无机化学

绪

论

二○一二年八月

寄 语• 祝各位同学： 在迈入大学的第一个学期目标明，学业成 !

愉快而充实的度过人生中最美好的大学时光！ 在大学里，会学、乐学加真学！ 在竞争与挑战面前冲向同仁们前面！ 珍惜这段最重要的经历，确立更高的人生奋斗目标 不断的努力，不断的进取， 为人生的辉煌积淀坚实 的力量！

设置的问题

1 化学的发现现状、发展趋势如何 ?

2 化学的发展对社会发展、经济繁荣和科技 进步有何重要作用 ?

3 无机化学在化学科学中的地位和作用 ?

§ 1-1 化学是研究物质变化的科学一切自然科学都以客观存在的物质世界作为它考察和研究的对象

化学研究什么 - 物质

何谓物质

宇观物质

宏观物质

微观物质

宇观

1—1 化学研究的对象与内容

21 世纪化学研究的对象 -泛分子十个层次• ①原子层次；• ②分子片层次；• ③结构单元层次；• ④分子层次；• ⑤超分子层次；• ⑥高分子层次；• ⑦生物分子层次；• ⑧原子和分子的介观聚集体层次（纳米层次）；• ⑨原子和分子的宏观聚集体层次； • ⑩复杂分子体系及自装体层次• （分子器件、分子芯片、分子机器。

21 世纪化学研究的十个内容• ①合成与反应；• ②分离与纯化；• ③分析与表征；• ④物理、化学性质及功能；• ⑤分子组装与自组装（分子剪裁、构筑与修饰）；• ⑥结构、构型、构象与手性；• ⑦粒度、形状与形貌；• ⑧生物与生理活性；• ⑨上述各方面间的相互关系； • ⑩上述各方面的应用。

1—2 研究化学的目的1 化学的作用和地位

(1) 化学仍是解决食物和健康问题的主要学科之一 粮食安全：高效肥料、杀虫剂 食物安全：各种绿色添加剂(2) 化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用 合理利用化石能源 开发新能源(3) 化学将继续推动材料科学发展 微电子材料、超导材料、激光材料、 纳米材料、复合材料、 信息材料、 智能材料、记忆材料、 医用材料、 仿生材料(4) 化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障 环境化学、药物化学

化学是八大朝阳学科的中心学科

信息、生命、材料、环境

能源、地球、空间、核科学

2. 21 世纪化学学科发展的总趋势

预计 2l 世纪科学发展的趋势

各学科间纵横交叉，用以解决实际社会问题。

对于化学学科，其自身的继续发展与相关学科融合；

化学学科内部的分支的继续发展和作为整体发展相结合；

1—3 研究化学的方法

(1) 微观与宏观相结合(2) 定性与定量相结合(3) 静态与动态相结合(4) 分化与综合相结合(5) 复杂 简单 复杂(6) 与其他学科的交叉、渗透与融合

§ 1-2 化学发展简史

•2—1 古代化学

•2—2 近代化学的发展

•2—3 化学的现状

化学发展简史

2—1 古代化学

• （ 1 ）实用和自然哲学时期（ --- 公元前后）

• （ 2 ）炼金术、炼丹时期（公元前后—公元 1500

年）

• （ 3 ）医化学时期（公元 1500—1700 年）

• （ 4 ）燃素学说时期（公元 1700-1774 年）

1 、实用化学时期 公元前 3000年以前，原始社会及奴隶社会初期。以实用化学工艺为特征的。

为牧畜和农业生产，冶炼粗糙的实用金属工具。我国早在公元前 8000年新石器早期已开始陶器制造。 化学科学起源于几个古代科学文化发达的国家：中国、埃及、印度、美索不达米亚。在这些国家里早在公元前就发展了金属冶炼、陶瓷、染色等技术。

22 、原性说（公元前、原性说（公元前 30003000 年年 ~~公元公元 17001700 年）年）纪元前 希腊——水、火、空气和土 中国——“阴阳五行 ”印度——“水、土、火、气、以太、时间、空间、 灵魂和感觉

十五到十六世纪，炼金、炼丹时期 阿拉伯炼金家贾伯的思想——所有金属都是汞和硫的混和物。

十六世纪，医药化学时期 瑞士医药学家帕拉塞尔士 -万物都是由汞、硫、盐三种元素构成的

3 、燃素说（公元 1700~1774 ） 冶金的兴起使人们对燃烧现象发生了强烈的兴趣，1703德国化学家斯达尔 (Starl.G.E) 提出，思想为：

• 金属 – 燃素 = 矿灰 怎么解释金属失去燃素重量反而增加的现象，燃素学说支持者法国科学家文耐尔 (Venel.G) 提出：燃素与地心是相排斥的，具有负重量。 燃素学说统治化学界 100 余年，这种唯心的学说后来被拉瓦锡的氧化学说所推翻。

2—2 近代化学的发展

2—3 化 学 的 现 状一、化学研究的重大突破

1. 放射性和铀裂变的重大发现

约里奥 -居里夫妇 - 人工创造出放射性元素 -1935获诺贝尔化学奖。 1942 年在费米领导下成功地建造了第一座原子反应堆。

2.化学键和现代量子化学理论的建立

鲍林提出化学键理论 - 1945 年获诺贝尔化学奖。

现代化学进入分子的理性设计的高层次领域。

3. 创造新分子新结构 — 合成化学1912 年格林尼亚因发明格林尼亚试剂 [烃基卤化镁 (R-MgX)]

开创有机金属化合物新领域而获诺贝尔化学奖。

1989 年，哈佛大学的 Kishi 全合成 C145H264N4O78海葵毒素。该化合物有 64 个手性中心，中心的 7 个骨架内双键的分子，存在 271≈2×1021个异构体 ) 。

4. 高分子科学的建立和发展

1920 年德国施陶丁格提出高分子概念，创立高分子链型学说。

在此理论指导下塑料、纤维、橡胶三大合成材料得以发

展， 33 年后的 1953 年施陶丁格获得诺贝尔化学奖。

5. 化学动力学与分子反应动态学的发展 1956 年前苏联谢苗诺夫和英国欣歇尔伍德在化学反应机理

反应速度和链式反应方面的开创性研究而获诺贝尔化学奖。

美籍华人李远哲及美国赫希巴赫从微观角度发展了分子反应动态学，亦称态 --态化学，荣获 1986 年诺贝尔化学奖。

6. 分析科学的发展• 生命科学和计算机科技发展，分析化学继而可对物质多种状态、多维结构、多种形貌的组成与结构以及化学行为和生物活性做出瞬时追踪，无损和在线监测，观察微粒形态与排列。

• 1990 年的人类基因组计划 (HGP) ， DNA测序技术发展起来 2001 年提前完成。

二、化学基础研究推动下化学工业的大发展

1 、石油化工成为支柱产业

2 、三大合成材料时代

3 、化肥（农药）工业的巨大作用

4 、医药工业的大发展

三、化学各分支学科与边缘学科的建立

矿物化学、 土壤化学、 海洋化学、 药物化学、 能源化学、 大气化学、 宇宙化学、 星际化学、 化学信息学、 化学商品学、 化学与社会、化学与经济··············

21 世纪化学的四大难题： 1 、化学的第一根本规律：建立精确有效而又普遍适用的化学 反应的含时多体量子理论和统计理论。 2 、分子结构及其性能的定量关系。 例如： 〈 1 〉如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？ 〈 2 〉如何使宏观材料达到微观化学键的强度？ 〈 3 〉溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。 〈 4 〉具有单分子和多分子层的膜结构和性能的关系。 3 、生命现象中的化学机理问题。 充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律，

是 21 世纪化学待解决的重大难题之一。

〈 1 〉研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理， 这是药物设计的基础。 〈 2 〉化学遗传学的创建，使得研究者不通过改变产生某一 蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能，为开创化

学 蛋白质组学，化学基因组学奠定基础。 〈 3 〉光和作用的机理。 〈 4 〉生物固氮的机理。 〈 5 〉搞清楚牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维 分解为小分子的反应机理。 〈 6 〉如何彻底了解大脑的结构和功能将使 1 世纪的脑科学、 生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科 共同来解决的难题。 〈 7 〉了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。

〈 8 〉 了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。

〈 9 〉 如何实现从生物分子到分子生命的飞跃？如何制造活

的分子，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。

〈 10 〉蛋白质和 DNA 的理论研究。

4 、纳米尺度的基本规律。

当尺度在十分之几到 10nm 的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，有许多新的奇异特性和新的效应，新的规律和重要应用，值得理论化学家去探索研究。

§ 1-3 无机化学简介

3—1 无机化学的研究对象和发展

3—2 无机化学的任务

3—1 无机化学的研究对象和发展

研究所有元素及化合物（除碳氢化合 物及其衍生物）组成、结构、性质与变化的科学。

是一门丰富多彩具有无限发展前途的学科。

二战后随着工农业生产的飞跃发展 , 继而产生新的边缘学科 , 如 :

元素化学 配位化学

稀土化学 超铀化学

无机合成化学 无机材料化学

无机固体化学 有机金属化学

物理无机化学 生物无机化学

原子簇化学

3—2 3—2 无机化学的任务无机化学的任务1 1 无机课程的目标无机课程的目标（ 1）理解无机化学基本原理和基本规律；

（ 2）牢固掌握重要元素和化合物的主要性质、

结构、变化规律和用途；

（ 3）熟练掌握无机化学的基本计算和基本实验；

（ 4）规范化地使用化学符号和化学语言；

（ 5）培养学习化学的能力，树立在化学领域的

创新思维、创新意识和创新精神。

 基本把握无机化学的内容框架

• 理论部分：化学反应原理和物质结构理论 是无机化学理论部分两大部分

元素部分：周期系中各族元素及化合物 的基本知识是中心内容

(1) 无机化学的理论部分

理论部分

物质结构理论

化学反应原理

(2) 无机化学的元素部分：

以周期系线索，将化学反应原理、物质结构知识与元素性质有机的结合在一起，引导学生运用理论和规律去分析和掌握元素和化合物的基本性质 .

反应活性 热稳定性 周期系中 酸硷性 氧化还原性 各族元素 沉淀溶解性 配合离解性 及化合物 光电磁功能性 实用性 合成与制备

参 考 书 目1. 武汉大学等校编 . 曹锡章，宋天佑，王杏乔修订 . 无机化学 (上、下册，第 3版 ).2.北京师范大学等三校编 . 无机化学 (第四版，上、下册 ). 北京：高等教育出版社， 2002. 3.大连理工大学无机化学教研室编 . 无机化学 (第四版 ). 北京：高等教育出版社， 2001.4. 董平安等编著 .无机化学习题与解答 . 武汉：武汉大学出版 社， 2006.5.徐家宁等编著 .无机化学例题与习题 .北京：高等教育出版 社， 2006.

6. 唐宗薰主编 .中级无机化学 .北京：高等教育出版社，2003.7. 唐有祺主编 . 当代无机化学前沿 .北京：中国致公出版社， 1997.8. 不里斯罗 (美 )著 . 华彤文，宋心琦，张德和等译 . 化学的 今天和明天 – 一门中心的、实用的和创造性的科学 . 北京：高等教育出版社，1997.9.《大学化学》编委会 . 今日化学 . 北京：北京大学出版社， 1995.10. 唐有祺，王 夔主编 . 化学与社会 . 北京：高等教育出版 社， 1997.11. 孟庆金，戴安邦编 . 配位化学的创始与现代化 . 北京： 高等 教育出版社， 1998.12. 巴索洛 (美 )著 . 高忆慈，王尧宇，史启祯编译 . 无机化

学 前沿 . 兰州：兰州大学出版社，1998.

参 考 网 站1 . http://www.google.cn/

2 . http://www.baidu .com/

3 . 无机化学教学网站： www.chem.pku.edu.cn/wuji/

4. 无机化学网络课程： chem.jlu.edu.cn/eclass/zyjck/inorchem/

5. 无机化学学习网：www.blog.edu.cn/user2/jxswx/archives/

6. 无机化学网络课程： col.njtu.edu.cn/zskj/2015/wuji/tiyao/