北京大学无机化学课件

Hard
Borderline
Soft
Acids: H+, Li+, Na+, Acids: Fe2+, Co2+, Acids: Cu+, Ag+,
K+, Be2+, Mg2+,
Ni2+, Cu2+ Zn2+, Au+, Tl+, Hg+, 2+,
Ca2+, Cr2+, Cr3+, Al3+, SO3, BF3
第一章 酸碱化学
1. 元素在周期表中的酸碱性 2. 酸碱质子理论和酸碱概念的相对性 3. Lewis酸碱 4. 软硬酸碱
1.元素在周期表中的酸碱性
元素周期表中酸性和碱性元素的分布区域
第一过渡系金属的氧化态和酸性的关系
2. 酸碱概念的相对性
醋酸为碱： CH3COOH +H2SO4 CH3COOH2+ HSO4 醋酸为酸： CH3COOH + H2O H3O + CH3COO
一、无机化学学科的现状和发展
什么是无机化学？
Inorganic Chemistry is any phase of chemistry of interest to an inorganic chemist 应用和理论
1. 应用研究：配位化学为基础 生命化学: 金属离子在生命中的作用
材料化学: 分子基材料
NH2+H2O NH3＋OH CH3+H2O CH4＋OH 在水溶液中不能区分NH2 和CH3
的强弱
水中
Ka >1的酸，都被水拉平； 而pKa >14的共轭碱也被水拉平
pKa在0到14不能被拉平之间 水的分辨宽度为14 液氨中
2NH3 NH2 + NH4+ pK=33 液氨的分辨宽度为33
常用溶剂的分辨宽度
分子轨道理论分析FeCp2 化学键
二、课程的安排和要求
1. 普通无机化学: 元素周期表为基础(一年级) 2. 无机化学 (三年级), 主干 基础课 ( 中级无机化学, 现代无机化学, 无机化学新兴领域 等)
教材: 讲义 + 参考书 + 文献 要求: 1. 课堂讲授, 掌握基本概念和基本内容
2. 参考书和文献阅读(中英文)
H2SO4为碱：H2SO4+ HClO4 H3SO4 + ClO4
H2SO4为酸： H2SO4+ HNO3 H2NO3+HSO4 （硝化反应）
溶剂的拉平效应（leveling effect）
HI+H2O H3O＋＋I HBr+H2O H3O＋＋Br HI和HBr均被拉平为H3O＋，在水溶液中 不能区分HI和HBr的强弱
K2Pt(CN)4.0.3Br.3H2O 配合物(分子导线)
2. 基础研究: 量子化学为基础, 波谱学方法 新型无机化合物的合成, 反应机理, 结构表征
近3000万种（CA登录到2000年）、 20世纪末，每年报导100万种， 美国的化学物质的产值为4000亿美元
红外光谱分析金属有机化合物的结构
4. 软硬酸碱原理
(Hard and Soft Acids and Bases，HSAB）
用于Lewis 酸碱和 Brønsted酸碱 对Al3+的配位能力
F Cl Br I 对Hg2+的配位能力 F < Cl Br I
亲石元素：CaCO3, Li2CO3, CaF2, TiO2, ZrO2, 亲硫元素: As2S3 , HgS, Cu2S, Cd, Zn, Co, Fe, Sb, Bi
Bases: H–, R–, CN–, I–, CO, SCN–, R3P, C6H6, R2S,
Cu Pd Ag Cd Ir Pt Au Hg Tl
典型的软酸三角形
硬酸：碱金属，碱土金属，轻和高价的金属离子 软酸：重过渡金属离子，低价或零价金属 硬碱：半径小，不易被极化 软碱：半径大，易被极化 Cu(I), Cu(II)，氧化态增高，硬度加大 Fe(II), Fe(III), Fe(VI) K2FeO4, PtF62-, NaCo(CO)4, Pt[P(CH3)3]4 AlF63-, HgI42-
硬，软和交界（绿）阳离 子和碱结合的稳定常数
配合物基础和配位立体化学
1. 配合物(complexes)的基本观念 2. 配体的主要类型 3. 配合物的几何构型 4. 配合物的异构(isomerism)现象 5. 配合物的制备和大环配体配合物 6. 典型配合物的制备和表征举例
一.配合物(complexes)的基本观念
教学环节安排(除课堂讲授外):
习题(5-10分) 抽查, 用A4纸做 课堂练习(5- 10分) 期中考(20分) 期末考(60-65分) 答疑: 每周一次
北大主页化学学院教师FTP 无机化学 姚光庆
化学楼S-303 Email: yaogq@chem.pku.edu.cn
扬展澜老师（化学楼S-438）
MLn 金属(metal, M) , Lewis酸,电子对的受体
族： 4 5 6 7 8 9 10 11 12
金属： Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
(n-1)s2nd2 d3 d4
d5 d6 d7
d8 d9
d10
Pb2+, SO2, BBr3 Pd2+, Pt2+, Cd2+, (BH3), M0
Bases: F–, OH–, H2O, NH3 , CO32–, NO3–, O2–, SO42–, PO43–, ClO4–
Bases: NO2–, SO32–, Br–, N3–, N2, C6H5N , SCN–,
3. Lewis酸碱 (电子酸碱)
A + : B A : B 酸 碱 酸碱加合物
Cl
酸
Al
Cl
Cl
Cl
Al
Cl
Cl Cl
Al
Cl
Cl
BCl3, BF3
As
碱 CH3
Leabharlann Baidu
CH3 PPh3, NH3 , RO2, RS2
CH3
Lewis酸碱的分子轨道示意图
AlCl3(Lewis 酸)作为傅氏烷基化反应的催化剂
对C60进行化学修饰， 生成与Os的配合物：
[Os(O)4(py)2(C60)]
91年，Berkeley 的Hawkins用此 化合物得到C60 的X射线照片
血红蛋白的血红素中心 肌红蛋白的结构, Fe被多肽链包围
WO3-x晶体剪切面的高分辩电 镜图，研究固体的缺陷
Cu原子在Si表面的STM照片（放大250 million)