍射强度由衍射束方向上的检测器丈量并被记录、存贮。衍射强度由衍射束方向上的检测器丈量并被记录、存贮。通常至少要搜集通常至少要搜集1 000个以上的衍射强度和方向的数据，每个以上的衍射强度和方向的数据，每个构造参数个构造参数(即各个原子的位置和由热运动呵斥

42、的位置变化即各个原子的位置和由热运动呵斥的位置变化范围范围)需获得需获得10个以上的衍射数据，经过直接法程序或者根个以上的衍射数据，经过直接法程序或者根据衍射数据提供的信息结合原子排布的知识选定一种尝试据衍射数据提供的信息结合原子排布的知识选定一种尝试构造，经过原子位置的系统位移对尝试构造模型进展调整，构造，经过原子位置的系统位移对尝试构造模型进展调整，直到计算的直到计算的X射线衍射强度与观测值相符合。射线衍射强度与观测值相符合。3.3.2 紫外可见分光光度法紫外可见分光光度法 当一个分子吸收了幅射时，它获得了一定数量的能量，这当一个分子吸收了幅射时，它获得了一定数量的能量，这份能量将与分子内

43、部的某种运动方式相对应，这些运动包括电份能量将与分子内部的某种运动方式相对应，这些运动包括电子从一个能级到另一个能级的跃迁、分子的振动和转动、电子子从一个能级到另一个能级的跃迁、分子的振动和转动、电子的自旋或核的自旋。紫外可见分光光谱所反映出来的能态跃的自旋或核的自旋。紫外可见分光光谱所反映出来的能态跃迁是电子的能态跃迁，波长范围从迁是电子的能态跃迁，波长范围从200800 nm。利用紫外。利用紫外可见光谱可以研讨过渡金属配合物的电子跃迁、荷移吸收和配可见光谱可以研讨过渡金属配合物的电子跃迁、荷移吸收和配体内电子跃迁，因此可以运用于金属配合物的鉴定。体内电子跃迁，因此可以运用于金属配合物的鉴定

44、。 3.3.3 红外光谱红外光谱 红外光谱是化合物较特征的性质之一。红外光是指波长由红外光谱是化合物较特征的性质之一。红外光是指波长由0.75 m到到200 m的光，即从可见光以外到微波区的波长范围内的光，即从可见光以外到微波区的波长范围内的光。化合物的红外振动吸收通常用其所吸收的光的频率的光。化合物的红外振动吸收通常用其所吸收的光的频率(以波以波数数cm1为单位为单位)来表示。来表示。 当样品遭到频率延续变化的红外光照射时，分子吸收了某当样品遭到频率延续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的光，用作耗费于各键的伸缩或弯曲振动的能量。相应些频率的光，用作耗费于各键的伸缩或弯曲振动的能量。相应

45、于这些吸收区域的透过光自然要减弱，因此，如按波数或波长于这些吸收区域的透过光自然要减弱，因此，如按波数或波长记录透过红外光的强度，就得到表示吸收谱带的曲线，这就是记录透过红外光的强度，就得到表示吸收谱带的曲线，这就是红外光谱。红外光谱的范围通常是红外光谱。红外光谱的范围通常是4 000400 cm1。这相当。这相当于吸收波长为于吸收波长为2.525 m的光。的光。 如水分子有如水分子有3种具有红外活性的振动，其振动频率分别为种具有红外活性的振动，其振动频率分别为 3 756、3 657和和1 595 cm1)水分子的三种具有红外活性的振动水分子的三种具有红外活性的振动 红外光谱法的最大用途在于

46、研讨有机化合物，但是对红外光谱法的最大用途在于研讨有机化合物，但是对于多种其他化合物也是很有用的。于多种其他化合物也是很有用的。 如在配位化合物中许多配体是有机化合物，它们能产如在配位化合物中许多配体是有机化合物，它们能产生红外吸收，除此之外，许多其他配体也能产生红外谱峰，生红外吸收，除此之外，许多其他配体也能产生红外谱峰，如硝基如硝基(NO2)就是一个例子。就是一个例子。 此外，配位体的红外振动光谱在构成配合物或有机金此外，配位体的红外振动光谱在构成配合物或有机金属化合物后会发生较明显的变化，如配位后基团的振动吸属化合物后会发生较明显的变化，如配位后基团的振动吸收普通向低波数方向挪动，因此，

47、比较自在配位体与配合收普通向低波数方向挪动，因此，比较自在配位体与配合物的红外振动光谱，可以获得许多关于配位作用和配合物物的红外振动光谱，可以获得许多关于配位作用和配合物构造方面的信息。构造方面的信息。 红外光谱对配位化合物的另一种有趣的运用是区别给红外光谱对配位化合物的另一种有趣的运用是区别给定配合物的顺反异构体。普通是对称性较低的顺式异构定配合物的顺反异构体。普通是对称性较低的顺式异构体的谱图比反式异构体的谱图复杂，有较多的谱峰。体的谱图比反式异构体的谱图复杂，有较多的谱峰。 此外，在一个金属配合物中假设某个配体以不同原子此外，在一个金属配合物中假设某个配体以不同原子与中心金属离子相衔接时

48、，都可以在红外光谱中引起变化。与中心金属离子相衔接时，都可以在红外光谱中引起变化。如二氯化一亚硝酸根如二氯化一亚硝酸根五氨合钴五氨合钴()，它有两种键合异构体：，它有两种键合异构体： Co(NH3)5(NO2)Cl2，其中的亚硝酸根离子经过氮，其中的亚硝酸根离子经过氮原子同钴离子相衔接；原子同钴离子相衔接； 而而Co(NH3)5(ONO)Cl2，其中亚硝酸根离子经过它，其中亚硝酸根离子经过它的一个氧原子而同钴离子相衔接。的一个氧原子而同钴离子相衔接。 3.3.4 核磁共振谱核磁共振谱 核磁共振核磁共振NMRNMR中氢核中氢核1H1H是最常被研讨的核。质子是最常被研讨的核。质子( (氢核氢核)

49、)和电子一样，有其自旋量子数，它的自旋量子数是和电子一样，有其自旋量子数，它的自旋量子数是 或或 。假设把质子放在一个磁场中，它的陈列方式或与磁场。假设把质子放在一个磁场中，它的陈列方式或与磁场方向一致方向一致( (较低能态较低能态) )，或与磁场方向相反，或与磁场方向相反( (较高能态较高能态) )。把。把核的自旋从与外加磁场一致的陈列方式改动为与磁场方向核的自旋从与外加磁场一致的陈列方式改动为与磁场方向相反的、能量较高的不稳定形状就需求吸收能量。这种能相反的、能量较高的不稳定形状就需求吸收能量。这种能量吸收的结果在核磁共振谱仪中产生一个核磁共振信号，量吸收的结果在核磁共振谱仪中产生一个核磁

50、共振信号，这就是核磁共振法的根底。这就是核磁共振法的根底。 1H NMR 1H NMR中，氢的环境不同，中，氢的环境不同，其核磁位移就不同，这样经过分析其核磁位移就不同，这样经过分析不同位移处的质子数，就可以确定不同位移处的质子数，就可以确定化合物的构造化合物的构造( (参见右图乙醇的参见右图乙醇的 1H 1H NMR)NMR)。OHCH2CH3 乙醇的高分辨率乙醇的高分辨率nmr磁场强度添加磁场强度添加 某些其他的核，如某些其他的核，如13C13C、19F19F和和31P31P，各自也都有自，各自也都有自旋量子数，它们的性质类似，有时也用于核磁共振的旋量子数，它们的性质类似，有时也用于核磁共

51、振的研讨中。研讨中。 核磁共振不能用于含有未成对电子的化合物。核磁共振不能用于含有未成对电子的化合物。不过，对于像不过，对于像Mg2Mg2、Zn2Zn2等金属离子本身是反磁性等金属离子本身是反磁性的配位化合物，测定其的配位化合物，测定其1H1H或或13C13C碳核磁共振去研讨其配碳核磁共振去研讨其配体还是很有用途的。体还是很有用途的。 31P31P核磁用于含磷的化合物如杂核磁用于含磷的化合物如杂多酸等的研讨特别有用。多酸等的研讨特别有用。 3.3.5 电子顺磁共振电子顺磁共振 电子顺磁共振电子顺磁共振(EPR)是研讨具有未成对电子配合物的是研讨具有未成对电子配合物的有力手段。它不但可用来描画分

52、子中未成对电子的分布，有力手段。它不但可用来描画分子中未成对电子的分布，而且在某种程度上还可用来确定中心金属离子上的电子离而且在某种程度上还可用来确定中心金属离子上的电子离域到配体的程度。域到配体的程度。 对自在电子，朗德因子对自在电子，朗德因子g2.0023，S，MJmS或或。在没有外磁场的情况下，自在电子在任何方向均。在没有外磁场的情况下，自在电子在任何方向均具有一样的能量，故可以自在取向。具有一样的能量，故可以自在取向。 当处于外磁场时，电子的自旋磁矩和外磁场发生作用，当处于外磁场时，电子的自旋磁矩和外磁场发生作用，使得电子的自旋磁矩在不同方向上就具有不同的能量。使得电子的自旋磁矩在不同

53、方向上就具有不同的能量。这种分裂称为齐曼分裂。磁能级跃迁的选择定那么是：这种分裂称为齐曼分裂。磁能级跃迁的选择定那么是：mS0，1。故假设在垂直于外磁场的方向加上频率为。故假设在垂直于外磁场的方向加上频率为的电磁波，使电的电磁波，使电子得到能量子得到能量h，那么假设，那么假设和和H满足条件满足条件hE( )E( )gHB时就发生磁能级间的跃迁，发生顺磁共振吸收，在相应的吸收曲时就发生磁能级间的跃迁，发生顺磁共振吸收，在相应的吸收曲线线(即即EPR谱谱)上出现吸收峰。上出现吸收峰。 化合物中的不成对电子在磁场中的共振吸收遭到不成对电子化合物中的不成对电子在磁场中的共振吸收遭到不成对电子所处的化学

54、环境的影响，于是，所处的化学环境的影响，于是，EPR谱呈现各种复杂的情况。谱呈现各种复杂的情况。 当处于外磁场时，电子的自旋磁矩当处于外磁场时，电子的自旋磁矩和外磁场发生作用，使得电子的自旋磁和外磁场发生作用，使得电子的自旋磁矩在不同方向上就具有不同的能量。因矩在不同方向上就具有不同的能量。因此，电子在外磁场中将分裂为两个能级：此，电子在外磁场中将分裂为两个能级： E()gHB (电子自旋磁矩电子自旋磁矩和外磁场方向一样和外磁场方向一样)E()gHB(电子自旋磁矩电子自旋磁矩 和外和外磁场方向相反磁场方向相反)3.3.6 X射线光电子能谱射线光电子能谱 X射线光电子能谱射线光电子能谱(XPS)

55、又称为化学分析用电子能谱又称为化学分析用电子能谱法法(ESCA)，它是根据具有足够能量的入射光子和样品中的，它是根据具有足够能量的入射光子和样品中的原子相互作用时，单个光子把它的全部能量转移给原子中原子相互作用时，单个光子把它的全部能量转移给原子中某壳层上的一个受束缚的电子，假设能量足以抑制原子的某壳层上的一个受束缚的电子，假设能量足以抑制原子的其他部分对此电子的作用，电子即以一定的动能发射出去，其他部分对此电子的作用，电子即以一定的动能发射出去，利用检测器丈量发射出的电子动能，就可以得到样品中原利用检测器丈量发射出的电子动能，就可以得到样品中原子的电子结合能。子的电子结合能。N2的分子轨道能级和电子排布的分子轨道能级和电子排布 上图示出上图示出N2分子的分子轨道能级图能级、电子排布与光电子分子的分子轨道能级图能级、电子排布与光电子能谱之间的关系，可见经过能谱图可以测定轨道能级的高低，而能谱之间的关系，可见经过能谱图可以测定轨道能级的高低，而且根据谱带的外形可以进一步了解分子轨道的性质。