無機合成化學(xué)第一章緒論2學(xué)時20101103課件

貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院無機合成化學(xué)

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

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

從科學(xué)發(fā)展的角度來看，美國著名化學(xué)家StephenJLippard，1998年在探討化學(xué)的未來25年時有一段精彩的講話：“化學(xué)最重要的是制造新物質(zhì)?；瘜W(xué)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(yīng)性的新化合物。化學(xué)學(xué)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(xué)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(xué)科所不能媲美的?！彼裕铣苫瘜W(xué)是化學(xué)學(xué)科當之無愧的核心，是化學(xué)家改造世界、創(chuàng)造未來最有力的手段。

中國科學(xué)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(xué)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》，報道了中國科學(xué)院化學(xué)所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室于澍燕研究員領(lǐng)導(dǎo)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的外圍和腔內(nèi)形成大Π鍵。其形狀酷似足球，故稱作足球烯。1996年R.E.Smalley、H.W.Kroto和R.F.Curl獲得諾貝爾化學(xué)獎。

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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)的發(fā)展及其地位1.發(fā)展

無機合成是無機化學(xué)的一個重要分支，是無機化學(xué)發(fā)展的一個前沿陣地。

第一章

緒論2學(xué)時

無機合成化學(xué)是無機化學(xué)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(xué)科。就合成方法而言，無機合成包括經(jīng)典合成方法、軟化學(xué)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(shè)計、合成方法的改進也是無機合成化學(xué)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(fù)合氧化物型超導(dǎo)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(xué)，已成為推動無機化學(xué)及有關(guān)學(xué)科發(fā)展的重要基礎(chǔ)。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(wù)

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(xué)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(yīng)：ZnO（定向型薄膜）超聲波元件、電子電路聲納等

磁光效應(yīng)：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(xué)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(dǎo)光性：SiO2（高純度纖維）光導(dǎo)纖維

電-光效應(yīng)：ZnO、ZnS、GaAs、LiNbO3等電致、場致、光致發(fā)光，光調(diào)制開關(guān)器（4）熱功能材料耐熱性：ThO2（致密燒結(jié)體）耐熱結(jié)構(gòu)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.無機材料與科技發(fā)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(yīng)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、高溫結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(yīng)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(xué)晶體和化合物半導(dǎo)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(xué)晶體，光導(dǎo)纖維、感光存儲介質(zhì)和發(fā)光材料。(6)紅外技術(shù)應(yīng)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(xué)技術(shù)發(fā)展，對發(fā)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(yù)算。項目負責人作可行性論證報告，提請領(lǐng)導(dǎo)機關(guān)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(guān)最艱苦階段，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，格式規(guī)范。

1.無機合成化學(xué)與反應(yīng)規(guī)律問題

為開展深入研究，需具備堅實、廣闊的合成化學(xué)基礎(chǔ)，包括化合物的物理和化學(xué)性能、反應(yīng)性、反應(yīng)規(guī)律和特點，與結(jié)構(gòu)化學(xué)間的關(guān)系，及熱力學(xué)、動力學(xué)等基本化學(xué)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(xué)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)律和合成路線的基本模式須有所了解，以利于合成路線的理解與設(shè)計，減少選擇中的盲目性。

2.無機合成中的實驗技術(shù)和方法問題固相反應(yīng)或界面反應(yīng)高溫或高溫高壓特種結(jié)構(gòu)和功能表面或界面超高真空（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”反應(yīng)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(xué)合成、電氧化還原合成、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.無機合成中的分離問題合成與分離是兩個緊密相連的問題。無機材料既對組成又對結(jié)構(gòu)有特定要求，因而分離方法更多更復(fù)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、離子交換和色譜分離、萃取分離等。特種分離方法：低溫分餾、低溫分級蒸發(fā)冷凝、低溫吸附分離、高溫區(qū)域熔融、晶體生長中的分離技術(shù)、特殊的色譜分離、電化學(xué)分離、滲析、擴散分離等。4.無機合成中的結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)分析等。

1.文獻查閱的范圍和深度，決定于研究工作的對象。若系統(tǒng)研究一類化合物或開拓新領(lǐng)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。（期刊、網(wǎng)絡(luò)等手段）若合成一種已知化合物，可粗略些，可查其性質(zhì)及幾種合成方法，比較選擇合適反應(yīng)條件，試劑用量。五.無機合成化學(xué)有關(guān)的專著和文獻

2.一些主要有關(guān)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(xué)會組織編寫，南開大學(xué)，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(xué)手冊（GmelinsHandbuchderAnorganichenChemie

）第1版由德國化學(xué)家L.格麥林主編，今朝的第8版，始編于1922年,由德國化學(xué)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(xué)手冊和柯克·奧斯曼化學(xué)工藝學(xué)大全被喻為世界三大化學(xué)和工藝學(xué)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(xué)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(xué)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、注意事項。比較可靠。(6)化學(xué)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年頒布。另：美國國家標準（ANST）、日本工業(yè)標準（JIS）等。若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。小結(jié)：無機合成化學(xué)的發(fā)展