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1、无机化学 Inorganic Chemistry,赵振新,副教授,2号实验楼C座504室,1.化学是一门中心的、实用的和创造性科学,一 什么是化学,化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学。,1989年出版的中国大百科全书（化学卷）中，化学的定义为：“化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学”。有的学者提出“化学主要是研究物质的分子转变规律的科学”。科学在发展，化学与其他学科一样，不断地发展，其内涵在加深，需要不断地调整。,二 化学家的工作,1.研究自然界,并试图了解它 2.创造自然界不存在的新物质,完成化学变化的新途径,四 化学是中心科学,三 化学是实用性和创造性科学,2.
2、课程简介,无机化学是化学学科的重要基础课，是化学工程及工艺。材料、制药、生物化工等相关专业的专业基础课之一。1.课程的性质与作用无机化学是高等工业学校化工、轻工、材料、纺织、环保、冶金、地质等类有关专业的第一门化学基础课，是培养上述各类专业工程技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分，也是后继化学课及专业课的基础。,2课程设置的目的与要求通过本课程的教学，使学生获得化学反应的基本原理，物质结构的基础理论，主要元素及化合物的基本知识；初步掌握实验的基本技能。培养学生具有分析解决一般无机化学实际问题的能力，具有进行无机化学实验和自学无机化学书刊的能力。基本要求分三个层次：了解、理解(或熟悉)
3、、掌握(或会、能)。三个层次依次提高。,2.课程简介,3.化学概述,一 化学的分类,在20世纪20年代前后，形成了传统的四大化学-无机化学、分析化学、有机化学、物理化学。无机化学是研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学。无机物包括所有的元素及其化合物。20世纪中期以后，化学的飞跃发展产生了许多学科分支。,无机化学产生了元素化学，稀土元素化学、配位化学、无机合成化学等等。一些边缘学科，如生物无机化学、固体无机化学等。,二 元素的起源和发现,三 化学的发展简史,化学史是人类在长期的社会实践过程中，对获得的化学知识系统的历史回顾。化学史的发展，大致可分如下几个时期：（1）古代及中古时期（17世纪中
4、叶以前）（2）近代化学时期（17后半叶19末）（3）现代化学元素时期（20世纪,以实用为目的，化学知识来源于具体的工艺过程的经验。炼丹术、炼金术、以及医药化学。中国秦汉时期炼丹术极为盛行，炉中炼不出长生不老药，却炼出了贵重金属如金、银等。燃烧、煅烧、蒸馏、升华、熔融、结晶等。16世纪，欧洲工业-医药化学；明李时珍本草纲目190万字植物药用和无机物分类、宋应星的天工开物手工和化学生产过程-冶炼、制瓷、造纸、染色、酿造、火药等。,第一时期的特点,第二时期（17后半叶19末）,资本主义发展，积累了物质变化的知识。数学，物理，天文等学科进步显著，哲学论述了正确的科学研究方法。1661年,玻意耳首次提出
5、了科学元素的概念,“元素是由某些不由任何其他物质所构成的原始的和简单的物质或完全纯净的物质”，“化学的对象和任务是寻找和认识物质的组成和性质”。-确立化学为科学。今天，元素定义以物质结构为基础。元素element,单质elementary substance,1777年拉瓦锡提出了燃烧的氧化学说，证明了化学过程中的物质不灭定律。1827年道尔顿建立了原子论，突出强调了不同元素，其质量不同，使定比定律倍比定律得到了解释。1811年，阿伏加德罗提出分子假说，进一步充实了分子原子学说，为物质的结构的价键理论的研究奠定了基础。1869年，门捷列夫发现了元素周期律，不仅使无机化学形成了比较完整的体系，而
6、且与原子分子学说相结合，形成了化学的理论体系。,化学结构的原子价键理论以及借助物理学的成就而建成的物理化学理论等，推动了无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四大基础学科的相继建成。社会需要，生产技术的发展，大规模制酸、碱、合成氨、染料、有机合成，促进了无机与有机化学的发展。原子量的测定与物质成分的分析促进了分析化学的发展。在物理化学领域，化学热力学、电化学、动力学、胶体化学、溶液理论及催化剂的研究进步很大。,在这一时期，化学实现了从经验到理论的重大飞跃，化学被真正确立为一门独立的科学，并且出了许多分支。,元素周期表形成,放射化学开展,非水溶剂和过渡金属化合物研究等,标志着现代无机化学阶段的开
7、始。1930年,现代无机化学成为人们新的研究热点.典型的代表研究为:Stock等:乙硼烷的氢桥键(变形的价键理论);硅的研究Werner等:过渡金属配合物化学Karus 等:非水溶剂,放射化学,第三个时期现代化学阶段,这一阶段的前提是19世纪末的三大发现：X射线、放射性、电子，打开了原子与原子核的大门，能够从微观的角度和更深层次上来研究物质的性质和化学变化的根本原因。化学的理论，研究方法、实验技术及应用有了深刻的变化。四大基础学科出现新分支。出现了高分子化学。三大合成工业（橡胶、塑料、纤维）为宇航、交通、国防 提供了新材料。,高分子材料、无机材料、纳米材料、复合材料以及能适应特殊需要的具有光敏
8、、导电、光导、耐压、耐热或苛刻条件下和稳定性的材料-材料化学、合成化学分支。自从原子核的裂变和链式反应之后，开辟了利用原子能的时代，原子序数从93到114号的超铀元素陆续被子人工合成。形成了核化学-同位素化学、辐射化学、超铀元素化学等。利用光、电、磁等方面的新成就，发明创造的新仪器，快速、灵敏而准确，地位重要。,19241926年物理化学中诞生了许多新理论、如量子力学的建立，利用量子力学的原理和方法研究化学问题，用全新的化学键理论来阐明化学键的形成，从而产了量子化学。量子化的发展又促进了结构化学的发展。化学与其他的学科交叉产生了许多边缘科学，如生物化学、环境化学、材料化学、元素有机化学、药物化
9、学等等。研究物质的结构、性能、组成的相互关系。化学与其他学科联系愈来愈密切，如生物、地质、能源、材料、环境等的发展需要化学知识。,四 现代化学发展趋势和前沿领域,当今化学发展的总趋势大致是：由宏观到微观、由定性到定量、由稳定态向亚稳态，由经验上升到理论并用理论指导实践，进而开创新的研究。为适应需要，合成具有特殊性能的新材料、新物质、解决和其他自然科学互相渗透过程中所不断产生的新问题，并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。,关键性的问题（其解决能带动问题解决并推动经济、生产的发展）是：（1）化学反应的性能问题；（2）化学催化问题；（3）生命过程中的化学问题。,展望21世纪，化学仍将是自然科学和提
10、高人类生存质量的核心科学。科学家们将会更深入研究化学反应理论，寻找最佳的反应路线；继续研究由原子组合分子乃至多少分子体系的方法和技巧，创造新的聚集态构筑技术(如纳米技术、超分子凝聚态构筑、晶体工程以及极端条件下的合成技术)；以功能要求为导向，寻找或设计最佳的化合物、材料或体系；充分注意化学与其他学科尤其是生命科学、信息科学的相互渗透交叉。例如，无机化学学科在现代无机合成、特殊功能配合物、室温超导、特殊功能晶体材料、稀土材料、生物无机化学、无机药物、超重元素“稳定岛”方面将会成为研究热点。,展望,20世纪下半叶世界性人口膨胀、环境恶化、资源匮乏、能源短缺等科技社会后遗症，给21世纪人类生存及生存
11、质量带来了负面效应，未来化学仍将是解决这些难题的核心科学之一。在21世纪里，研究开发绿色农药，高效饲料、肥料，解决食物短缺；治理“三废”，发展绿色化学，改善生态环境；合理开发、利用资源，保持可持续性发展；研究开发化学新能源以及用化学方法利用太阳能等方面发挥重要作用。,展望,4.本课程在专业学习中的地位,（1）是学习化学的第一门课。对后续化学课程的学习有重要的影响。（2）是一门专业基础课。通过对化学基础知识的学习扩大知识面，为专业课程的学习打好专业基础。（3）通过实验提高理论联系实际的能力。（4）本课是一门考试课。,5.本课程的学习方法,课前预习；上课认真听讲，重点内容进行笔记；课后及时复习，作
12、业；理解与掌握基本概念和原理；在学习过程中注意前人的逻辑推理和思想方法，反复体会从感性到理性认识的相互关系，树立实事求是的科学态度；注重不断提高自己的自学能力和独立思考问题的能力。,6.有效数字（Available Digits）,一 有效数字的确定1.2004（五位）；0.0132（三位）；21.1000（六位）；0.0020（两位）；2.50106（三位）；pH3.45（两位）,二 有效数字在计算中的确定1.加减法：以小数点后面位数最少的为标准。2.乘除法：以有效数字位数最少的为标准。3.对数的运算：整数部分不算有效数字。4.在乘除法运算中，对于第一位有效数字是8或9的数字可多算一位。,参考书目,(1)大学化学（面向21世纪课程教材），傅献彩主编，高等教育出版社，1999，9第一版。(2)无机化学（上下），武汉大学，吉林大学等五所高校编，高等教育出版社，1994。(3)无机化学（第五版），大连理工大学无机化学教研室编，高等教育出版社2006，5。(4)Inorganic Chemistry(Third Edition)Gary L Miessler et al.高等教育出版社2004，10。（5）无机化学（上下册），北京师范大学出版社，1997。（6）无机化学教程，宋其圣编，山东大学出版社，2001,10。,
