第一章 无机化学绪论

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在分子和超分子的微观层次上研究物质， 是化学不用于其他学科的基本特征
化学的核心是合成，这是化学区别于其他 所有学科的特色。
1900年 1950年 1975年 1999.12.31 45万种化合物 110万种 230万种 2430万
每年发现的新化学物质超过100万种，其中 的多数都是自然界没有的人造物质。
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化学是研究分子层次以及以超分子为代表 的分子以上层次的化学物质的组成、结构、 性质和变化的科学。 当今对化学的全息定义： • 19世纪的化学研究的是原子 • 20世纪的化学研究的是分子 • 21世纪的化学研究的是泛分子
泛分子包括：原子；分子片；结构单元；分子； 超分子；生物大分子和活分子；纳米分子和纳 米聚合体；原子和分子的宏观聚合体。
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物质的层次
• 从宏观上看，化学物质构成了物体（气、 液、固）； • 从微观上看，物质的最低层次是原子 （包括已发生电子得失的单原子离子）； • 比原子低一个层次的微粒，如电子、质 子、中子、以及由质子和中子组成的原 子核，称为亚原子微粒，就不是化学研 究的对象了。
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• 比原子高一个层次的化学物质，则是原子以强 相互作用（称化学键）相互结合形成的原子聚 合体； • 如果我们把所有单独存在的原子及原子聚合体 都称为分子(molecule),我们就可以说：
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0-3．无机化学课程的任务、内容和学习方法
本课程的 学习任务
无机化学是高等院校化学系开设的第一门基础 课程，本课程的任务是通过课堂讲授，并与无 机化学实验密切配合，使学生掌握无机化学的 基础知识，了解研究无机化学的一般方法，懂 得无机化学基本知识的应用。
本课程的 学习内容
分两部分：第一部分主要是化学原理，它包括 化学的基本概念,化学热力学初步，化学反应速 度,化学平衡、原子结构和元素周期律、分子结 构、化学键理论、氧化还原理论等。第二部分 内容主要是元素化学，按周期系各族元素的分 类进行学习。
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合成：并非仅仅是制造新物质，也包括自然 界已经有的，如柠檬酸、黄连素等。
• 球碳：最初发现于1985年，之后逐渐形成了C60化学——
性质、合成及衍生物。另有C70 、C80 ，C60是主要的。具有 丰富的高级结构（面包圈、螺体），同时衍生出新的一些 结构（分子树、团簇cluster、笼合物等）
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三．化学是研 究物质化学变 化的科学
具体说，化学主要是在分子、原子 或离子等层次上研究物质的组成， 结构，• 能，相互变化以及变化过 性 程中能量关系的科学。（P3）
化学变化 的特点
1.在变化中，原子核组成不变；（化学 变化前后，质量守恒。） 2.在变化中，分子组成发生改变——有 新物质生成（如气味变化、颜色变化、 晶形变化等等。）
如果你希望理解玫瑰的芳香与橡树的坚韧； 如果你想知道阳光和空气中发生的 种种奇迹； 如果你想了解人类大量时间经验和研究工 作所揭示的自然法则， 就请学习化学吧。
库尔森（1910——1974）美国理论化学家
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Chemistry ,Chemistry
I Love You !
Thank you !
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无 机 化 学
Inorganic Chemistry
主讲教师：jj
绪 论(Introduction)
教 学 内 容：
１、化学是研究物质化学变化的科学 ２、无机化学研究的对象、发展和前景 ３、学习无机化学的方法
0-1 化学是研究物质化学变化的科学
什么是化学？它研究的对象是什么？如何才能学好化学？这 是开始学化学首先要解决的问题。下面就从回答这些问题来 开始我们的化学学习。
学 习 方 法
2．在学习中要分清主次，新旧联系，归纳对比，寻求相关 知识间的异同点，从点——线。要坚持课前预习, 逐步培养自 学能力；做好听课笔记, 积极参与课堂讨论；多做练习题, 多阅参考书，但要摆脱死记硬背的僵化的学习方法。
本课程的考核方法： 课堂提问占10%;平时作业占20%; 期终考占70% 。18
化学是研究分子的组成、结构、性质 与变化。
• 这里的分子概念包括：1、单原子；2、各种气 态原子和单核离子；3、以共价键结合的传统 意义的分子；4、single crystal; 5、各种聚合度 不同的高分子
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• 把比分子低一个层次而比原子高一个层 次的物质称为亚分子层次，如研究分子 碎片的IR、分子片、分子瓣； • 比分子高一个层次则是高分子(super molecule)。包括：1、巨分子；2、若干 分子以强相互作用（氢键、范德华力、 π-π堆积 ，通过self-assembling 和selforganizing，从而构筑(tectonize)成某种 高级结构。 • 超分子及其以上的层次是21世纪化学重 要的研究对象。
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主要在于学习能力的培养，包括如何进行独立自 学，查阅参考书刊和数据手册等方面的能力。在 学习中应当注意： 1．无机化学同其他化学课程一样，是一门以实验为基础的 学科，它与无机化学实验课程密切相关，在学习过程中，这 两门课程要相互兼顾、渗透和补充，要理论联系实际，勤思 考，着眼于独立思考和独立工作ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力的培养，勇于探索、求 异、创新。
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拉瓦锡（Lavoisier，1743-1794，法国化学 家），他的重要论著是《燃烧概论》，提出了 燃烧是氧化过程的重大化学理论问题，彻底否 定了所谓物质燃烧过程中的“燃素”论。他是 氧元素的发现者。
道尔顿（Dalton，1768-1844，英国的中学教 师），他的重要论著是《化学哲学新体系》， 提出了著名的原子学说，并对当时知名的几条 化学定律（物质不灭定律、定比定律，倍比定 律）提出解释，奠定了化学的理论基础，被恩 格斯称为化学之父：“化学中的新时代是从原 子论开始的（所以近代化学的始祖不是拉瓦锡， 而是道尔顿）”。 其他的化学发现有：门捷列夫发现元素周期律，阿佛加德罗 确立分子论，盖斯的盖斯定律等等。
古代的其它化学工艺有：酿酒，制糖，染料，金属 冶炼，制药等等。 13
2、近代 无机化学 的建立
前期阶段──无机化学发展的第一（孕育）
阶段(15-18世纪初) 在此阶段，逐步形成了 酸、碱、盐、元素、化合物和化学试剂等概念， 发现了硫酸、盐酸、氨和矾等化合物。
后期阶段——无机化学分支学科的建立和发展阶段。或称无机化 学发展的第二阶段(18世纪后期-19世纪末) 这一阶段，对化 学有重大贡献的科学家有： 波义耳（Boyle，1627-1691，英国物理学 家），他的重要论著是《怀疑派化学家》， 敢对旧的理论提出批判，提出了元素的科学 概念，恩格斯对他的评价是：“波义耳把化 学确立为科学”。
除去碳氢化合物及其大多数衍生物外，包括所有元 素和它们的化合物的化学性质以及和化学性质有关 的物理性质,新化合物的制备,组成和结构分析等。 二．无机化学发展的各个时期 1．古代化学 ──15世纪 前的化学史 造纸 陶瓷技术
我国古代化学工 艺的三大发明：
黑火药
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造纸——发明于汉代，最初是用蚕丝，接着是用麻纤 维，到了蔡伦造纸术，已经大大扩大了造纸原料。 纸的发明，对人类文明是一个伟大贡献。 黑火药——发明于唐代，其原料是硫黄（S）、硝石 （KNO3）和木碳（C），主要反应式为： 2KNO3 + 3C + S = N2↑ + 3CO2↑+ K2S 陶瓷技术——我国的陶瓷技术历史渊源流长，陶器是 瓷器发明的前身，到了唐代，瓷器技术已相当成熟， 江西景德镇的瓷器古今中外闻明，我国的瓷器技术 是在唐代开始传入非洲和欧洲。
二．物质 的运动 1、物理 运动
运动是物质的一种属性。“运动是物质的存在 形式”。根据物质的无限可分性，可以把物质 的运动按照物质的不同层次进行分类。
分子保持不变的运动称物理运动 物质三态变化、机械运动等。
如：
2、化学 运动
3、核反 应运动
分子中的原子重新组合，但原子不变 的运动称化学运动，又称化学变化, 化学反应。如：食物变质、水电解制 氢气等。 原子核变化的运动称核反应运动 如： 原子弹爆炸等。
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3．现代无机化学的发展
现代无机化学发 展阶段的特点：
(1).从宏观到微观——19世纪末，随着物理学科新技术的采用， 化学的研究开始进入了微观世界，卢瑟福（Rutherford）提出 了含核的原子模型，玻尔（Rohr）提出了量子化原子模型，揭 示了原子内部的构造奥秘，认识了物质的无限可分性。20世纪 30年代初，建立了在量子力学基础上的现代化学键理论 (2).从定性描述向定量化发展——随着分析仪器精密度的提高， 特别是近30年来电子显微镜和电子计算机的使用，使化学分 析手段更加准确、快速。 (3).既分化又综合，出现许多交叉和边缘学科——如无机化学 与有机化学的结合形成了有机金属化学、与生物学结合形成 了生物无机化学、与固体物理结合形成了无机固体化学，此 外还有物理无机化学、无机高分子化学、地球化学等等。
一．化学研 物质是不依赖于人们的感觉而存在并且 可以被人们的感觉所认识的客观实在。 究的物质 简而言之，物质是客观存在的东西。 具体地说 具有静止质量、体积、占有空间 物质包括 实物 的物体。如书桌、铁、木材、水、 实物和场 空气等。
化学研究的 物质一般是 指实物
场
没有静止质量、体积、不占有空 间。如电场、磁场、光、声音。 3
• 稀有气体化学： 1933年鲍林Pauling 预言
1962年巴列特N.Bartlett （英国人）Xe——O2 O2+PtF6（深红色晶体）-——Xe+PtF6 -（红色晶体）
一夜之间，Inert Gases ——Noble Gases
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0-2 无机化学的研究对象，发展和前景
一．无机化学的研究对象