无机化学绪论教学目标

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,无 机 化 学,绪 论,1,教 学 目 标,、了解化学及无机化学的研究对象,、了解化学及无机化学的发展史,、了解无机化学的前景,4、 了解大学的学习方法,2,内 容,1 21,世纪,化学的定义,2 化学与人类社会发展的关系,3 无机化学的,研究对象,、,发展和前景,4,无机化学课程的内容和学习方法,3,化学是研究物质化学变化的科学,化学研究的物质,实物,如书桌、铁、木材、水、空气等。,场,如电场、磁场、光、声音。,化学研究的物质一般是指实物,具体地说物质包括实物和场,4,化学变化（反应）,有新物质生成的变化,物理变化,变化前后分子保持不变,。,如：物质三态变化等。,化学变化,分子中的原子重新组合，但原子不发生变化。如：食物变质、水电解制氢气等。,核变化,原子核发生变化,。,如：原子弹爆炸等。,5,化学是研究物质化学变化的科学,具体的说：,化学是在分子、原子或离子等层次上研究物质的组成,、,结构,、,性能,、,变化规律及其应用的科学。,化学变化的特征,化学变化前后，,所有元素的原子核总数和核外电子数不变,质量守恒,。,在变化中，分子组成发生改变,有新物质生成,。,6,化学变化伴随着能量的变化，遵循,“能量守恒定律”（热力学第一定律），,即,反应过程中体系和环境能量总和保持不变。,破坏氢气分子和氧气分子中的化学键需要从环境中吸收能量，而生成水分子形成新的化学键则要向环境放出能量。,7,北京大学徐光宪教授说：,我的专业是化学，从学化学、,教化学到研究化学也有几十年,了，但现在我却有点搞不清化,学的定义了。科学的发展太快,了，需要对本门科学重新定位。,徐光宪院士,8,1 21世纪化学的定义,19世纪，化学是,原子,的科学。,20世纪，化学是,分子,的科学。,21世纪,，化学是研究,泛分子,的科学。,泛分子,是,泛指21世纪化学的研究对象,。,9,CA上登录的化合物统计表,1900年 1945年 1970年 1980年 1990年 1999年,CA上登录的化合物统计表,55,110,237,593,1058,2340,单位：万种,10,泛分子的十个层次,C2H5OH,11,（1）原子层次：,如碱金属原子(Cs)的Bose-Einstein凝聚态。,Bose-Einstein凝聚态是物质的一种奇特状态，,处于这种状态的大量原子的行为像单个原子一样。,要实现物质的该状态需要一方面达到,极低的温度,（在实验室中达到了仅仅比绝对零度高.纳开尔文），另一方面还要求原子体系处于,气态,。,12,（2）分子片（指组成分子的碎片）层次：,如,（3）结构单元层次：,如高聚物的单体，蛋白质的氨基酸,（4）分子层次(研究分子层次的问题）：,如分子周期律，分子的激发态（氯化氙）。,13,（5）超分子（是二个或以上,分子通过分子间作用力结合,起来的物质颗粒）层次：,如 -环糊精分子（主体）与 形成1:1的超分子； 可以抑制爱滋病毒；环糊精分子（客体）插入 晶体的结构层间组装成超分子。,14,（6）高分子层次:,如,蜘蛛丝,的研究，美国杜邦公司通过实验室造蜘蛛丝的研究，得到与蜘蛛丝相同的,生物纤维,。这些生物纤维有许多可能的用途，它,既轻又结实又有弹性，,可能在飞机上得到应用。,15,（7）生物分子层次:,主要是指,蛋白质,、,核酸,、,高分子量的碳氢化合物。,生物分子间的力非常小，如果每个人只能用1“飞牛”的力，拿起一根头发，就要动用全世界60亿人口。,16,（8）纳米分子和纳米聚集体层次,（,100nm以下）,：,如碳纳米管，纳米金属及其氧化物（纳米MgO)颗粒 ，纳米厚度的膜（金刚石纳米薄膜制成的手术刀） 。,采用化学气相沉积制备的,具有一定取向和样式的纳米碳管,17,（9）原子和分子的宏观聚集体层次：,如固体，液体，气体，等离子体,（由大量的正,、负带电粒子组成的离子化,气体状物质），,溶液，熔融体，表面等。,提问：,在地球大气上层是否存在等离子体？,在太阳、恒星、闪电中是否存在等离子体，它占了整个宇宙的多少？,18,（10）复杂分子体系及其组装体的层次：,如复合材料(铝-硼纤维) ， 分子器件（分子导线，分子芯片），宏观组装器（锂离子电池,燃料电池，太阳能电池）。,卟啉衍生物分子导线,分 子 芯 片,分子开关,分子马达,分子整流器,分子导线,分子天线,19,2 化学与人类社会发展的关系,2.1化学对人类创造物质财富的贡献（衣、食、住、行、看、听）,化学研究热点：,能源，材料，环境，生命。,20,2.2化学与能源的关系,石油,储量只能再供开采40年左右；,煤,储量只能再供开采200年左右；,新能源,有多种多样：包括核能、电源、太阳能、海洋能等，它们都和化学密切相关（例如：汽车乙醇汽油）。,21,2.3 化学与材料的关系,石器时代 铁器时代 高分子时代,物理学赋予物理特性,化学 材料,工程学加工制造器件,22,高分子结构材料：,具有质量轻、强度大、耐腐蚀性等优点，如,聚对苯二甲酰对苯二胺,的比强度已高出钢铁，其强度-质量比为钢铁的6倍；,23,光纤通讯材料,目前主要用高透明度的,SiO,2,材料，,可用化学气相沉积法制备。,近年来还有新的光纤材料，如,ZrF,4,、,LaF,4,、BaF,2,三元混合体的,氟玻璃,，,其性能优于SiO,2,，光损失更小。,24,微电子材料,高纯硅：,几十万个晶体管或其他部件都可以光刻在2-3mm的硅片上，光刻的细度可小至100nm。,25,半导体材料,GaAs,作为半导体材料芯片做成计算机后，其运算速度将高出千倍。,26,2.4 化学与环境的关系,绿色环保催化剂,纳米,TiO,2,纳米TiO,2,利用,自然光、常温,常压即可催化,分解病菌和污,染物,二氧化钛纳米微粒的TEM,27,纳米TiO,2,涂料能有效降解,室内环境,氨气、甲醛、苯类化合物。,纳米TiO,2,有效地降解,江河中的有机污染物,。,在塑料中添加约1%纳米TiO,2,，具有,很好的,抗菌性能。,28,2.5 化学与生命的关系,人体有,25种微量元素,，,缺少任何一种都会带,来疾病（例如钙，铁）。,29,1、无机化学,2、有机化学,3、物理化学,4、分析化学,5、高分子化学,6、化学工程学等,21世纪化学二级学科,30,3,无机化学的,研究对象,、,发展和前景,（1）研究对象： 无机化学是研究除碳元素以外的所有元素的单质及其化合物的化学。,31,（2）,无机化学的发展,无机化学（1869年门捷列夫提出元素周期律）：,40年代原子能工业 50年代半导体材料,60年代宇宙工业 70年代生命科学,80年代环境与能源 90年代信息科学,32,无机化学,(8个发展方向),现代无机合成,配位化学,原子簇化学,超导材料,无机晶体材料,稀土化学,生物无机化学,核化学和放射化学,33,（3）,无机化学的前景,a.,无机材料化学（固体无机化学）,研究固体无机物；,b.金属有机化学,研究含有,-碳-金属-,键的化合物 ；,c.生物无机化学,研究金属离子和生物配体形成的化合物。,34,a.固体无机化学,太阳能电池发电原理,35,生物材料:,可,替代人体中的骨骼和牙齿,纳米陶瓷：,可克服陶瓷脆性能,室温超导材料：,可使电力以最高效率传输,36,无机晶体材料,锗酸铋（ ）,晶体,：当电子、 射线进入,锗酸铋,时，它能发出,蓝绿色的荧光，,可作为高能粒子的探测器。,锗酸铋单晶,37,b.金属有机化学,金属有机化学在20世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一。,19631975年中有七位金属有机化学家获得诺贝尔化学奖。,38,二茂铁（ ),燃料催化剂：,添加到固体燃料，液体燃料或气体燃料中，能发挥,消烟助燃,效用，尤其是对燃烧时产生大量烟尘的,烃类,，其效果更为显著。,39,c.生物无机化学,含铂配合物,抑制癌,细胞分裂有显著疗,效。,现已证实顺铂,及其一些类似物对,子宫癌、肺癌有明,显疗效。,顺-PtCl,2,(NH,3,),2,的抑癌机理,40,无机化学课程的内容和学习方法,内容,化学原理：,（1）,热力学与四大平衡（化学平衡，离子平衡，氧化还原平衡，配位平衡）（宏观）；,（2）物质结构 （原子结构，分子结构，固体结构，配合物结构）（微观） ；,（3）元素周期律（宏观与微观）。,元素化学：,按周期表体系从s区，p区，d区，f区的顺序编排内容。,41,学习方法,(1)重视做好无机化学实验,自然科学和技术是一门实验科学，一切自然现象都是在凭实验观察到的，因此实验在自然科学中占有重要地位；,从一开始就严格培养自己的实验操作训练，没有良好的操作训练，就无法得到正确的实验结果。,42,(2)重视化学理论的指导作用,a.对科研的作用,应用研究成果具体项目的研究、开发和应用,基础理论成果论文的质量与数量,43,举 例,例如： 固体电解质材料的合成,当x分别取0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5时，发现,材料电导率最高。,可以用,离子极化,理论加以解释。,44,b.对工业生产的指导作用,例如：,锂离子电池的生产，钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂正极材料的制备与检测 。,45,谢谢大家！,46,