高等無機化學(xué)

1、高等無機化學(xué),碩士研究生學(xué)位課,任課教師：楊文勝北京化工大學(xué)理學(xué)院2010年秋,教學(xué)參考書,,《高等無機化學(xué)》 陳慧蘭 主編 高等教育出版社, 2005,教學(xué)參考書,,《高等無機結(jié)構(gòu)化學(xué)》 麥松威 等 主編 北京大學(xué)出版社, 2001,《無機化學(xué)》申泮文 主編化學(xué)工業(yè)出版社, 2002,教學(xué)參考書,,,了解無機化學(xué)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 了解無機化學(xué)的前沿領(lǐng)域及趨勢 了解本課程教學(xué)安排及具體要求,目標(biāo)&要

2、求,,一、無機化學(xué)的沿革與復(fù)興二、無機化學(xué)的現(xiàn)狀及趨勢三、現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點四、本課程內(nèi)容及具體要求,第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,人類出現(xiàn) ～ 無機化學(xué)：礦物和無機物,唐代,明代,清代,第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1828年：有機化學(xué) 1828年武勒由氰酸銨制得尿素，動搖了有機物只是生命體產(chǎn)物的觀點，有機化學(xué)應(yīng)運而生。,第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1887年：物理化學(xué)

3、 為研究能掌握無機物和有機物的性質(zhì)和反應(yīng)的一般規(guī)律, 產(chǎn)生了新的化學(xué)分支──物理化學(xué)。 (物理化學(xué)通常是以1887年德國出版«物理化學(xué)學(xué)報»雜志為其標(biāo)志),第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1800～ 1900：無機化學(xué)的建立和發(fā)展的時期在這個時期無機化學(xué)家的貢獻是: 發(fā)現(xiàn)新元素 合成已知元素的新化合物 確立了原子量的氧單位 門捷列夫提出了元素周期表 維爾納提出了

4、配位學(xué)說,第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1900 ~ 二次世界大戰(zhàn)：無機化學(xué)蕭條時期 突飛猛進的有機化學(xué)相比, 無機化學(xué)進展緩慢。無重大的發(fā)現(xiàn)和建樹, 缺乏全局性的工作。 當(dāng)時出版的無機化學(xué)教科書, 幾乎都是無機化學(xué)的實驗資料庫, 是純粹描述性的無機化學(xué)。 在無機化學(xué)專業(yè)的教育和培養(yǎng)方面也很薄弱, 只在大學(xué)一年級開設(shè)無機化學(xué), 缺乏必要的循環(huán), 也無再提高的機會。教師只能“存在、制備、性

5、質(zhì)、用途”千篇一律，學(xué)生學(xué)起來枯燥乏味，認(rèn)為“無機化學(xué)”就是“無理化學(xué)”，多不感到興趣，因而有志于無機化學(xué)的人是寥寥無幾。,第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,二次世界大戰(zhàn)及以后 ~ : 無機化學(xué)復(fù)興時期 美國曼哈頓工程(原子能計劃 ) 極大地催化了無機化學(xué)的發(fā)展，使無機化學(xué)進入復(fù)興時期。 原子反應(yīng)堆 ? 新型無機材料 同位素工廠 ? 現(xiàn)代分析分離方法 粒子加速器 ? 超鈾元素的合成 無機化學(xué)理論：周期

6、律理論、原子分子結(jié)構(gòu)理論 配位化學(xué)理論、無機熱力學(xué)動力學(xué)理論,第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,戰(zhàn)后和平時期，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展, 無機化學(xué)不僅在原有的天地中迅速發(fā)展, 而且還不斷滲透到其他各種學(xué)科而產(chǎn)生了新的邊緣學(xué)科, 如: 有機金屬化合物化學(xué) 無機固體化學(xué) 物理無機化學(xué) 生物無機化學(xué)和無機生物化學(xué),第一節(jié) 無機化學(xué)的沿革與復(fù)興,,截止到2000

7、年，CA中登錄的無機化學(xué)物質(zhì)條目近3000萬種，且以每年100萬種的速度不斷增加。美國無機化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)值為4000億美元。 自戰(zhàn)后至今,無機化學(xué)已從停滯蕭條時期步入了一個“柳暗花明又一村”的黃金時期。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,無機化學(xué)發(fā)展趨勢 與材料科學(xué)和生命科學(xué)的交叉、融合是無機化學(xué)當(dāng)前的發(fā)展趨勢。無機化學(xué)在合成和制備研究中，力求在發(fā)展新的合成方法及路線上下功夫；強調(diào)運用分子設(shè)計和晶體工程

8、思想，推進新型化合物的合成及物質(zhì)聚集狀態(tài)的研究；重視無機功能材料的復(fù)合、組裝與雜化；加強功能性無機物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究，開展介觀和微觀結(jié)構(gòu)的理論研究；無機化學(xué)與生命科學(xué)的交叉要進一步深化研究的內(nèi)涵，突出無機物生物效應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ)研究；深化金屬生物大分子、無機仿生過程及分子以上層次生物無機化學(xué)基礎(chǔ)研究。,－ 《國家自然科學(xué)基金項目指南》,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,l 現(xiàn)代無機合成l 配位化學(xué)l 有機金屬化學(xué)l 原子簇化學(xué)

9、l 超分子化學(xué)l 生物無機化學(xué)l 稀土元素化學(xué)l 無機固體化學(xué)l 核化學(xué)和放射化學(xué),第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.1 現(xiàn)代無機合成化學(xué),無機化合物種類甚多，合成方法差別極大，無機合成化學(xué)中未開拓的領(lǐng)域很多。發(fā)現(xiàn)一種新合成方法或一種新型結(jié)構(gòu)，將就有一系列新的無機化合物出現(xiàn)。因此無機合成化學(xué)是無機化學(xué)的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域之一。 當(dāng)前無機合成化學(xué)的研究重點是發(fā)展新合成反應(yīng)、新合成路線和方法、新制備技術(shù)及相關(guān)反

10、應(yīng)機理的研究。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.2 配位化學(xué),配位化合物種類龐大，約占無機化合物的75％以上，因此配位化學(xué)是無機化學(xué)研究中一個主要方向。 配位化學(xué)從上世紀(jì)60年代起與生命科學(xué)結(jié)合，成為生物無機化學(xué)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。 配位化學(xué)與材料科學(xué)也形成了最緊密的結(jié)合。配合物的良好催化作用在有機合成、高分子合成中發(fā)揮了極大作用；在功能材料（如光、電、磁、超導(dǎo)、信息存儲等）領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。,第

11、二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.3 有機金屬化學(xué),有機金屬化學(xué)研究金屬與有機基團直接相鍵合的化合物，包括了為數(shù)眾多的一大類化合物，它是有機和無機化學(xué)相互滲透的邊緣領(lǐng)域，同時又是無機化學(xué)極其活躍的新興領(lǐng)域之一。 有機金屬化合物在催化材料、非線性光學(xué)材料、半導(dǎo)體材料、液晶材料、抗腫瘤藥物等方面展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.4 原子簇化學(xué),原子簇化合物的發(fā)現(xiàn)逐漸形成了一門新興的化學(xué)分

12、支學(xué)科——原子簇化學(xué)。 原子簇化合物的基本類型有：硼烷及硼烷陰離子、金屬原子簇、 富勒烯及其衍生物。 20世紀(jì)70年代后由于化學(xué)模擬生物固氮、金屬原子簇化合物的催化功能、生物金屬原子簇、超導(dǎo)及新型材料等方面的研究需要，促使（金屬）原子簇化學(xué)快速發(fā)展。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.5 超分子化學(xué),超分子化學(xué)：就是“超越分子概念的化學(xué)”，它是指兩個以上的分子以

13、分子間作用力所形成的有序聚集體的化學(xué)。 超分子化學(xué)是近年來在一些交叉學(xué)科中產(chǎn)生的邊緣學(xué)科，從分子化學(xué)到超分子化學(xué)標(biāo)志著化學(xué)的發(fā)展進入了一個新的歷史階段。,分子化學(xué)和超分子化學(xué)間及超分子化學(xué)與分子器件科學(xué)間的關(guān)系：,“分子”和“超分子”的鍵合作用明顯不同。 分子組裝和體現(xiàn)某種特定功能的分子器件和超分子器件是超分子化學(xué)的重要研究方向。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.5 超分子化學(xué),第二節(jié) 無機化

14、學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.6 生物無機化學(xué),生物無機化學(xué)是最近一二十年才迅速發(fā)展起來的一門無機化學(xué)與生物化學(xué)之間的邊緣學(xué)科。生物無機化學(xué)研究的范圍很廣，一方面，它應(yīng)用無機化學(xué)（特別是配位化學(xué)）的理論原理和實驗方法研究生物體中無機金屬離子的形態(tài)和功能，闡明金屬離子和生物大分子形成的配合物的結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系；另一方面，又要研究如何應(yīng)用上述原理和規(guī)律為人類服務(wù)，特別是為人類的健康服務(wù)。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.6 生物無

15、機化學(xué),研究金屬離子在生命體中的生理生化行為，是目前十分重要的研究領(lǐng)域。如：血紅素，細(xì)胞色素，葉綠素，維生素，鐵蛋白，鉬鐵蛋白，鋅蛋白，硒蛋白，鈣調(diào)蛋白及幾十種重要的金屬酶的結(jié)構(gòu)與存在形式，生理生化功能，毒副作用等。,高自旋亞鐵脫氧 低自旋正鐵氧合 Fe-N 218pm Fe-N 201pm,血紅蛋白血紅素,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.6 生物無機化學(xué),應(yīng)用研究方面：抗癌藥物（順鉑）

16、，稀土放療，艾茲?。s多酸），營養(yǎng)滋補品（各類補鈣、鐵、鋅、鍺、硒制劑）。生物無機化學(xué)是配位化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、營養(yǎng)化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科相互滲透互相融合的產(chǎn)物。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.7 稀土元素化學(xué),稀土是中國的豐產(chǎn)元素，世界稀土資源的 80％在中國。 稀土在光、電、磁、催化等方面具有獨特的功能。如:含稀土的分子篩在石油催化裂化中可使汽油產(chǎn)率大大提高；硫氧釔銪在電子轟擊下產(chǎn)生鮮艷的紅色熒光，可使

17、彩電的亮度提高1倍；稀土永磁材料用于電機制造，可縮小體積，做到微型化和高效化；在高溫超導(dǎo)材料中也缺不了稀土元素。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.8 無機固體化學(xué),無機固體化學(xué)是研究固體物質(zhì)(包括材料)的制備、組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學(xué)。是一門涉及物理、化學(xué)、晶體學(xué)和多種技術(shù)學(xué)科的邊緣學(xué)科。 無機固體材料是當(dāng)今社會的三大支柱－材料、能源、信息的基礎(chǔ)。無機固體化學(xué)與無機固體材料密切相關(guān)，是無機固體材料研究開發(fā)的理論基

18、礎(chǔ)。,第二節(jié) 無機化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,,2.9 核化學(xué)和放射化學(xué),20世紀(jì)上半葉，從發(fā)現(xiàn)放射性元素、核裂變、人工放射性，到核反應(yīng)堆的建立，核爆炸的毀滅性破壞等，核化學(xué)和放射化學(xué)一直是十分活躍和開創(chuàng)性的前沿領(lǐng)域。 到后半個世紀(jì)，放射性同位素和核技術(shù)在分析化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面緊密結(jié)合，使其應(yīng)用和交叉研究蓬勃發(fā)展起來。,第三節(jié) 現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點,,l 從宏觀到微觀l 從定性描述到定量化方向發(fā)展l

19、靜態(tài)與動態(tài)（過程）相結(jié)合l 既分化又綜合，出現(xiàn)許多邊緣學(xué)科,第三節(jié) 現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點,,3.1 從宏觀到微觀,20世紀(jì)的無機化學(xué)進入到物質(zhì)內(nèi)部深層次的研究階段，也即進入了微觀水平的研究階段。人們現(xiàn)在不只研究無機化合物的宏觀性質(zhì)，而且更重視物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的研究，即原子、分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)特別是原子、分子中電子的行為和運動規(guī)律的研究，從而建立了以現(xiàn)代化學(xué)鍵理論為基礎(chǔ)的化學(xué)結(jié)構(gòu)理論體系。,第三節(jié) 現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點,,3.1 從宏觀到微

20、觀,與此要求相適應(yīng)，現(xiàn)代的許多新的研究方法，例如光譜學(xué)的、能譜學(xué)的、磁學(xué)的以及射線晶體學(xué)的方法也都是在分子水平上進行研究工作的?，F(xiàn)代無機化學(xué)不再是“無理”化學(xué)，而是既有翔實的實驗資料又有堅實的理論基礎(chǔ)的完全的科學(xué)。,第三節(jié) 現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點,,3.2 從定性描述到定量化方向發(fā)展,現(xiàn)代無機化學(xué)尤其是理論無機化學(xué)和結(jié)構(gòu)無機化學(xué)，已普遍應(yīng)用線性代數(shù)、群論、矢量分析、拓?fù)鋵W(xué)、數(shù)學(xué)物理等現(xiàn)代的數(shù)學(xué)理論和方法，并且應(yīng)用電子計算機進行科學(xué)計算，

21、對許多反映結(jié)構(gòu)信息及物理化學(xué)性能的物理量進行數(shù)學(xué)處理。這種數(shù)學(xué)計算又與高靈敏度、高精確度和多功能的定量實驗測定方法相結(jié)合，使對無機化合物性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的研究達到了精確定量的水平。,第三節(jié) 現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點,,3.3 靜態(tài)與動態(tài)（過程）相結(jié)合,合成－結(jié)構(gòu)表征和測定的研究模式屬于靜態(tài)結(jié)構(gòu)研究模式，為人們留下一大批新的化學(xué)物質(zhì)的資料，是化學(xué)界的重要財富。 化學(xué)作為研究物質(zhì)化學(xué)變化的科學(xué)，也重視化學(xué)反應(yīng)過程的研究，但由于方法和

22、思路的限制，化學(xué)反應(yīng)歷程的早期研究僅限于小分子參與的宏觀動力學(xué)研究，且只能研究速率較慢的簡單反應(yīng)。 停留技術(shù)及各種快速檢測和收集數(shù)據(jù)的手段才使人們有可能研究快速反應(yīng)過程。近年來把微觀概念引進反應(yīng)過程研究的微觀反應(yīng)動力學(xué)有了重大突破。形成現(xiàn)代化學(xué)的一個熱點。,第三節(jié) 現(xiàn)代無機化學(xué)發(fā)展特點,,3.4 既分化又綜合，出現(xiàn)許多邊緣學(xué)科,20世紀(jì)的無機化學(xué)一方面是加速分化，另一方面卻又是各分支學(xué)科之間的相互綜合、相互滲透，形成了

23、許多新興的邊緣學(xué)科。如： 無機化學(xué) ＋ 有機化學(xué) ＝ 有機金屬化合物化學(xué) 生物化學(xué) ＋ 無機化學(xué)（配位化學(xué)） ＝ 生物無機化學(xué) 固體物理 ＋ 無機化學(xué) ＝ 無機固體化學(xué) 無機化學(xué) ＋ 高分子化學(xué) ＝ 無機高分子化學(xué),現(xiàn)代無機化學(xué)既有理論又有事實,它把最新的量子力學(xué)成就作為自己闡述元素和化合物性質(zhì)的理論基礎(chǔ), 也力圖用熱力學(xué)、動力學(xué)的知識去揭示無機反應(yīng)的方向和歷程。無機化學(xué)家

24、不是單純地提供實驗結(jié)果而是也在不遺余力地進行理論探索。他們擅長于實驗合成，也勝任于對自己的實驗發(fā)現(xiàn)作出理論說明。無機化學(xué)涉獵的范圍很寬,周期表中的100多種元素以及除烴和烴衍生物以外的所有化合物都是無機化學(xué)的研究對象。因此無機化學(xué)的研究任務(wù)異常繁重, 但同時也說明:無機化學(xué)是一門豐富多彩具有無限發(fā)展前途的學(xué)科。,小 結(jié),第四節(jié) 本課程內(nèi)容及具體要求,,4.1 課程主要內(nèi)容,《高等無機化學(xué)》課程報告,內(nèi)容：無機化學(xué)前沿領(lǐng)域研究進展

25、 (參考2009年及以后相關(guān)領(lǐng)域Top文獻1~2篇)要求：準(zhǔn)備PPT，報告時間10分鐘以內(nèi) 1~3人一組時間：每章內(nèi)容結(jié)束后,第四節(jié) 本課程內(nèi)容及具體要求,,4.2 課程具體要求,化學(xué)類,材料類,《高等無機化學(xué)》課程論文,內(nèi)容：無機化學(xué)前沿領(lǐng)域研究進展要求：從研究生院網(wǎng)站上下載課程論文封面 將PPT以講稿形式每6頁打印在一張紙上時間：做報告時交PPT