《无机化学》PPT课件

,王稼国 博士（北京大学）、副教授 办公室（答疑处）：4-107 电话：88373021 Email： 温州大学化学与材料工程学院,无机化学课程概况,上下两学期，上学期48学时，下学期52学时，共100学时。 考试方式：闭卷考试。 成绩评定：平时作业占10%，期中考试20%，期末考试70%。 理论部分包括三大结构、四大平衡和热学基础；元素部分覆盖整个元素周期表。,绪论,了解化学的重要性及其发展 了解无机化学学习方法,什么是化学?,Chemistry = Chem is try (化学是一门实验科学) 化学是在原子、离子和分子水平研究物质的组成、结构、性质与变化规律的科学。 Scale (Level) （尺度, 层次）: Atomic scale, Molecular scale, Supermolecular scale (crystal) Assemble forces(聚集力）：Van der waals force(范德华力), Chemical bond(化学键) Composition(组成）, Structure（结构）, Properties（性质）, Reaction（反应）, Separation（分离） (Purification 纯化),化学21世纪核心学科,20世纪的100年中，化学合成和分离了2285万种新化合物，取得了空前辉煌的成就。20世纪的化学是以指数函数的加速度向前发展的，但未获得社会应有的认同。 1900年 55万种 1945年110万种，45年翻一番 1970年236万种，25年翻一番 1999年底2340万种，30年翻10番 以指数函数的加速度向前发展，没有一门其它科学能像化学那样，创造出如此众多的新物质。,20世纪发明了七大技术，最重要的是信息技术、化学合成技术和生物技术,报刊上常说20世纪发明了六大技术： (1) 信息技术 (2) 生物技术 (3) 核科学和核武器技术 (4) 航空航天和导弹技术 (5) 激光技术 (6) 纳米技术 但却很少有人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥和农药的化学合成和分离技术。,化学合成及分离技术至关重要,上述六大技术如果缺少一、二个，人类照样生存。 没有发明合成氨、合成尿素和新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口有30亿要饿死! 没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类平均寿命要缩短25年! 没有发明合成纤维、合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大影响。 没有合成大量新分子和新材料的化学工业技术，上述六大技术根本无法实现。这些都是无可争辩的事实。,但化学和化工界非常谦虚，从来不提抗议。我们应该理直气壮地大力宣传20世纪发明了七大技术，即化学合成（包括分离）技术和上述六大技术。这七大技术发明可以按照人类需要的迫切性，和由它们衍生的产业规模及其对世界经济影响的大小来排序：,(1) 从人类对七大技术发明的需要迫切性来看，化学合成和分离技术应当排名第一.已如前述，因为它是人类生存的绝对需要，没有它世界上一半的人口要饿死。它还为其余六大技术发明提供了不可或缺的物质基础。国外传媒把哈勃的合成氨技术(Haber Process)评为20世纪第一个重大发明，是很有道理的。,排名第二的 是信息技术，第三是生物技术，以下依次是航空航天技术，核技术，纳米技术和激光技术。 合成氨技术是哈勃(Haber)在1909年发明，在1918年因而获得诺贝尔化学奖。C.博施改进了高压合成氨的催化方法，又于1931年获诺贝尔奖。高分子合成技术是20世纪50年代发展起来的。新药物、新材料的合成更是近50年的事。因此合成化学技术是属于20世纪的重大发明。,(2) 从20世纪的七大技术发明衍生的产业规模及其对世界经济的影响来看，排名次序如下：第一是信息产业，第二是由化学合成和分离技术衍生的石油化工、精细化工、高分子化工和药物、农药工业等产业，以及从空气中分离氧气和氮气，从电解水中分离出氢气，作为电动汽车的燃料，为解决将来水资源缺少的海水淡化产业等。 第三是飞机、航天、人造卫星及导弹产业，第四是核电站和核工业。这四个产业都是非常大的产业。其中在核产业中，有很大一部分是化工产业，如核燃料的前处理和后处理工业，重氢、重水工业、稀有元素冶炼工业等，又如信息产业和航空航天导弹卫星产业中，都依靠冶金、稀有元素冶炼和高分子等化学合成产业。,相对于前述四大产业而言，第五生物技术产业、第六纳米技术产业和第七激光技术产业这三个现在还是小产业。其中纳米产业实际上主要是化学家发明C60等巴基球、碳纳米管等衍生出来的合成化学产业，以及用各种方法把化学物质制成纳米尺度的合成产业。 所以到目前为止，在20世纪的七大发明中，人类最迫切需要的，对人们的生活和世界经济的发展影响最大的两大发明是信息技术和化学合成技术。,4化学是一门中心学科学 (1) 化学是一门承上启下的中心科学。 (2) 化学又是一门社会迫切需要的中心科学，化学与人们的生活有非常紧密的联系。 (3) 化学不是落日科学(Sunset Science)，也不是伴娘科学(Bridesmaid Science)，而是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学（Sun-rise sciences）都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学(Central Science)。,21世纪化学的四大难题,1、化学的第一根本规律(第一世纪难题)：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。 应予首先研究的课题有： (1) 充分了解若干个重要的典型的化学反应的机理，以便设计最好的催化剂，实现在最温和的条件进行反应，控制反应的方向和手性合成，发现新的反应类型，新的反应试剂。 (2) 在搞清楚光合作用和生物固氮机理的基础上，设计催化剂和反应途径，以便打断CO2, N2等稳定分子中的惰性化学键。 (3) 研究其它各种酶催化反应的机理。酶对化学反应的加速可达100亿倍，专一性达100%。如何模拟天然酶，制造人工催化剂，是化学家面临的重大难题。 (4) 选键化学的理论和实验技术。,(2) 化学的第二根本规律-结构和性能的定量关系 这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。虽然W孔恩从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算困难很多，现在对结构和性能的定量关系的了解，还远远不够。所以这是21世纪化学的第二个重大理论难题。,(3) 化学的第三世纪难题：生命现象的化学机理 (i) 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。 (ii) 哈佛大学化学教授Schreiber所创建化学遗传学 (iii) 化学生物学 (iv) 搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、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，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。,(v) 人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能将是21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。 (vi) 了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。 (vii) 了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。 (viii) 如何实现从生物分子biomolecules到分子生命molecular life的飞跃？如何制造活的分子(Make life)，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。 (ix) 研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状态，分形现象等非线形科学问题。,(4) 化学的第四世纪难题：纳米尺度的基本规律,21世纪的化学不但要认识世界、改造世界，更要保护世界,化学家缺少品牌意识，没有在社会上树立化学的美好品牌。化学与化工被认为是污染源，这也是中学生不愿报考大学化学专业的原因之一。其实，造成环境污染的不仅仅是化学，更重要的是森林破坏，水土流失，沙漠化和沙尘暴，汽车尾气排放，煤燃烧，还有微电子工业等。而分析、监测、治理环境污染的正是化学家。化学家已提出绿色化学的奋斗目标。化学家不但要认识世界、改造世界，还要保护世界。,无机化学的学习方法,基本理论和概念的掌握、概念的关联是学好无机化学的前提；其中，能量和化学平衡是主线。 理论的灵活和合理应用是学好无机化学的关键。特别要注意理论的适用范围，不可乱用、滥用。 元素周期律是学好元素部分知识的核心。上下左右元素移位与性质的变化规律须细心捕捉，求同存异。,