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开卷有益无机化学上册基本化学原理部分本篇安排7章内容介绍无机化学的基础。前两章介绍涉及物质结构中的原子结构和分子结构基本理论，由于所有成键模型在原子性质基础上，故将原子结构内容安排在第一章，第二章实际是第一章的应用和扩展；第三、四章介绍学习无机化学反应必须知道的“化学热力学和动力学”基础；后三章则介绍化学反应的基本原理，先介绍涉及质子转移和电子对共享的反应，许多化学反应是归于其中的一类，事实上，后一类反应有助于说明元素(特别是过渡元素)形成的一类化合物—金属配位化合物—的结构和性质(第7章)。第6章介绍另一大类反应—氧化还原反应及其应用。无机化学学科的现状和发展无机化学的研究范围无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科学。无机物质包括除有机化合物以外的所有元素及其化合物，因此无机化学的研究范围极其广阔。化学中最重要的一些概念和规律，如元素、分子、化合、分解、定比定律和元素周期律等，都是无机化学早期发展过程中形成和发现的。目前无机化学仍是化学科学中最基础的部分。因为它研究的对象覆盖整个周期表中的元素，它遇到的结构类型丰富多采，研究的化学健型复杂多变，涉及化学根本问题的规律及理论也大都是由无机化学衍生出来的。无机化合物的多样性，导致了在实践中的一系列重要应用。1d区元素无机化学研究的对象覆盖整个周期表中的元素基础研究2①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自己阐述元素和化合物性质的理论基础，也用热力学和动力学的知识去解释无机反应的方向和历程。分子轨道理论分析FeCp2化学键NH3SF6COHF②使用先进的波谱学方法研究反应机理和结构红外光谱分析金属有机化合物的结构王伯周等利用原位红外跟踪亚硝基化反应过程，综合解析原位红外光谱数据，发现了亚硝基存在的证据，证实了3-氨基-4-偕氨肟基呋咱(AAOF)的合成历程是由亚硝化、重排、肟化、脱水缩合四步完成。AAOF合成反应中亚硝基化过程的原位红外三维光谱图（a）-NO;(b)N=C;(c)-OH对PdCl2(NH3)2结构的判断，可依赖于其红外和拉曼光谱的不同：在Pd-Cl伸展区,顺式异构体在两种谱上都有两个带，而反式异构体在两种谱的不同振动频率上各有一个带。[PdCl2(NH3)2]的红外光谱和拉曼光谱利用紫外-可见吸收光谱可以研究过渡金属配合物的电子跃迁（d-d跃迁、f-f跃迁）、荷移吸收和配体内电子跃迁（配位体-金属荷移跃迁LMCT、金属-配位体荷移跃迁MLCT），因而可用于金属配合物的结构鉴定。[Ti(H2O)6]3+的吸收光谱NMR谱图中提供化学位移—信号的位置、耦合常数—信号的数目、积分—信号的强度等信息，便可以帮助我们分析分子结构。研究者以[B11H14]–质子去偶合的11BNMR谱，揭示了峰比1:5:5，表示它为巢式结构，即硼骨架由缺顶点的20面体组成。应用研究3①金属有机化合物金属有机化合物是现代无机化学中的一个活跃的领域。金属有机化合物通常指至少含有一个M—C键的化合物。12341827年1890年1930年1951年[PtCl3(C2H4)]-Ni(CO)4[Fe4(CO)13]2-Fe(C5H5)21951年,(C5H5)2Fe被发现了,它的橙色晶体不但对空气、湿气以及高达470℃的温度稳定，而且在沸腾的盐酸和10%NaOH溶液中不分解。不寻常的稳定性必然反映了不寻常的结构。德国科学家费歇尔（FisherEO）和美国科学家威尔金森（WilkinsonG）由于对夹心化合物研究的出色贡献，获得了1973年诺贝尔化学奖。夹心配合物“夹心面包”[三明治（sandwich）]夹心配合物“夹心面包”[三明治（sandwich）]②配位化学在20世纪，无机化学注意活跃的领域就是配位化学：依赖物理测试手段已经能够定量地搞清配合物结构的细节；利用晶体场-配位场理论、分子轨道理论可以对配合物的形成、磁学、光谱学的性质等理论问题做出说明；已能准确测定或计算配合物形成和转化的热力学数据；利用经特别设计的配体去设计合成某种模型配合物，用于研究配位反应机理、确定反应的类型，即配合物形成和转化的动力学知识也获得了迅速发展。金属配合物的研究以发展为现代化学的一个重要分支。金属羰基化合物以及类似的配合物研究极大地推动了价键理论的发展，σ-π协同成键方式丰富了配位成键的宝库。形成dπ–pπ键：大体上可将金属有机化合物看作由低氧化态过渡元素与π酸配体形成的配合物。③金属原子簇化合物化学金属原子簇化合物大多具有优良的催化性能，有的还具有特殊的电学、磁学性质，如PbMo6S8在磁场中是良好的超导体，某些含硫有机配体的簇合物有特殊的生物活性，是研究铁硫蛋白和固氮酶的模型物。钼、铁、硫等原子簇化合物④生物无机化学生物无机化学是最近几十年发展起来的无机化学与生物化学交叉的边沿学科，其基础研究方向直接与生命过程相关,主要探讨人体中的微量金属离子与蛋白质的配位作用以及金属酶的活性中心对生物功能的影响和在生命过程中作用。血红蛋白的血红素中心⑤无机固体化学现代社会中的三大支柱产业能源,信息和材料都与无机化学的基础研究密切相关。超导体的排斥磁场效应金属汞的电阻-温度关系(1911年，K.Onnes)上海-杭州磁力悬浮火车.最高时速：500公里/小时.全长：199公里.技术：磁悬浮超导性元素在周期表中的分布《物理学评论》于1957年刊登了一篇理论文章，第一次解释了在低温下一些材料电阻完全消失的现象。在实验线索和早期理论尝试的基础上，来自伊利诺斯大学（UniversityofIllinoisinUrbana）的JohnBardeen，LeonCooper和RobertSchrieffer不仅解释了电阻消失的现象，同时还解释了超导体的许多磁学和热学性质。即所谓的BCS理论，他们的发现还对粒子物理理论有重要的影响，并且为解释高温超导现象的尝试提供了依据。他们因超导的BCS理论获得1972年诺贝尔物理学奖。YBa2Cu3O7超导体的结构(a)金属原子的位置;(b)以金属原子为中心的氧多面体。与钙钛矿中金属离子的正八面体环境不同，“123”化合物中的金属离子具有平面四方型或四方锥配位环境高温超导体随意的穿着、矮胖的身材、慈祥的微笑……谁也不会想到眼前的这位长者竟是1987年诺贝尔物理学奖获得者、现任瑞士IBM苏黎世实验室教授J.GeorgBednorz。因发现陶瓷材料中的超导电性所作的重大突破，Bednorz和瑞士物理学家KarlAlexanderMüller共同获得了1987年的诺贝尔物理学奖。他们取得的这一重大突破，曾引起了以美国、日本和中国为中心的全球性的“超导热”。太阳能的高效开发需有高效率的太阳能集光和转换装置作基础集光型球状硅太阳能电池高能蓄电池,燃料电池的应用需特殊的固体材料高能亚胶体蓄电池燃料电池燃料电池汽车信息的产生,转化,存储,调制,传输,传感,处理和显示都要有相应的固体物质作为材料和器件信息存储光纤传感⑥非金属无机化学分子筛人造金刚石高能燃料太阳电池材料光子带隙材料碳-碳复合材料(隐形飞机)硅单晶材料纳米半导体材料一些非金属材料一些非金属无机化学最突出的领域稀有气体化学1962年3月32日下午6时45分BartlettN第一个观察到“惰性气体”元素的化学行为：XePtF6红色液体生成！设计并测定了Xe[PtF6]的标准生成焓为负值（-60KJ·mol-1）Xe+[PtF6]-Xe+(g)+[PtF6]-(g)Xe(g)+PtF6(g)△fHm(Xe[PtF6])IEAU思路：刚刚制备出新化合物：O2（g）+PtF6(s)=O2+[PtF6]-(s)O2+e-XeXe++e-I1=1180kJ·mol-1I2=1170kJ·mol-1r=201pmR=210pmO2+Xe+2O●强氧化剂XeF2在水溶液中能够使HClClKII2Ce(III)Ce(IV)Co(Ⅱ)Co(Ⅲ)Ag(I)Ag(Ⅱ)1968年第一次制得BrO4−:NaBrO3+XeF2+H2ONaBrO4+2HF+Xe●氟化剂：XeF2+2HSO3FXe+HF+2SO3F●原子能工业中分离放射性Xe、Kr;XeF4作减速剂；U、Pu、Np的分离；UF6的生产等。●其他如激光、特殊光学波动、高能燃料和炸药等。稀有气体化合物的实际作用NOBLEGASES稀有气体化合物的实际作用NOBLEGASES硼烷化学●简单硼氢化合物的性质和反应(1)分类：按组成可分为BnHn+4和BnHn+6两类(2)结构：B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键（氢桥）●自燃B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(g)DrHm=-2026kJ·mol-1高能燃料，剧毒美国物理化学家LipscombW关于硼烷和碳硼烷的研究获1976年诺贝尔化学奖富勒烯化学富勒烯中以C60最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于一个由二十面体截顶而得的三十二面体。32个面中包括12个五边形面和20个六边形面，每个五边形均与5个六边形共边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。与石墨相似，C60分子中每个C原子以sp2.28杂化方式与相邻的C原子成键，剩余的p轨道在C60的外围和内腔形成球面离域大π键，可简单地将其表示为每个C原子与周围3个C原子形成2个单键和1个双键。英国科学家克罗托(KrotoHW)美国科学家柯尔(CurlRF)美国科学家斯莫利(SmalleyRE)获得1996年诺贝尔化学奖C60室温下为分子晶体(面心立方结构),能隙为1.5ev,意味着C60为半导体。C60的活泼性与分子中存在双键有关。用纯石墨作电极，在Ne中放电，电弧中产生的碳烟沉积在水冷反应器的内壁上，这种碳烟中存在着C60、C70等碳原子簇。C60是一个直径为0.7nm的空心球，其内腔可以容纳直径为0.5nm的其他原子，如K、Na、Cs、La、Ca、Ba、Sr、U和多个离子（生成富勒烯的包合物MnC60）。其中，掺K的K3C60在-255℃为超导体。除C60外，具有这种封闭笼状结构的还有C26、C32、C52、C90等。⑦超分子化学超分子化学是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序且有特定功能的分子结合体——“超分子”是共价键分子化学的一次升华，被称为“超越分子概念的化学”，它不仅在材料科学、信息科学，而且在生命科学中均具有重要的理论意义和广阔的应用前景。超分子化学研究的内容主要包括：分子识别，分为离子客体的受体和分子客体的受体；环糊精；生物有机体系和生物无机体系的超分子反应性及传输；固态超分子化学，分为晶体工程、二维和三维的无机网络；超分子化学中的物理方法；模板，自组装和自组织；超分子技术，分为分子期间和分子技术的应用。K2Pt(CN)4·0.3Br·3H2O配合物(分子导线)为了鼓励和推进超分子化学的深入研究，1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家：美国的佩德森（PedersenCJ）、克拉姆（CramDJ）和法国的莱恩（LehnJM）。莱恩在获奖演说中曾为超分子化学作了如下解释：超分子化学式研究两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。C.Pedersen美国化学家首次报道“冠醚”(crownether)D.Cram美国有机化学家提出“主-客体化学”（host-guestchemistry）J.M.Lehn法国生物化学家首次报道“穴醚”(cryptant)现代无机化学发展的特点4①从宏观到微观：现代无机化学是既有翔实的试验资料，又有坚实的理论基础的完整科学。②从定性描述向定量化方向发展：现代无机化学特别是结构无机化学已普遍应用线性代数、群伦、矢量分析、拓扑学、数学物理等现代的数学理路和方法，应用电子计算机对许多反映结构信息及物理化学性能的物理量进行科学计算和数学处理。这种数学计算又与高灵敏度、高精度、多功能的定量实验测定方法相结合，使研究结果达到了精确定量的水平。③即分化又综合，出现许多边缘和交叉学科：一方面是自身发展，各分支学科相互综合，又