无机化学概论.ppt

1、段春生,化学奥赛,无机化学,无机物,二元化合物 酸碱盐 配合物 新型无机化合物,单质,化合物,无 机 化 学,元 素 化 学,无 机 理 论,动力学理论,结构理论,原子结构 分子结构 晶体结构 配合物结构,热力学理论,热力学函数 化学平衡,U、H S、G,酸碱平衡 沉淀平衡 配合平衡 氧还平衡,主族元素 副族元素,非金属 金属,ds区 d区 f区,结构 性质 制备 用途,竞赛要求,元素化学:卤素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、锡、铅、硼、铝。碱土金属、碱金属、稀有气体。钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。过渡元素氧化态。氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。常见难溶盐。氢化物的基本分类

2、和主要性质。常见无机酸碱的基本性质。水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出（不使用特殊试剂）和一般分离方法。制备单质的一般方法。,配合物:路易斯酸碱。配位键。重要而常见的配合物的中心离子（原子）和重要而常见的配体（水、羟离子、卤离子、拟卤离子、氨分子、酸根离子、不饱和烃等）。螯合物及螯合效应。重要而常见的配合反应。配合反应与酸碱反应、沉淀反应、氧化还原反应的联系（定性说明）。配合物几何构型和异构现象基本概念和基本事实。配合物的杂化轨道理论。用杂化理论说明配合物的磁性和稳定性.用八面体配合物的晶体场理论说明Ti(H2O)63+的颜色。软硬酸碱的基本概念和重要的软酸软碱和硬酸硬碱.,无机化学

3、 的今天和明天,一 无机化学的沿革,最初的化学就是无机化学；,为研究能左右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:,这个时期是无机化学的建立和发展的时期。, 1828年武勒由氰酸铵制得尿素, NH4OCN NH2CONH2 动摇了有机物只是生命体产物的观点, 有机化学应运而生；,大约在1900年到第二次世界大战期间, 同突飞猛进的有机化学相比, 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, 缺乏全局性的工作, 无机化学的研究显得冷冷清清。,当时出版的无

4、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。,在无机化学专业的教育和培养方面也很薄弱, 在当时的化学系的学生的教学计划中, 只在大学一年级开设无机化学, 缺乏必要的循环, 也无再提高的机会。教师在讲台上无奈何只能“存在、制备、性质、用途”千篇一律，学生学起来枯燥乏味，认为“无机化学”就是“无理化学”，多不感到兴趣，因而有志于无机化学的人是寥寥无几。,这个时期, 是无机化学处于门庭冷落的萧条时期。,第二次世界大战中美国的曼哈顿工程(原子能计划 * ) 极大地 “催化”了无机化学的发展, 使无机化学步入了所谓 “复兴” 时期。,*原子能计划是一项综合性工程, 它

5、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：,战后和平时期中随着工农业生产的飞跃发展, 无机化学不仅在原有的天地中长进, 而且还不断渗透到其他各种学科而产生了新的边缘学科, 如:,自战后至今,无机化学已从停滞萧条时期步入了一个“柳暗花明又一村”的黄金时期。,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;, 近四、五十年本领域的发展十分迅速：,有6人因在本领域内的贡献而获诺贝尔奖金。,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

6、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。,Wilkinson和Fisher由于在环戊二烯基金属化合物即所谓 的夹心化合物的 研究方面作出的 杰出贡献而荣获了1973年的诺贝尔化学奖。,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：, 在维尔纳时代, 几个已知的羰基化合物被看作化学珍奇。现在, 金属羰基化合物及类羰基配位体(如 N2、NO+、PR3、SCN等 ) 的金属化合物的研究已发展成为现代化学的一个重要分支。,新型配合物

7、的合成,其中包括了步的氧化加成，步的插入反应，步的还原消除等反应，而Rh的氧化态则在+1和+3之间来回变化。,磁性材料在促进社会科技发展中有着重要的地位总要提到我国最早根据物质磁性而发明指南针的伟大创举。在现代社会生活的实际中也得到广泛应用。如工业上的磁力机械, 磁屏蔽和电磁吸收、扬声器、电话通讯、马达、高科技中的磁开关、敏感器件、信息储存、磁碟或磁带、智能磁性材料等。 人们熟知的磁体大都为以原子或具有 d 或 f 轨道的过渡金属为基础的磁体。它们大都是用高温冶炼的方法制备的无机物质。 近年来发展了一类分子磁体。它们是以顺磁性分子作为基块按某种有序的方式使分子自旋在空间排列的磁体。是通过有机金

8、属或配位金属化学的低温合成方法制得的。 和通常的磁铁相比，分子磁体的特点是： 易于用化学方法对分子进行修饰和剪裁而改变其磁性; 可以将磁性和其他机械、光、电等特性相结合; 可以用低温的方法进行合成。 这些特点使它们特别适用于未来作光电子器件。,3 金属原子簇化合物化学,4 生物无机化学,5 无机固体化学,6 非金属化学, 硼氢化物在1879年即已发现，经本世纪初德国Stock 20余年的研究已制备并鉴定出B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B6H10和B10H14 等硼氢化合物以及他们的衍生物。,本世纪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

9、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。,近年来, 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

10、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。,三 现代无机化学发展的特点,已经进入到了现代发展阶段的现代无机化学具有如下三个特点:,3 既分化又综合,出现许多边缘学科,总之,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自己阐述元素和化合物性质的理论基础, 也力图用热力学、动力学的知识去揭示无机反应的方向和历程。无机化学家不是单纯地提供实验结果而是也在不遗余力地进行理论探索。他们擅长于实验合成，也胜任于对自己的实验发现作出理论说明。无机化学涉猎的范围很宽,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