無機合成化學第一章緒論2學時課件

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美國化學科學機會調(diào)查委員會等權(quán)威機構(gòu)編著的《化學中的機會》一書指出：

“化學是一門滿足社會需要的中心科學?！薄拔覀円攵枚嘈?，就要能做得多些，所以合成是化學家的看家本領”。

從科學發(fā)展的角度來看，美國著名化學家StephenJLippard，1998年在探討化學的未來25年時有一段精彩的講話：“化學最重要的是制造新物質(zhì)。化學不但研究自然界的本質(zhì)，而且創(chuàng)造出新分子、新催化劑以及具有特殊反應性的新化合物?；瘜W學科通過合成優(yōu)美而對稱的分子，賦予人們創(chuàng)造的藝術(shù)；化學以新方式重排原子的能力，賦予我們從事創(chuàng)造性勞動的機會，而這正是其它學科所不能媲美的?！彼裕铣苫瘜W是化學學科當之無愧的核心，是化學家改造世界、創(chuàng)造未來最有力的手段。

中國科學家打造鉑金“納米皇冠”世界首創(chuàng)

2003年2月10日出版的國際著名化學期刊《德國應用化學》，報道了中國科學院化學所高分子物理與化學國家重點實驗室于澍燕研究員領導的研究小組，運用分子自組裝技術(shù)打造出了一頂大小在納米尺度的形狀類似皇冠的“納米皇冠”。

C60(足球烯、富勒烯)簡介

結(jié)構(gòu)：60個碳原子構(gòu)成近似于球形的32面體，即由12個正五邊形和20個正六邊形組成。每個碳原子以sp2.28雜化軌道與相鄰三個碳原子相連。剩余的P軌道在C60和

碳納米管納米半導體材料太陽電池材料光子帶隙材料硅單晶材料分子篩碳-碳復合材料高能燃料人造金剛石

無機-有機電荷轉(zhuǎn)移鹽[(SCH3)4TTF]4PMo12O40

YBa2Cu3O7－x屬于有“缺陷”的鈣鈦礦型的結(jié)構(gòu),鈣鐵礦結(jié)構(gòu)中Ti的位置被Cu所占據(jù),而Ca的位置換成了Ba和Y,結(jié)構(gòu)中一些氧原子從本應出現(xiàn)的位置上消失。正是這種“缺陷”結(jié)構(gòu)使其具有超導性。

▲1988年朱經(jīng)武和吳茂昆發(fā)現(xiàn)類似的混合氧化物“一、二、三”化合物(YBa2Cu3O7－x

,x≤0.1)在95K顯示超導性。

三核錳配合物，其中有一個μ3－O氧橋聯(lián)雙核鐵配合物雙核錳配合物配合物一.無機合成化學的開展及其地位1.開展無機合成是無機化學的一個重要分支，是無機化學開展的一個前沿陣地。第一章

緒論2學時

無機合成化學是無機化學的一個重要分支，它是研究無機物和無機材料的制備與合成的原理、方法和技術(shù)（包括鑒定技術(shù)）的一門學科。就合成方法而言，無機合成包括經(jīng)典合成方法、軟化學和綠色合成方法、特殊合成方法、極端條件下的合成方法。就合成對象而言，典型無機材料的合成及典型無機化合物的合成等。

當然，新材料的設計、合成方法的改進也是無機合成化學研究內(nèi)容。2.歷史石器、陶器、銅器、鐵器時代至現(xiàn)代，均以無機材料作為劃分時代的標志。成就舉例：公元二世紀〔東漢〕現(xiàn)存最古老煉丹文獻出現(xiàn)公元七世紀〔唐代〕火藥20世紀50年代初無機固體造孔合成技術(shù)的進步→分子篩催化材料→石油加工與石化工業(yè)近期納米制備與合成技術(shù)團簇的合成與組裝技術(shù)〔C60〕復合氧化物型超導體的合成

3.地位

現(xiàn)代無機合成不僅只局限于昔日傳統(tǒng)合成，而且包括了制備與組裝化學，已成為推動無機化學及有關學科發(fā)展的重要基礎。它在現(xiàn)代人類的衣食住行、生存環(huán)境的保護和改善，以及國防現(xiàn)代化等方面都起著極其重要的作用。二.無機合成與無機新材料1.無機合成的主要任務

提供高新技術(shù)發(fā)展所需要的日益增多的新型無機材料。2.無機材料的特點

多為兼有離子鍵和共價鍵的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)點：硬度大、強度高、熱穩(wěn)定性好、抗化學腐蝕、絕緣性良好缺點：質(zhì)脆3.幾種典型功能無機材料介紹(1)電磁功能材料

高絕緣性：BeO（高純度致密燒結(jié)體）散熱性絕緣底板介電性：BaTiO3(高純度致密燒結(jié)體、單晶體）電容器壓電效應：ZnO（定向型薄膜）超聲波元件、電子電路聲納等磁光效應：γ-Fe2O3（針狀粉末）磁帶

(2)強度功能材料

Si3N4、SiC（致密燒結(jié)體）渦輪葉片

(3)光學功能材料

透光性：Al2O3（透光性致密燒結(jié)體）高壓鈉蒸汽燈、防霧障玻璃等

紅外線反射性：SnO2（涂布膜）可視透光紅外線

導光性：SiO2（高純度纖維）光導纖維

電-光效應：ZnO、ZnS、GaAs、LiNbO3等電致、場致、光致發(fā)光，光調(diào)制開關器〔4〕熱功能材料耐熱性：ThO2〔致密燒結(jié)體〕耐熱構(gòu)造材料絕熱性：CaO?nSiO2〔多孔物質(zhì)〕輕質(zhì)絕熱體傳熱性：BeO〔高純度致密燒結(jié)體〕絕緣底板〔5〕生化功能材料仿生物骨材：Al2O3?Ca5(F,Cl)P2O12人工齒、仿生陶瓷載體性：SiO2〔孔徑控制多孔物質(zhì)〕催化劑載體催化劑：K2O?nAl2O3〔多孔燒結(jié)體〕耐熱性催化劑4.無機材料與科技開展

相互依存，相互促進(1)能源開發(fā)“能源危機〞“開源節(jié)流〞要求質(zhì)量高的材料以適應新的發(fā)電技術(shù)和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)(2)空間技術(shù)航天器要求耐高溫材料、高溫構(gòu)造材料、燒蝕材料和涂層材料(3)電子技術(shù)固體電子器件需要半導體材料、高頻絕緣材料、熒光材料、場致發(fā)光材料、襯底用材料及大尺寸、高完整性單晶和薄膜單晶。(4)激光技術(shù)方興未艾、應用廣泛需要轉(zhuǎn)換效率高、尺寸大、質(zhì)量均勻的電光、聲光、磁光、非線性光學晶體和化合物半導體。(5)光電子技術(shù)光通訊、光信息處理和顯示三方面需要電光、聲光、非線性光學晶體，光導纖維、感光存儲介質(zhì)和發(fā)光材料。(6)紅外技術(shù)應用廣泛需要對紅外波段敏感、具有透過和反射性能的各種材料?？傊S著科學技術(shù)開展，對開展新型無機功能材料提出更高要求，其反過來也推動了科技進步。1.課題提出由國家或企業(yè)提出，或自選課題。2.可行性論證查閱資料，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平及存在問題。提出解決思路、方案、經(jīng)費預算。工程負責人作可行性論證報告，提請領導機關或同行專家審查。三.無機合成研究的一般程序與步驟

3.開展研究，組織攻關最艱辛階段，要細心觀察、勤于思索、敢于拼搏、鍥而不舍。4.整理數(shù)據(jù)，書寫論文或研究報告“創(chuàng)新〞，數(shù)據(jù)詳實可靠，格式標準。

1.無機合成化學與反響規(guī)律問題

為開展深入研究，需具備堅實、廣闊的合成化學根底，包括化合物的物理和化學性能、反響性、反響規(guī)律和特點，與構(gòu)造化學間的關系，及熱力學、動力學等根本化學原理和規(guī)律的運用等等。

四.無機合成的幾個基本問題（思想方法）一些主要類型的無機化合物或材料，如合金，金屬陶瓷型二元化合物〔如C、N、B、Si化合物〕，酸、堿和鹽類，配位化合物，金屬有機化合物，團簇與原子簇化合物，多聚酸和多聚堿及其鹽類，無機膠態(tài)物質(zhì)，中間價態(tài)或低價化合物，非化學計量比化合物，無機高聚物以及標記化合物等等的一般合成規(guī)律和合成路線的根本模式須有所了解，以利于合成路線的理解與設計，減少選擇中的盲目性。2.無機合成中的實驗技術(shù)和方法問題固相反響或界面反響高溫或高溫高壓特種構(gòu)造和功能外表或界面超高真空〔固體催化材料、電極材料〕低價態(tài)化合物和配合物無氧無水晶態(tài)物質(zhì)“造孔〞反響中壓水熱合成非金屬間化合物合成、提純低溫真空另外，放電和光化學合成、電氧化復原合成、溶膠-凝膠技術(shù)、CVD技術(shù)、單晶合成和晶體生長技術(shù)、放射性同位素合成等，還有半微量和微量合成技術(shù)。

3.無機合成中的別離問題合成與別離是兩個嚴密相連的問題。無機材料既對組成又對構(gòu)造有特定要求，因而別離方法更多更復雜一些。傳統(tǒng)常規(guī)方法：重結(jié)晶、分級結(jié)晶和分級沉淀、升華、分餾、離子交換和色譜別離、萃取別離等。特種別離方法：低溫分餾、低溫分級蒸發(fā)冷凝、低溫吸附別離、高溫區(qū)域熔融、晶體生長中的別離技術(shù)、特殊的色譜別離、電化學別離、滲析、擴散別離等。4.無機合成中的構(gòu)造鑒定和表征問題常規(guī)組成分析：X衍射儀、元素分析儀、綜合熱分析儀、各類光譜如可見、紫外、紅外、拉曼、順磁、核磁等。特種檢測方法：LEED〔低能電子衍射〕、AES〔俄歇電子能譜〕、ESS〔低速離子散射光譜〕、HREMS〔高分辨電子顯微鏡〕、MAS-NMR〔固體魔角自旋核磁共振儀〕及晶體粉末的XRD構(gòu)造分析等。1.文獻查閱的范圍和深度，決定于研究工作的對象。假設系統(tǒng)研究一類化合物或開拓新領域的合成以至新合成方法系統(tǒng)研究，須全面充分查閱文獻?！财诳?、網(wǎng)絡等手段〕假設合成一種化合物，可粗略些，可查其性質(zhì)及幾種合成方法，比較選擇適宜反響條件，試劑用量。五.無機合成化學有關的專著和文獻2.一些主要有關文獻(1)無機合成〔InorganicSyntheses〕叢書〔有電子版〕McGraw-Hill圖書公司出版，美國化學會組織編寫，南開大學，申泮文譯。介紹性質(zhì)、保存、分析方法及合成方法，附參考文獻按周期表順序排列。主要缺點：內(nèi)容不全。(2)蓋墨林無機化學手冊〔GmelinsHandbuchderAnorganichenChemie〕第1版由德國化學家L.格麥林主編，今朝的第8版，始編于1922年,由德國化學會認真編纂。為了眷念該手冊的首創(chuàng)人，遂改為現(xiàn)名。這是一個最完整的版本。與貝爾斯登有機化學手冊和柯克·奧斯曼化學工藝學大全被喻為世界三大化學和工藝學方面的權(quán)威性工具書。按元素排列，每個或每類元素均有一個系統(tǒng)號,按稀有氣體→非金屬→金屬順序排列，共有71個系統(tǒng)號。

(3)墨克索引〔TheMerckIndex〕美國MarthaWind主編主要介紹金屬有機化合物性質(zhì)及合成較簡單，入門和指南的作用(4)無機化學制備手冊〔HandbookofpreparativeInorganicChemistry〕〔有電子版〕德國G.Brauer編，按族分類，第二版，何澤人編譯第一篇介紹無機物質(zhì)一般制備方法第二篇介紹各種元素、單質(zhì)和化合物，有千種以上，可靠性較差(5)無機化合物合成手冊〔有電子版〕日本化學會編，曹慧民等譯。介紹英文名稱、分子式/量、物化性質(zhì)、合成提純方法、本卷須知。比較可靠。(6)化學文摘〔ChemicalAbstracts,CA〕1907年創(chuàng)刊，1967年至今，光盤檢測亦可文獻來源廣泛、齊全，收集世界各國著名的期刊、專利、會議文獻等幾萬種。不可缺少，必須熟悉!(7)GB中國國家標準匯編中國標準出版社編輯部編1984年出版收集1982年12月31日前國家標準，各類化工產(chǎn)品檢驗標準及分析方法。我國技術(shù)標準分三類：國家標準GB部頒標準如HG為化工部企業(yè)標準Q每個標準都有順序號和頒發(fā)年月。例：YB814-75，冶金部第814號標準，1975年公布。另：美國國家標準〔ANST〕、日本工業(yè)標準〔JIS〕等。假設上述方法都查找失敗，那么此化合物可能是近2～3年內(nèi)才被制得或發(fā)現(xiàn)的，可查找近年出版的多種雜志，找到一篇文章可追溯開來。小