中级无机化学11年01引言和基本概念

1、引言和基本概念引言和基本概念ldisciplinary sciencelorganic synthesiscovalent bondslchemical physicslclassical organometalliclbiolmolecular recognitionnon-covalent bondslmaterialslfunctionalelectronicsbiomaterialslinterdisciplinaryorigin of life“systems”lnanolorigin of lifelthe brain/cognitionlsystems lsolutions (w

2、ater)limaginglwaterlco2lenvironmental/greenlconservationlsolar energylplants and photosynthesislelectrochemistry and energy storagelhealth-care cost reductionlbiotechnology无机化学无机化学 （inorganic chemistry）的定义：的定义：inorganic chemistry is the branch of chemistry concerned with the properties and behavior

3、of inorganic compounds. this field covers all chemical compounds except the myriad organic compounds. “元素周期表中除烃和烃的衍生物以外的所有化合物的结构、元素周期表中除烃和烃的衍生物以外的所有化合物的结构、性质、反应和应用的科学。性质、反应和应用的科学。” “无机化学家感兴趣的化学无机化学家感兴趣的化学”。（。（huheey）例如：杂化材料例如：杂化材料, 纳米化学，超分子化学纳米化学，超分子化学 例如，例如，“有机金属化学有机金属化学”，配位化学的一个分支，配位化学的一个分支有机金属化学有

4、机金属化学 (organometallic chemistry) （常用）（常用） 金属有机化学金属有机化学 (metal-organic chemistry) （不常用）（不常用）中国：大多属有机化学研究领域；中国：大多属有机化学研究领域；欧美：大多属无机化学研究领域欧美：大多属无机化学研究领域无机化学特点：无机化学特点：内容丰富，涉及的元素和重多化合物，结构与性质，反应多，内容丰富，涉及的元素和重多化合物，结构与性质，反应多，体系庞杂，规律性差，被人戏称体系庞杂，规律性差，被人戏称“无理化学无理化学”。category:inorganic chemistry, from wikipedia

5、, the free encyclopediainorganic chemistry is a catch-all discipline that covers everything in chemistry that is not organic chemistry./wiki/category:inorganic_chemistrysubcategoriesthis category has the following 8 subcategories, out of 8 total. a+ allotropy (2)c+ coordination

6、 chemistry (1)g+ glass chemistry (3)i+ inorganic chemists (0)+ inorganic compounds (13)i cont.+ inorganic reactions (1)+ isomerism (1)o+ organometallic chemistry (4)inorganic chemistry118-electron ruleaactinides in the environment alkali allotropy amorphous carbonbbioinorganic chemistry bioorganomet

7、allic chemistryccalcareous sinter calx catenation ceramic chemistry chemical decomposition chemical transport reaction complex (chemistry) complex metal hydride compounds of carbon coordination geometry crystal field theory crystallizationdd electron count diagonal relationship dihydrogen complex di

8、oxygen complexeearth (chemistry) electron counting enzyme mimicffajans rules fission products (by element)ggmelin databasehhsab theory homolepticiiupac nomenclature of inorganic chemistry iupac nomenclature of inorganic chemistry 2005 inert pair effect inner sphere complex inorganic crystal structur

9、e database (icsd) ionic polarizationjjahnteller effect jones reductorlligand field theoryl cont.list of important publications in chemistry long-lived fission productmmetal ions in life sciences metal-induced crystallizationnnon-stoichiometric compound nuclear fission productooxo wall oxophilicitypu

10、ser:petergans/sigel user:petergans/sandbox photoelectric flame photometer polyhedral skeletal electron pair theoryrreactivity seriessscorpionate ligand silicate mineral paint spectrochemical series spin crossover spin states (d electrons)ttanabe-sugano diagram tm ligands trispyrazolylboratepages in

11、category inorganic chemistrythe following 62 pages are in this category, out of 62 total. this list may not reflect recent changes (learn more). 无机化学课程应该包含的主要内容无机化学课程应该包含的主要内容 descriptive inorganic chemistry 1 coordination compounds 2 main group compounds 3 transition metal compounds 4 organometalli

12、c compounds 5 cluster compounds 6 bioinorganic compounds 7 solid state compounds theoretical inorganic chemistry 1 qualitative theories 2 molecular symmetry group theory thermodynamics and inorganic chemistry mechanistic inorganic chemistry 1 main group elements and lanthanides 2 transition metal co

13、mplexes 2.1 redox reactions 2.2 reactions at ligands characterization of inorganic compounds x-ray crystallography, ultraviolet-visible, ir, nmr, epr, mssbauer, electrochemistry synthetic inorganic chemistry l元素与分离化学元素与分离化学 l无机合成化学无机合成化学l固体无机化学固体无机化学l无机材料化学无机材料化学l配位化学配位化学l团簇化学团簇化学l有机金属化学有机金属化学l生物无机化

14、学生物无机化学l物理与理论无机化学物理与理论无机化学l核化学核化学化学化学-分子科学分子科学分子分子层次上研究层次上研究物质物质的的组成、结构、性质组成、结构、性质与与转化转化核心概念与内容：核心概念与内容：分子内与分子间分子内与分子间相互作用相互作用(化学键，弱作用化学键，弱作用)合成合成与与反应反应结构结构与与性质性质识别识别天然物质，天然物质，创造新物质创造新物质1、无机化学的发展（分子与纳米材料，固体材料，超、无机化学的发展（分子与纳米材料，固体材料，超分子，生物无机等）促进了无机化学的课程改革。分子，生物无机等）促进了无机化学的课程改革。2、普通化学、普通化学(含基础无机化学，实验）

15、含基础无机化学，实验）(introduction) 元素周期表为基础元素周期表为基础, 主族元素主族元素(一年级一年级)，氧化物、卤，氧化物、卤化物、碱酸盐；酸碱性、氧化还原性、溶解性化物、碱酸盐；酸碱性、氧化还原性、溶解性 3、无机化学、无机化学 (本课程本课程) 以普通化学，有机化学，结构以普通化学，有机化学，结构化学和物理化学为基础化学和物理化学为基础无机化学课程的主要争议无机化学课程的主要争议 无机化学中的交叉学科、新理论、新化合物、新表征手段无机化学中的交叉学科、新理论、新化合物、新表征手段以及每年大量的文献以及每年大量的文献1. 侧重侧重theory or facts ?事实派事实

16、派: 描述性化学最重要，因为事实是不变的描述性化学最重要，因为事实是不变的, 理论框架见仁理论框架见仁见智见智, 因此需要因此需要more perspiration, less inspiration 理论派理论派:理论是不断发展变化的。新的实验方法和表征方法不理论是不断发展变化的。新的实验方法和表征方法不断获得新的结果，但实验的进步较理论慢。新的理论可以断获得新的结果，但实验的进步较理论慢。新的理论可以解释新的事实。解释新的事实。基础无机化学侧重描述性内容，中级无机化学侧重理论和规律基础无机化学侧重描述性内容，中级无机化学侧重理论和规律 2. 侧重传统的基础知识还是现代无机化学的领域侧重传统

17、的基础知识还是现代无机化学的领域? 基础课内容是否要基础课内容是否要updated? 或者主要是掌握最基本的知识或者主要是掌握最基本的知识该无机化学教学体系中的问题该无机化学教学体系中的问题 与国内其他学校比较：与国内其他学校比较： 基础无机较薄弱基础无机较薄弱 中级无机和基础无机的衔接和交融较差中级无机和基础无机的衔接和交融较差与美国、欧洲和香港的学校比较与美国、欧洲和香港的学校比较 课程内容接近，实验和表征手段较弱课程内容接近，实验和表征手段较弱 教材教材: : 教科书教科书 + + 参考书参考书 + + 文献文献要求要求: : 1. 1. 抓脉络，分清楚抓脉络，分清楚了解了解、理解理解和

18、和综合应用综合应用三个层次三个层次2. 2. 课堂讲授，掌握课堂讲授，掌握基本概念基本概念和基本内容和基本内容3. 3. 参考书和文献阅读参考书和文献阅读( (中英文中英文) )，侧重，侧重理解和分析理解和分析4.4. 提倡课堂提倡课堂讨论讨论，活跃课堂气氛，活跃课堂气氛 （征题）（征题）“清晰表达清晰表达” ” + “+ “批判思考批判思考” 1. 项斯芬，姚光庆，项斯芬，姚光庆，中级无机化学中级无机化学，2003年年11月，北京大月，北京大学出版社。学出版社。2. gary l. miessler, donald a. tarr, inorganic chemistry, 3rd ed.,

19、 2004, pearson education.3. d. f. shriver, p.w. atkins, inorganic chemistry, 4th ed., 2006, oxford university press.4. j.e. huheey, et al, inorganic chemistry, principles of chemistry and reactivity, 4th ed., 1993, harper collins college publishers.5. f. a. cotton et al, advanced inorganic chemistry

20、, 6th ed., 1999, john wiley & sons, inc. 6. c. e. housecroft, a. g. sharpe, inorganic chemistry, 3rd ed., 2008, pearson prentice hall.7. w.l. jolly, modern inorganic chemistry, 1991, mcgraw-hill book company.教科书和参考书教科书和参考书教学内容和时间初步安排教学内容和时间初步安排 时间时间内容内容第一周第一周 2.22引言和基础无机化学概念归纳引言和基础无机化学概念归纳 (2)第二

21、周第二周 3.01配位化学基础和配位立体化学配位化学基础和配位立体化学 (2)第三周第三周 3.08配位化学基础和配位立体化学配位化学基础和配位立体化学(1)配位场理论和电子光谱配位场理论和电子光谱(1)第四周第四周 3.15配位场理论和电子光谱配位场理论和电子光谱 (2)第五周第五周 3.22配合物反应机理和动力学配合物反应机理和动力学 (2)第六周第六周 3.29非金属原子簇化合物非金属原子簇化合物 (2)第七周第七周 4.05清明节放假清明节放假第八周第八周 4.12期中考期中考 (2)第九周第九周 4.19金属原子簇，金属金属原子簇，金属 金属键金属键 (2)第十周第十周 4.26生物

22、无机化学生物无机化学 (2)第十一周第十一周 5.03有机金属化学（有机金属化学（i）(2)第十二周第十二周 5.10有机金属化学（有机金属化学（ii）(2)第十三周第十三周 5.17配位催化反应配位催化反应 (2)第十四周第十四周 5.24无机固体化学无机固体化学 (2)第十五周第十五周 5.31前沿无机化学相关文献阅读前沿无机化学相关文献阅读 (2)第十六周第十六周 6.07习题课习题课 (1)，复习总结，复习总结 (1)第十七周第十七周 6.16考试考试 (2) 教学环节安排教学环节安排 (除课堂讲授外除课堂讲授外) 习题与课堂练习（部分批改）习题与课堂练习（部分批改） (10分分) 期

23、中考期中考 (30分分) 期末考期末考 (60分分) 答疑答疑: 每周两次每周两次每章讲课的内容可上网查找每章讲课的内容可上网查找:ftp:/ 化学院主页化学院主页教师教师ftp 无机化学无机化学 高松高松答疑答疑 (交流、讨论交流、讨论)高松高松 (化学楼化学楼a-822) email: 时间时间: 周五下午周五下午4-6点点杨展澜老师（化学楼杨展澜老师（化学楼a-816）email: 时间时间: 周五下午周五下午2-4点点s block (碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属)ds block (铜锌分族铜锌分族) f block (镧系和锕系镧系和锕系)p blockd block (过渡金

24、属过渡金属) 无机化学无机化学(中级中级)s, ds, f, p, d 的意义是什么的意义是什么?基基础础无无机机noble metals 非金属（浅色）和金属（黑体）在周期表中的分布非金属（浅色）和金属（黑体）在周期表中的分布 讨论讨论: : h h在周期表中的位置在周期表中的位置? ? 1s1s1 1第七周期元素：第七周期元素：87 钫钫(fng) 88 镭镭(li) 89 锕锕() 90 钍钍(t) 91 镤镤(p) 92 铀铀(yu) 93 镎镎(n) 94 钚钚(b) 95 镅镅(mi) 96 锔锔(j) 97 锫锫(pi) 98 锎锎(ki) 99 锿锿(i) 100 镄镄(fi)

25、 101 钔钔(mn) 102 锘锘(nu) 103 铹铹(lo) 104 鑪鑪(l) 105 (d) 106 (x) 107 (b) 108 (hi) 109 (mi) 110 鐽鐽(d) 111 錀錀(ln) 112 鎶鎶(g)暂定暂定 in、ir、sb、eu、ce、er、ge、dy、zn、sm等等10项项原子量新值现都已被原子量新值现都已被cawia正式确认为原子正式确认为原子量的国际新标准值量的国际新标准值 (1908.7-2006.12) ccmeccme学生献给北大化学百年的礼物学生献给北大化学百年的礼物元素的世界之元素档案元素的世界之元素档案 掀开尘封的档案掀开尘封的档案 探究元

26、素的奥秘探究元素的奥秘 抓住每一丝线索抓住每一丝线索 追寻隐匿的踪迹追寻隐匿的踪迹元素的世界之元素家族元素的世界之元素家族 这是一个独特的家族这是一个独特的家族 每个成员都性格各异每个成员都性格各异 虽无长幼尊卑虽无长幼尊卑 但却如禁卫军般排列有序但却如禁卫军般排列有序周期表中的化合物类型和周期表中的化合物类型和lewis 酸碱酸碱原子簇合物在周期表中的分布原子簇合物在周期表中的分布(1)(原子簇合物原子簇合物 : 含m m键)cl-, f-, oh-co, ch2ch2原子簇合物在周期表中的分布原子簇合物在周期表中的分布(2)元素中不稳定海中的稳定区域元素中不稳定海中的稳定区域(海拔高度代表

27、稳定性海拔高度代表稳定性)稳定岛理论是稳定岛理论是核子物理核子物理中的一个理论推测，核物理学家中的一个理论推测，核物理学家推测具有推测具有“魔数魔数”数目的数目的质子质子和和中子中子的的原子核原子核的的化学元化学元素素特别稳定。假如这个猜测正确的话，那么特定的特别稳定。假如这个猜测正确的话，那么特定的超铀超铀元素元素的的同位素同位素比其它同位素要稳定，这些同位素的比其它同位素要稳定，这些同位素的放射放射性衰变性衰变过程可能非常慢。过程可能非常慢。 (格伦格伦西奥多西奥多西博格西博格 )锝（锝（tc) technetiumtechneto artificial 人造元素（？）人造元素（？）“第一

28、个人造元素第一个人造元素” 1914年，当发现元素的年，当发现元素的x射线光谱与它的原子射线光谱与它的原子序数之间的简单关系后，曾有人预言序数之间的简单关系后，曾有人预言43号号“类锰类锰”元素的存在。元素的存在。意大利人佩若尔（意大利人佩若尔（c.perrier）和西格雷（）和西格雷（e.g.segre)1937年年在在回旋回旋加速器加速器中由氘核轰击中由氘核轰击mo原子产生，共原子产生，共22种同位素种同位素.1962年，年，99 tc从非洲的沥青铀矿中分离从非洲的沥青铀矿中分离，238u裂变产物裂变产物97tc的的 t1/2 = 61 day, 98tc的的 t1/2 = 4.2 106

29、 year ,99tc的的 t1/2 = 2.1 105 year$2000/g (1960年）年）$60/g (目前市场价）目前市场价）化学性质：与化学性质：与re类似类似transactinide(锕后元素锕后元素)的合成的合成113和和115新元素的报道新元素的报道 (2003-2004年年) ：俄国和美国核科学家在回旋加速器中用钙的同位素俄国和美国核科学家在回旋加速器中用钙的同位素 4820ca轰击轰击24395am观察到观察到4个个115号号元素，元素，几十毫秒几十毫秒后放出后放出 粒子，得到粒子，得到113号，号，113在在1秒秒后再衰变为其他元素后再衰变为其他元素112号的半衰期

30、为号的半衰期为20微秒微秒，即，即0.00002秒秒99年劳伦斯实验室关于年劳伦斯实验室关于118元素的报道，实验不能重复，没有被元素的报道，实验不能重复，没有被承认承认 60年代年代“稳定岛稳定岛”的假设的假设? 部分人造元素的半寿期部分人造元素的半寿期序序号号9596979899100101102103104105106107符符号号amcmbkcfesfmmdnolrrfhaunhunshalflife433yr3.4 105yr320d350yr20.5d100d1.27h3.1m31s4.3s1.5s0.9s4.7ms1. 元素在周期表中的酸碱性规律元素在周期表中的酸碱性规律2. l

31、ewis酸碱酸碱3. 软硬酸碱在无机化学中的应用软硬酸碱在无机化学中的应用反应的类型？反应的类型？ni + 4co ni(co)4r3n + bf3 r3nbf3 元素周期表中酸性和碱性元素的分布区域元素周期表中酸性和碱性元素的分布区域第一过渡系金属的氧化态和酸性的关系第一过渡系金属的氧化态和酸性的关系 a + : b a : b 酸酸 碱碱 酸碱加合物酸碱加合物alalclclclclclclalclclclbcl3, bf3pph3, nh3 , r2o, r2s酸酸缺电子缺电子碱碱富电子富电子asch3ch3ch3lewis酸碱的分子轨道示意图酸碱的分子轨道示意图 alcl3(lewis 酸酸)作为傅作为傅-克烷基化反应的催化剂克烷基化反应的催化剂(hard and soft acids and bases，hsab）用于用于lewis 酸碱和酸碱和 brnsted酸碱酸碱 对硬酸对硬酸al3+的配位能力的配位能力 f cl br i 对软酸对软酸hg2+的配位能力的配位能力 f cl br i 硬，软和交界酸和碱结合硬，软和交界酸和碱结合的稳定常数的稳定常数亲石元素：亲石元素：caco3, li2co3, caf2, tio2, zro2, 亲硫元素亲硫元素: as2s3 , hgs, cu2s, cd, zn, co, fe, sb