《高等无机化学》-全册课件-【北京师范大学】-名师精讲.ppt

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1、【北京师范大学】名师讲解无机化学无机化学全册优秀教师全册优秀教师比赛课件比赛课件2024/3/29硕士研究生学位课第一章第一章 绪论绪论1第二章第二章 分子对称性和群论基础分子对称性和群论基础2第三章第三章 配位化学与金属有机化学配位化学与金属有机化学33第四章第四章 原子簇化学原子簇化学 44第五章第五章 超分子化学超分子化学5第六章第六章 元素化学与稀土化学元素化学与稀土化学 6第七章第七章 无机固体化学无机固体化学37第八章第八章 生物无机化学生物无机化学48第九章第九章 放射性与放射化学放射性与放射化学39目目 录录第1章 绪论1234一、无机化学的沿革与复兴一、无机化学的沿革与复兴二

2、、无机化学的现状及趋势二、无机化学的现状及趋势三、现代无机化学发展特点三、现代无机化学发展特点四四、高等无机化学课程论文、高等无机化学课程论文第一节 无机化学的沿革与复兴人类出现人类出现 无机化学：矿物和无机物无机化学：矿物和无机物唐唐代代明明代代清清代代第一节 无机化学的沿革与复兴1828年：有机化学年：有机化学 1828年武勒由氰酸铵制得尿素，动摇了有年武勒由氰酸铵制得尿素，动摇了有机物只是生命体产物的观点，机物只是生命体产物的观点，有机化学有机化学应运而生。应运而生。第一节 无机化学的沿革与复兴1887年：物理化学年：物理化学为研究能掌握无机物和有机物的性质和反应的一般规律,产生了新的化

3、学分支物理化学物理化学。(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)第一节 无机化学的沿革与复兴18001800 1900 1900：无机化学的建立和发展的时期：无机化学的建立和发展的时期在这个时期无机化学家的贡献是在这个时期无机化学家的贡献是:发现新元素发现新元素 合成已知元素的新化合物合成已知元素的新化合物 确立了原子量的氧单位确立了原子量的氧单位 门捷列夫提出了元素周期表门捷列夫提出了元素周期表 维尔纳提出了配位学说维尔纳提出了配位学说第一节 无机化学的沿革与复兴1900 二次世界大战：无机化学萧条时期二次世界大战：无机化学萧条时期突飞猛进的有机化学相比突飞猛进的有机化

4、学相比,无机化学进展缓慢。无重无机化学进展缓慢。无重大的发现和建树大的发现和建树,缺乏全局性的工作。缺乏全局性的工作。当时出版的无机化学教科书当时出版的无机化学教科书,几乎都是无机化学的实几乎都是无机化学的实验资料库验资料库,是纯粹描述性的无机化学。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无机化学专业的教育和培养方面也很薄弱,只在大只在大学一年级开设无机化学学一年级开设无机化学,缺乏必要的循环缺乏必要的循环,也无再提也无再提高的机会。教师只能高的机会。教师只能“存在、制备、性质、用途存在、制备、性质、用途”千篇一千篇一律，学生学起来枯燥乏味，认为律，学生学起来枯燥乏味，

5、认为“无机化学无机化学”就是就是“无理无理化学化学”，多不感到兴趣，因而有志于无机化学的人是寥寥，多不感到兴趣，因而有志于无机化学的人是寥寥无几。无几。第一节 无机化学的沿革与复兴二次世界大战及以后二次世界大战及以后 :无机化学复兴时期无机化学复兴时期 美国曼哈顿工程美国曼哈顿工程(原子能计划原子能计划 )极大地催化了无机化学极大地催化了无机化学的发展，使无机化学进入复兴时期。的发展，使无机化学进入复兴时期。原子反应堆新型无机材料同位素工厂现代分析分离方法粒子加速器超铀元素的合成无机化学理论：周期律理论、原子分子结构理论配位化学理论、无机热力学动力学理论第一节 无机化学的沿革与复兴 战后和平时

6、期，随着工农业生产的飞跃发展战后和平时期，随着工农业生产的飞跃发展,无机化学无机化学不仅在原有的天地中长进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且还不断渗透到其他各种学科而产生了新的边缘学科而产生了新的边缘学科,如如:有机金属化合物化学 无机固体化学 物理无机化学 生物无机化学和无机生物化学 自战后至今自战后至今,无机化学已从停滞萧条时期步入了一个无机化学已从停滞萧条时期步入了一个“柳暗花明又一村柳暗花明又一村”的黄金时期。的黄金时期。第二节 无机化学发展现状及趋势无机化学发展趋势无机化学发展趋势 无机化学与材料科学和生命科学的交叉、融合是无机化学当前的发展无机化学与材料科学和

7、生命科学的交叉、融合是无机化学当前的发展趋势。无机化学在合成和制备研究中，力求在发展新的合成方法及路线上趋势。无机化学在合成和制备研究中，力求在发展新的合成方法及路线上下功夫；强调运用分子设计和分子工程思想，推进新型化合物的合成及特下功夫；强调运用分子设计和分子工程思想，推进新型化合物的合成及特殊物质聚集状态的研究；重视无机功能材料的复合，组装与杂化；加强功殊物质聚集状态的研究；重视无机功能材料的复合，组装与杂化；加强功能性无机物质的结构与性能关系研究，开展介观和微观结构的理论研究；能性无机物质的结构与性能关系研究，开展介观和微观结构的理论研究；无机化学与生命科学的交叉要进一步深化研究的内涵，

8、突出无机物生物效无机化学与生命科学的交叉要进一步深化研究的内涵，突出无机物生物效应的化学基础研究；深化金属生物大分子、无机仿生过程及分子以上层次应的化学基础研究；深化金属生物大分子、无机仿生过程及分子以上层次生物无机化学基础研究。生物无机化学基础研究。20072007年度国家自然科学基金项目指南年度国家自然科学基金项目指南第二节 无机化学发展现状及趋势无机化学鼓励研究领域无机化学鼓励研究领域新型无机化合物的合成、反应、结构与性能；功能无机材料的设计及合成；理论无机化学；信息光电材料化学与原型器件；纳米化学基础；新型功能配合物；超分子组装、结构与性能；无机生物效应化学基础，无机仿生及金属生物大分

9、子研究；新型无机药物化学基础；放射化学基础；与其他相关学科交叉的研究领域。20072007年度国家自然科学基金项目指南年度国家自然科学基金项目指南第二节 无机化学发展现状及趋势 现代无机合成 配位化学原子簇化学 金属有机化学 稀土化学 生物无机化学 超分子化学无机固体化学 核化学和放射化学第二节 无机化学发展现状及趋势2.1 现代无机合成化学现代无机合成化学无机化合物涵盖周期表上碳以外各元素构成的物质，种类甚多，且各种无机物的合成方法差别较大，无机合成化学中未开拓的领域很多，新型无机物合成有很宽广的前途。发现一种新的合成方法或一种新型结构，将就有一系列新的无机化合物出现，如夹心式化合物、笼状、

10、簇状、穴状化合物等；而且很多无机化合物都具有特殊的功能，如激光发射、发光、高密度信息存储、永磁性、超导性、能源、传感等，均有广泛的应用前景。第二节 无机化学发展现状及趋势2.1 现代无机合成化学现代无机合成化学现代无机合成化学首先要创造新型结构，寻求分子多样性；同时应注意发展新合成反应、新合成路线和方法、新制备技术及对与此相关的反应机理的研究。注意复杂和特殊结构无机物的高难度合成，如团簇、层状化合物及其特定的多型体(polytypes)、各类层间的嵌插(intercalation)结构及多维结构的无机物。研究特殊聚集态的合成，如超微粒、纳米态、微乳与胶束、无机膜、非晶态、玻璃态、陶瓷。单晶、晶

11、须、微孔晶体等。在极端条件下，如超高压、超高温、超高真空、超低温、强磁场、电场、激光、等离子体等，可能得到多种多样的在一般条件下无法得到的新化合物、新物相和新物态。如在高真空、无重力的宇宙空间条件下的无机合成，可能会合成出没有位错的高纯度晶体。第二节 无机化学发展现状及趋势2.2 配位化学配位化学维尔纳(Werner)创立的配位学说是化学历史中的重要里程碑,他打破了以前的共价理论和价饱和观念的局限；建立分子间新型相互作用，展现出在这之前想不到的新领域。在Werner之后，有人研究配合物形成和它们参与的反应；有人则研究配位结合和配合物结构的本质。很快配位化学就成为无机化学研究中一个主要方向，成为

12、无机化学与物理化学、有机化学、生物化学、固体物理和环境科学相互渗透、交叉的新兴学科。依赖物理测试手段已经能定量地搞清楚配合物结构的细节结构：成键理论：1893年维尔纳提出主价和副价理论1930年鲍林提出价键理论1929年Bethe提出晶体场理论对晶体场理论的修正是配位场理论1935年VanVleck用MO理论处理了配合物的化学键问题第二节 无机化学发展现状及趋势2.2 配位化学配位化学()成键成键成键金属羰基化合物以及类似的配合物的研究也极大地推动了价键理论的发展；()协同成键方式丰富了配位成键的理论数据库;N2分子与CO是等电子体，由于结构上的相似性,N2也可和过渡金属生成分子氮配合物：N2

13、的端基配位N2的侧基配位镍锂双核N2配合物配合物形成和转化的动力学知识也获得了迅速的发展。利用经特别设计的配位体去合成某种模型化合物(配合物),用于研究配位反应的机理,确定反应的类型。动力学热力学已能准确测定或计算配合物形成和转化的热力学数据。第二节 无机化学发展现状及趋势2.2 配位化学配位化学第二节 无机化学发展现状及趋势2.2 配位化学配位化学配合物的类型迅速增加。从最初简单配合物和螫合物发展到多核配合物、聚合配合物、大环配合物；从单一配体配合物发展到混合配体配合物，从研究配合物分子到研究由多个配合物分子构筑成的配合物聚集体。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

14、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并展现出其广阔的应用前景。第二节 无机化学发展现状及趋势2.2 配位化学配位化学配位化学从60年代起就与生命科学结合，成为生物无机化学产生的基础。陆续发现配合物的良好催催化化作作用用在有机合成、高分子合成中发挥了极大作用。配位化学的另一个具有发展前景的领域是对具有特特殊殊功功能能配配合合物物（如光、电、磁、超导、信息存储等）的研究。CH3OHCOCH3COOHCH3ICOCH3COICH3OHHICH3IH2OCH3COIH2OCH3COOHHIO金属羰基化合物具有优异的催化性能。例如,

15、以前由甲醇和CO合成醋酸需要使用高压(650700)105Pa反应才能进行,目前使用一种铑羰基化合物Rh(CO)2I2作为催化剂可以在低压下使CO“插入”到甲醇中去: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。催化机理：甲醇与碘化氢作用生成碘甲烷；碘甲烷与Rh(CO)2I2作用生成六配位的铑的甲基配合物；甲基移动变为五配位的甲酰基配合物；五配位的甲酰基配合物加合CO变为六配位的化合物;六配位的化合物水解生成醋酸和铑的六配位氢配合物；铑的六配位氢配合物脱去碘化氢变为Rh(CO)2I2。磁性材料在现代社会生活中得到广泛应用。如工业上的磁力机械

16、,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。分子磁体的研究电荷转移型导电配合物最先报道

17、的电荷转移型导电配合物超分子是KCP:K2Pt(CN)4Br0.32.3H2O 它是个具有铜光泽的晶体。KCP所有的Pt原子都具有同样的非整数氧化态，Pt(CN)4柱沿着与Pt(CN)4平面相垂直的方向堆积，Pt的dz2轨道交叠形成一维通道，沿堆积方向的室温导电率高出垂直方向导电率约105倍。Pt的dz2的重叠而使电子离域化。在配位基团的周围存在的Br从d轨道接收非整数个电子，诱导出部分充填的能带从而导致产生高电导性。第二节 无机化学发展现状及趋势2.3 原子簇化学原子簇化学原子簇化合物的发现逐渐形成了一门新兴的化学分支学科原子簇化学，1976年W.N.Lipscomb因有机硼化合物结构研究而

18、获诺贝尔化学奖。20世纪70年代后由于化学模拟生物固氮、金属原子簇化合物的催化功能、生物金属原子簇、超导及新型材料等方面的研究需要，促使原子簇化学快速发展。建立了一些合成方法，并且用结构化学和谱学等实验手段了解了一些簇合物结构与性能的关联。在此基础上探求成簇机理，从理论上研究其成键能力和结构规律。原子簇化合物的定义原子簇化合物的定义原子簇化合物的定义原子簇化合物的定义如:B6H106个B原子共6318e,与6个端H用去6个，与4个桥H用去4个，余下1864=8e，存在6C-8e键。原子簇化合物本质特征就是存在离域的多中心键。第二节 无机化学发展现状及趋势1985年美国科学家R.E.Smalle

19、y和英国科学家H.W.Kroto首次在自然杂志上介绍了巴基球的研究后，立即吸引了世界各国许多科学家的注意。短短几年，这一新发现就发展成了原子簇化学的新研究领域富勒烯（fullerene）化学。C60、C70、C84以及它们的衍生物，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、容易接受和放出电子等。在巴基球中掺入碱金属K原子所形成的K3C60化合物，在低温下成为超导体，它是继氧化物超导体出现后的又一类很有前途的有机高温超导体，与氧化物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，容易制成线材，是一类极具研究价值的新型有机超导材料。C60C60的发现的发

20、现：1985年，H.W.Kroto等发现用激光束使石墨蒸发，用10大气压氦气产生超声波，在喷咀上生成性质十分稳定的一种新的碳的同素异形体-C60（Buckyball）C60C60的结构的结构：12个五元环，20个六元环，SP2杂化，性质十分稳定，抗辐射，抗腐蚀，易接受放出电子。C60C60的化学键的化学键：每个碳原子有三个键（含一个传统双键），位于一个五元环和两个六元环交叉点上，X射线分析表明有两种类型的C-C键，固体是面心立方晶格，每个晶胞边长14.2埃，每个C60球体形成的笼状空间内径为7.0埃;传统双键键长为1.30埃，传统单键键长为1.43埃（五边形与六边形共边的边长）。富勒烯及相关结

21、构富勒烯及相关结构对C60作过HMO计算，结果表明其共振稳定能大约是苯分子中每个碳原子的平均共振能的两倍。虽然在碳原子并非完全共平面的，会出现一些张力，但它的共振结构数高达12500，因而可以使体系稳定化。C60分子中键的总数为90个，有60个单键，30个双键。传统单键键能为348kJ/mol，传统双键键能为612kJ/mol。其平均键能436kJ/mol。已经制得C60-K和C60-Rb，两者在19、28摄氏度时为超导体，这些化合物的最简式K3C60和Rb3C60对对C C6060进行化学修饰，生成与进行化学修饰，生成与OsOs的配合物：的配合物：Os(O)Os(O)Os(O)Os(O)4

22、4 4 4(py)(py)(py)(py)2 2 2 2(C(C(C(C60606060)。9191年，年，HawkinsHawkins用此用此化合物得到化合物得到C60C60的的X X射线照片射线照片足球烯结构与性质足球烯结构与性质第二节 无机化学发展现状及趋势2.4 金属有机化学金属有机化学配位化合物配位化合物原子簇原子簇化合物化合物有机金属有机金属化合物化合物有机金属化学包括了为数众多的一大类化合物，它是有机和无机化学相互渗透的边缘领域，同时又是无机化学极其活跃的新兴领域之一。第二节 无机化学发展现状及趋势2.4 金属有机化学金属有机化学 金属有机化学又称有机金属化合物化学，这是一类金属

23、离子与有机化合物作用形成的M-CM-C键键的具有特殊结构和特定催化作用的一类化合物。1A，2A，3A，5A及所有过渡金属均能形成M-CM-C键键化合物。世界上第一个公认的有机金属化合物是1827年发现的Zeise盐KPtCl3(C2H4)，但直到1952年二茂铁的结构被测定，这类化合物才被人们重视。第二节 无机化学发展现状及趋势2.4 金属有机化学金属有机化学 近30年来，数以万计的有机金属化合物被发现，有6人获得Nobel奖的。德国人Karl Ziegler和意大利人Giulio Natta发现了烯烃的立体有择聚合能被烷基铝烷基铝-过渡金属卤化物过渡金属卤化物所催化而获得1963年的Nobe

24、l奖，又如英国的Wilkinson等发现环戊环戊二烯基金属化合物二烯基金属化合物（二茂铁）获1973年Nobel奖。二茂铁 二苯铬 二环辛四烯基铀结构特点：结构特点：夹心三明治（夹心化合物），富电子，强键结合，性质稳定，能发生亲电取代反应。第二节 无机化学发展现状及趋势2.5 稀土化学稀土化学稀土是中国的丰产元素，世界稀土资源的80在中国，稀土包括原子序数5771的15个元素，再加元素周期表同属Ill副族的钪和钇，共计17个元素。稀土元素外层电子结构基本相同；而内层电子结构4f电子能级相近。20世纪经过大量的研究工作，发现稀土在光、电、磁、催化等方面具有独特的功能。如含稀土的分子筛在石油催化裂

25、化中可使汽油产率大大提高；硫氧钇铕在电子轰击下产生鲜艳的红色荧光，可使彩电的亮度提高1倍；稀土永磁材料用于电机制造，可缩小体积，做到微型化和高效化；在高温超导材料中也缺不了稀土元素；稀土元素在农业生产上有增产粮食的作用等。因此研究稀土元素的性质和功能在21世纪将具有重大的科学意义和应用前景。第二节 无机化学发展现状及趋势2.5 稀土化学稀土化学稀土元素由于外层电子结构基本相同，使分离单一稀土元素就相当困难。目前虽有离子交换法、络合萃取法等分离方法，但生产单一稀土元素的成本是很高的，因此稀土元素本身的化学工作还需深入研究，有待获得单一稀土元素的快速简易的好方法。同时稀土元素作为材料研究，在激光、

26、发光、信息、永磁、超导、能源、催化、传感、生物等领域将会作为主攻方向。第二节 无机化学发展现状及趋势2.6 生物无机化学生物无机化学生物无机化学又叫无机生物化学。生物化学不仅是有机化学苦心经营的成果，在本质上同时也是金属及其他许多无机元素的化学。金属离子在许多生命过程中扮演着十分重要的角色。如在血红蛋白、肌红蛋白、维生素B12辅酶、细胞色素C以及铜蓝蛋白等几十种金属酶和金属蛋白中，铁、钴、铜等许多过渡金属离子在各种生命过程中均起着关键性的作用。第二节 无机化学发展现状及趋势2.6 生物无机化学生物无机化学 研究金属离子在生命体中的生理生化行为，是目前十分重要的研究领域。如：血红素，细胞色素，叶

27、绿素，维生素，铁蛋白，钼铁蛋白，锌蛋白，硒蛋白，钙调蛋白及几十种重要的金属酶的结构与存在形式，生理生化功能，毒副作用等。高自旋亚铁脱氧 低自旋正铁氧合 Fe-N 218pm Fe-N 201pm第二节 无机化学发展现状及趋势2.6 生物无机化学生物无机化学肌红蛋白的结构肌红蛋白的结构,Fe被多肽链包围被多肽链包围血红蛋白的血红素血红蛋白的血红素第二节 无机化学发展现状及趋势2.6 生物无机化学生物无机化学生物无机化学是最近一二十年才迅速发展起来的一门无机化学与生物化学之间的边缘学科。生物无机化学研究的范围很广，一方面，它应用无机化学（特别是配位化学）的理论原理和实验方法研究生物体中无机金属离子

28、的形态和功能，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；另一方面，又要研究如何应用上述原理和规律为人类服务，特别是为人类的健康服务。第二节 无机化学发展现状及趋势2.6 生物无机化学生物无机化学应用研究方面：抗癌药物（顺铂），稀土放疗，艾兹病（杂多酸），营养滋补品（各类补钙、铁、锌、锗、硒制剂）。生物无机化学是配位化学、生物化学、医学、营养化学、环境科学等学科相互渗透互相融合的产物。第二节 无机化学发展现状及趋势2.6 生物无机化学生物无机化学生物无机化学是近年来自然科学研究领域中十分活跃的一个新学科。例如，微量元素与人体健康的问题是世界各国普遍关心的问题，也是生物无机化学研

29、究的重点课题。新近发现，许多无机元素在人体中具有极其重要的作用。例如缺硒与“克山病”的联系；铜的超氧化物歧化酶（SOD）可清除人体中超氧离子的功能；钒与人体中胰岛素的作用有密切关系；治癌药物“顺铂”一类配合物的发现；亚硝胺的致癌作用；铝与老年痴呆症的联系等一系列的发现都是该领域重要的研究成果。2003年的诺贝尔化学奖授予在细胞离子跨膜过程研究中作出重要贡献的两位科学家，也是属于生物无机化学领域的。第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学超分子化学（supramolecularchemistry）是近年来在一些交叉学科中产生的边缘学科。从分子化学到超分子化学标志着化学的发展进入

30、了一个新的历史阶段。所谓超分子，用诺贝尔化学奖得主法国化学家J.M.Lehn的话说，就是“超越分子概念的化学”，它是指两个以上的分子以分子间作用力所形成的有序聚集体的化学。第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学如果说在主客体化学阶段有机和无机型体还有主人、客人之分的话，到了超分子化学阶段，“有机和无机便是平等的伙伴”了。分子识别、转换和传输是超分子物种的基本功能。通过分子组装形成超分子功能体系，是超分子化学的目标之一。生命的奥秘和神奇不是由于特殊的结合力、特殊的分子和分子体系，而是存在于特殊的组装之中，因此超分子的研究与生命科学的发展密切相关。将有机和无机物种巧妙地组合起来

31、，可以获得具有特殊功能的分子体系分子器件。超分子化学不仅涉及无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高分子化学，而且还涉及材料、信息和生命科学。近10多年来，超分子化学的研究在国际上得到了长足的发展。第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学超分子体系的化学键：超分子体系的化学键：超分子体系都是由非键态和配键态组成的，既有部分选择性范德华力性质，又有部分共价键性质。超分子体系内部相互作用表现出强烈的选择性强烈的选择性（电子结构选择性、立体结构选择性和轨道对称选择性）。集团间构成选择性相互作用，主客体化学，分子识别；如分子配合物，如I2-淀粉分子、H3NBF3；分子-表面化学吸附

32、体系，如N2与铁触媒的催化活性中心所构成的体系；氢键体系，如H2S-H2O体系；生物大分子体系，如DNA、酶-底物。超分子体系超分子体系：靠范德华力形成的分子间聚集体，有下面几种第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学 “超分子化学”的概念是由法国的莱恩于1978年提出来的，并于1987年荣获诺贝尔化学奖。超分子有人也称为泛分子。莱恩从对阳离子透过生物膜的现象及其化学模拟感的研究入手，自从1967年开始从事穴醚及其配合物、分子识别、分子催化和分子动态学等方面的研究工作，取得一系列创新性成果，超分子化学，主要目的是研究组装过程及组装体，并通过分子组装形成超分子功能体系。主客体化

33、学及分子识别、组装与自组装。目前超分子体系主要有冠醚、环糊精、杯芳烃等。第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学第一代超分子体系冠醚第一代超分子体系冠醚第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学第二代超分子体系环糊精第二代超分子体系环糊精第二节 无机化学发展现状及趋势2.7 超分子化学超分子化学第三代超分子体系杯芳烃第三代超分子体系杯芳烃第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学无机固体化学无机固体化学与材料密切相关，功能材料是现代文明的第一大支柱，功能材料包括超导材料、永磁与磁光记录材料、光学材料、贮能材料、陶瓷材料与纳米材料等。无机固体

34、的缺陷无机固体的缺陷：固有缺陷固有缺陷（Schottky缺陷,Frenkel缺陷)非整比缺陷非整比缺陷 本征缺陷本征缺陷（intrinsic defect)由物质本身的结构形成 杂质缺陷杂质缺陷（extrinsic defect)由外来引入的杂质形成无机固体的制备方法无机固体的制备方法：水热法、提拉法、区域熔炼法、气相输运法等本征点缺陷Shottky缺陷空位原子 第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学1、20世纪初，荷兰物理学家Heike发现汞在液氦温度下具有零电阻（即超导性）。2、1986年苏黎世Bednory和Muller发现镧钡铜的复合氧化物在30K下具有超导性。

35、并于1987年获Nobel奖。3、1987年，美籍华人朱经武宣布制得90K（液氮）下超导体。4、2周后，中科院赵忠贤等宣布得到110K下的YBaCuO超导体。5、以后YBa2Cu3O7-x（钙钛矿型结构缺陷缺陷）系列超导体的临界温度进一步提高。6、目前超导材料已经进入实用阶段。我国已开始应用。1、超导材料、超导材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学应用于计算机及其相关外设、传动及电机方面。主要有稀土与过渡金属构成的金属互化物，钐-钴（SmCo5、Sm2Co17）、铈-钴（Ce2Co17）系列合金。近年来有人在SmCo5的原子空隙中引入N原子形成SmCo5 Nx,改善

36、了磁性能和各向异性。传统的Nd-Fe-B系列永磁材料的性能也有较大改善。稀土磁制冷技术（Gd5(SiGe1-2)）比传统气体循环制冷技术具有更大的致冷效率磁泡存储器。稀土-铁榴石单晶作为磁泡元件，磁泡的有无对应于2进制信息。移动磁泡排列存储信息的移位寄存式存储器磁泡直径小，存储密度高（(SmLuBi)3(FeSc)5O12膜）。光-磁存储器。光磁存储器特点：1、容量大（108bit/cm2）,2、随机存取，3、存取时间短，4、可以改写信息，5、磁光头无接触。这类材料主要是GdTbFe非晶态薄膜。2、永磁与磁光记录材料、永磁与磁光记录材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体

37、化学由稀土金属氢化物组成的电子导体，如EuH、GaH等，这类化合物薄片随着导电性的改变其光学性质也会发生引人注目的改变，即从以二氢态存在的具有高反射性的金属变为以三氢态存在的透明的半导体，并可由其组成来控制，由于其导电性和光效应是可逆的，有可能用于将来新的光学设备。利用稀土制备的时间光学存储器Y2SiO5:Eu3+，在超稳定激光器的作用下，能够实现多次读写，克服了掺稀土晶体的烧孔效应，展现了其在光学存储材料中的良好的使用前景。在汉堡的电子同步加速器同时观察到了稀土元素f-d发射的自旋允许和自旋禁阻的电子跃迁，这对于突破人们对镧系真空紫外能级的认识上的局限，从而为设计真空紫外条件下量子效率大于1

38、00%的更高的新型荧光材料提供了实验和理论基础，为真空紫外等离子显示屏的开发应用铺平了道路。3、光学材料、光学材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学苏勉曾等用均相沉淀法在水溶液中合成了氟氯化钡铕()，经过处理后制得无余辉、发光性能良好的多晶体。制成的高速增感屏，已被全国2000所医院使用。1983年，苏勉曾等在系统研究氟卤化物的X-射线发光及紫外发光现象的过程中，发现了BaFX：Eu2+晶体经X-射线辐射后着色的现象，并于1984年开始研究晶体的X-射线诱导的光激励光现象及发光机理，用光激励发光材料制成了图像板。苏镪等用溶胶-凝胶-凝胶法合成一系列的稀土硅酸盐和铝酸

39、盐等固体纯相发光材料。用燃烧法合成了发蓝光的多铝酸盐BaMgAl10O17：Eu2+和发绿光的Ce0.57Tb0.33MgAl12O20.5荧光体，该法具有反应时间很短，不需要还原性气氛保护，使用炉温从15000C降到6000C，节能效果显著等优点；苏镪等还根据观察到有关Dy3+的发光规律和敏化方式，合成一些掺Dy3+的发白光的材料，制成光通量超过我国部颁标准的汞灯。3、光学材料、光学材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学 镧-铈合金最早用于打火石。现在则用压电陶瓷打火。稀土氢化物的早期应用是在储氢材料储氢材料方面，LaNiLaNi5 5是最先应 用的AB5类储能电

40、极材料。目前研究开发的各种锂离子电池电极材料。超级电容器电极材料等。4、贮能材料、贮能材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学陶瓷材料分为两大类：陶瓷材料分为两大类：功能陶瓷：功能传感器，压敏，光敏，声敏，热敏，压电结构陶瓷：SiN,SiC,ZrO,BN,具有高耐磨性，高强度。5、陶瓷材料、陶瓷材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学纳米材料纳米材料又称超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子一般是指尺寸在1 1100nm100nm间间的粒子，是一种典型的介观系统介观系统，它具有表表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应面效应、小尺寸效应和宏观量

41、子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。6、纳米材料、纳米材料第二节 无机化学发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学碳纳米管是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。材料很轻结实。密度是钢的1/6，强度是钢的100倍。做防弹背心。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。碳纳米管 纳米陶瓷 光刻技术的微米尺寸的微机械奇妙的碳纳米管奇妙的碳纳米管第二节 无机化学

42、发展现状及趋势2.8 无机固体化学无机固体化学按照意愿在纳米尺寸下自由地剪裁材料的技术被称为纳米加工技术。它是纳米科学的重要基础，也包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。例：纳米的孔或线里的原子的扩散，纳米尺度内相互运动时的摩擦在纳米世界内，所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。左图：放在指尖上的400支排列整齐的无痛型微型针右图：纳米金属铜的超延展性 纳米加工技术纳米加工技术第二节 无机化学发展现状及趋势2.9 核化学和放射化学核化学和放射化学20世纪上半叶，从发现放射性元素、核裂变、人工放射性，到核反应堆的建立，核爆炸的毁灭性破坏等，核化学和放射化学一直是十分活跃和开创性的前沿领域。

43、到后半个世纪，由于核电站和核武器发展的需要，核化学和放射化学转向以生产和处理核燃料为中心，自身的科学研究和新的发现相对减少。放射性同位素和核技术在分析化学、生命科学、环境科学、医学等方面紧密结合，使其应用和交叉研究蓬勃发展起来。从目前的动向看，核化学和放射化学的发展主线大体有如下几方面：（1）超重元素“稳定岛”能找到吗？（2）核医学和放射性药物（3）核分析技术将以其高灵敏度等优点向纵深发展第三节 现代无机化学发展特点 从宏观到微观 从定性描述到定量化方向发展 静态与动态（过程）相结合 既分化又综合，出现许多边缘学科第三节 现代无机化学发展特点3.1 从宏观到微观从宏观到微观20世纪的无机化学进

44、入到物质内部深层次的研究阶段，也即进入了微观水平的研究阶段。人们现在不只研究无机化合物的宏观性质，而且更重视物质的微观结构的研究，即原子、分子内部结构特别是原子、分子中电子的行为和运动规律的研究，从而建立了以现代化学键理论为基础的化学结构理论体系。与此要求相适应，现代的许多新的研究方法，例如光谱学的、能谱学的、磁学的以及地射线晶体学的方法也都是在分子水平上进行研究工作的。现代无机化学不再是“无理”化学，而是既有翔实的实验资料又有坚实的理论基础的完全的科学。第三节 现代无机化学发展特点3.2 从定性描述到定量化方向发展从定性描述到定量化方向发展现代无机化学尤其是理论无机化学和结构无机化学，已普遍

45、应用线性代数、群论、矢量分析、拓扑学、数学物理等现代的数学理论和方法，并且应用电子计算机进行科学计算，对许多反映结构信息及物理化学性能的物理量进行数学处理。这种数学计算又与高灵敏度、高精确度和多功能的定量实验测定方法相结合，使对无机化合物性质和结构的研究达到了精确定量的水平。第三节 现代无机化学发展特点3.3 静态与动态（过程）相结合静态与动态（过程）相结合合成结构表征和测定的研究模式属于静态结构研究模式，为人们留下一大批新的化学物质的资料，是化学界的重要财富。化学作为研究物质化学变化的科学，也重视化学反应过程的研究，但由于方法和思路的限制，化学反应历程的早期研究仅限于小分子参与的宏观动力学研

46、究，且只能研究速率较慢的简单反应。停留技术及各种快速检测和收集数据的手段才使人们有可能研究快速反应过程。近年来把微观概念引进反应过程研究的微观反应动力学有了重大突破。形成现代化学的一个热点。第三节 现代无机化学发展特点3.4 既分化又综合，出现许多边缘学科既分化又综合，出现许多边缘学科20世纪的无机化学一方面是加速分化，另一方面却又是各分支学科之间的相互综合、相互渗透，形成了许多新兴的边缘学科。如：无机化学有机化学有机金属化合物化学生物化学无机化学（配位化学）生物无机化学固体物理无机化学无机固体化学无机化学高分子化学无机高分子化学 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

47、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研究对象。因此无机化学的研究任务异常繁重,但同时也说明它是一门丰富多彩具有无限发展前途的学科。高等无机化学课程论文内容：内容：无机化学前沿领域要求：要求：撰写不少于3000字的课程论文其中引用2006年文献不少于3篇 准备ppt报告时间：时间：课程结束前三周安排报告及提交课程论文第2章 分

48、子对称性和群论基础n 掌握五种独立的对称操作及其对称元素n 掌握群的概念及其基本性质n 掌握点群的概念及化学中的重要点群n 了解对称性及群论在无机化学中的应用目标&要求什么是对称性？什么是对称性？是是指指一一个个物物体体包包含含若若干干等等同同部部分分，这这些些部部分分相相对对（对对等、对应）而又相称（适合、相当）。等、对应）而又相称（适合、相当）。什么是分子对称性？什么是分子对称性？如如果果分分子子各各部部分分能能够够进进行行互互换换，而而分分子子的的取取向向没没有有产产生可以辨认的改变，这种分子就被说成是具有对称性。生可以辨认的改变，这种分子就被说成是具有对称性。引言 分分子子的的对对称称

49、性性是是分分子子的的固固有有基基本本性性质质。因因此此利利用用对对称称性性原原理理探探讨讨分分子子的的结结构构和和性性质质，是是人人们们认认识识分分子子的的重重要要途途径，是了解分子结构与性质的重要方法。径，是了解分子结构与性质的重要方法。对称性的概念和原理对化学研究的重要性表现为：对称性的概念和原理对化学研究的重要性表现为：能简明地表达分子的构型能简明地表达分子的构型 可简化分子构型的测定工作可简化分子构型的测定工作 可帮助正确地了解分子的性质可帮助正确地了解分子的性质 能够指导化学合成工作能够指导化学合成工作引言(1)能简明地表达分子的构型能简明地表达分子的构型 例例如如Ni(CN)42属

50、属于于D4h点点群群，用用D4h符符号号可可以以简简洁洁、准准确确地地表表明明9个个原原子子处处于于同同一一平平面面，Ni原原子子在在离离子子的的中中心心位位置置，周周围围4个个CN完完全全等等同同，MCN都都是是直直线线形形，互成互成90o。引言(2)可简化分子构型的测定工作可简化分子构型的测定工作 将将对对称称性性基基本本原原理理用用于于量量子子力力学学、光光谱谱学学、X射射线线晶晶体体学学等等测测定定分分子子和和晶晶体体结结构构时时，许许多多计计算算可可以以简简化化，图图像像更为明确。更为明确。引言(3)可帮助正确地了解分子的性质可帮助正确地了解分子的性质 分分子子的的性性质质由由分分子