无机化学的现状与前沿

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100年中诺贝尔化学奖二级学科分布表
二级学科名称 有机化学 物理化学 无机化学 生物化学 分析化学 颁奖次数 32 26 14 11 6
93届化学奖中美国占36 % ，若仅考虑近25年则达55％。 5所世界知名大学化学系教学计划的课程设置非常简明： 普通化学、物理化学、无机化学、有机化学、实验化学
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三、生物无机化学(1/4)
主要研究金属离子在生命体中的生理生化行为，是目前十 分重要的研究领域。如：血红素，细胞色素，叶绿素，维生 素，铁蛋白，钼铁蛋白，锌蛋白，硒蛋白，钙调蛋白及几十种 重要的金属酶的结构与存在形式，生理生化功能，毒副作用及 化学模拟生物固氮等。 高自旋亚铁脱氧 低自旋正铁氧合 O2 血红素 卟啉环 Fe-N 218pm Fe-N 201pm
H3N Pt H3N
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Cl Cl
三、生物无机化学(3/4)
肌红蛋白的结构, Fe被多肽 链包围
血红蛋白的血红素中心
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三、生物无机化学(4/4)
我国目前开展的研究工作主要有： 1 金属离子及其配合物与生物大分子的作用 2 药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理 3 稀土元素生物无机化学 4 金属离子与细胞的作用 5 金属蛋白与金属酶 6 生物矿化 7 环境生物无机化学
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无机化学发展简史
1828年以前的化学 1828年 武勒由氰酸合成尿素，第一次由无机物→有机物 1869年 门捷列夫提出周期律，确定了无机化学基本框架 1893年 维尔纳提出配位学说，建立了配位化学基础 二战前 基本是实验资料的积累，理论研究不多(性质用途) 二战以后 大发展时期。原子能、功能材料、同位素、现代仪 器分析方法、周期律理论、原子结构理论、配位化学理论、 热力学、动力学、电化学、催化理论。量子化学及波谱学方 法，新型无机化合物的合成, 反应机理, 结构表征。 近二十年来 迅猛发展。各种学科交叉渗透，出现许多新的二 级、三级学科。 C A 中无机化学条目下大学科群。近3000万种 （ C A 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。 7
3、光学材料（1/2）
由稀土金属氢化物组成的电子导体，如EuH、 G a H等，这类 化合物薄片随着导电性的改变其光学性质也会发生引人注目 的改变，即从以二氢态存在的具有高反射性的金属变为以三 氢态存在的透明的半导体，并可由其组成来控制，由于其导 电性和光效应是可逆的，有可能用于将来新的光学设备。 利用稀土制备的时间光学存储器Y 2 Si O 5:Eu 3+ ，在超稳定激光 器的作用下，能够实现多次读写，克服了掺稀土晶体的烧孔 效应，展现了其在光学存储材料中的良好的使用前景。 在汉堡的电子同步加速器同时观察到了稀土元素f-d发射的自 旋允许和自旋禁阻的电子跃迁，这对于突破人们对镧系真空 紫外能级的认识上的局限，从而为设计真空紫外条件下量子 效率大于100 % 的更高的新型荧光材料提供了实验和理论基 础，为真空紫外等离子显示屏的开发应用铺平了道路。 22 绪 论 主目录 上一页 下一页
簇合物的研究：金属离子可形成： M ←L 键，还可以 M-M 键形 成簇合物： M o 6 、Ta 6 、R e 3 。其它过渡金属如V、 C r、 M o 、 W 、Tc、R e 、Ru、 Os、Rh等都可形成多核物。 LM, 给体, 形成键 如：PtCl3CH2=CH2 M L, 受体 , 形成反 馈键.如：Fe(CO)5
中级无机化学
教材：朱文祥编《中级无机化学》北师大出版社2004.7 教参：1、项斯芬《中级无机化学》北京大学出版社2002.1 2、唐宗薰《中级无机化学》高教出版社2002.1 3、申泮文等《无机化学》南开大学出版社2002.1 学时：36 学分：2 课型：专业核心课 时间：20071学期 电话：6573532，13971762046 任课教师：刘江燕（1121） Email:Liu.jy@163.com 课程资源：FTP://218.197.18.3 1 绪 论 主目录 上一页 下一页
Cl Pt Cl
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CH2 CH2 Cl
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一、金属有机化学
近30年来，数以万计的有机金属化合物被发现，有6人获 得 N o b el奖的。德国人K a r lZ iegler和意大利人 Giulio N atta发 现了烯烃的立体有择聚合能被烷基铝-过渡金属卤化物所催化 而获得1963年的 N o b el奖，又如英国的Wilkinson等发现环戊 二烯基金属化合物（二茂铁）获1973年 N o b el奖。
Fe
Cr
U
二茂铁 二苯铬 二环辛四烯基铀 结构特点：夹心三明治（夹心化合物），富电子，强π键结合，性质稳定， 能发生亲电取代反应。
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二、配位化学(1/3)
1893年维尔纳建立配位学说。1950-1960年代量子化学引入。 1970年代计算机出现。1980年代大型精密仪器广泛使用。 近20年各种物理测试手段的建立（高效光谱、能谱仪），X射 线晶体学技术，差热及热重分析，核磁共振，顺磁共振，穆斯 保尔谱，红外，紫外，色谱，质谱（M S ） ， C D 谱，气质联用 质谱（ G C- M S），等离子质谱（IC P-M S ） 基础理论：主、付价理论→V B→C FSE→LFSE→ M O 基础研究：热力学、动力学数据的积累，使得可以利用特别设 计的配体去合成某种模型化合物成为可能。反应机理的研究进 一步深入到动态微观。 研究领域扩大：如羰基化合物（σ-π成键）、簇合物成为其 研究热点。突破了传统的配位学说。具有重大的理论和实际意 义。如羰合物的应用： 11 绪 论 主目录 上一页 下一页
本征点缺陷 Shottky缺陷 空位原子
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1、超导材料
1、本世纪初，荷兰物理学家H eike发现汞在液氦温度下具有零 电阻（即超导性）。 2、1986年苏黎世B e d n ory和M uller发现镧钡铜的复合氧化物在 30K下具有超导性。并于1987年获 N o b el奖。 3、1987年，美籍华人朱经武宣布制得90K（液氮）下超导体。 4、2周后，中科院赵忠贤等宣布得到110K下YBa C u O 超 导体。 5、以后YBa 2 C u 3 O 7-x（钙钛矿型结构缺陷）系列超导体的临界 温度进一步提高。 6、目前超导材料已经进入实用阶段。我国已开始应用。
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无机化学的今天
一、金属有机化学（Organometallic Compound） 二、配位化学（Coordination Chemistry） 三、生物无机化学（Bioinorganic Chemistry） 四、无机固体化学（Solid State Inorganic Chemistry） 五、富勒烯及相关结构（Fullerene） 六、超分子化学（Supramolecular Chemistry） 七、金属与非金属元素化学 （Metal and nonmetal elemental Chemistry）
NH NH
Fe
NH NH
N HN
咪唑基
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三、生物无机化学(2/4)
血红蛋白 肌红蛋白
H2C CH 叶绿素 X CH2CH3 NH NH
Mg
NH H3C R H3CO2C O NH CH3
应用研究方面：抗癌药物（顺铂）， 稀土放疗，艾兹病（杂多酸），营养 滋补品（各类补钙、铁、锌、锗、硒 制剂）。生物无机化学是配位化学、 生物化学、医学、营养化学、环境科 学等学科相互渗透互相融合的产物。 15 绪 论 主目录
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绪论
一、关于《中级无机化学》课程 1、当前高校化学学科课程体系改革的基本情况 2、高校化学专业开设《中级无机化学》的必要性 3、中级无机化学主要内容、学时分配和学习方法 二、无机化学的昨天、今天和明天 1、无机化学发展史 2、无机化学的今天 3、无机化学的明天
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二、配位化学(2/3)
:650 700 atm 传统方法高压 甲醇 CO 醋酸 新法常压 : RhCl ( CO )( PPh 3 ) 3 HI
红外光谱分析金属有机化合物的结构 12 绪 论 主目录 上一页 下一页
二、配位化学(3/3)
《中级无机化学》教学进度安排
周 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 日期 3.5－3.11 3.12－3.18 3.19－3.25 3.26－4.1 4.2－4.8 4.9－4.15 4.16－4.22 4.23－4.29 4.30－5.6 讲 上 授 机 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 主要教学内容 第一章 酸碱理论与非水溶液 第二章 群论与分子的对称性 第二章 群论与分子的对称性 第三章 配位化学 第三章 配位化学 第四章 有机金属化合物 第五章 原子簇化合物 第六章 固体无机化学 第七章 生物无机化学 第八章 主族元素 第九章 过渡元素 第十章 稀土元素 自学 自学 自学 交读书笔记 交课程论文 独立作业2 独立作业1 其它教学 活动 备注
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一、金属有机化学
金属有机化学又称有机金属化合物化学，这是一类金属 离子与有机化合物作用形成的 M-C 键 的具有特殊结构和特定 催化作用的一类化合物。1 A ，2 A ，3 A ，5 A 及所有过渡金属 均能形成M - C 键化合物。 世界上第一个公认的有机金属化合物是1827年发现的 Zeise盐K[PtCl3(C 2 H 4 ) ]，但直到1952年二茂铁的结构被测 定，这类化合物才被人们重视。
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稀土元素的生物效应
稀土微肥对大鼠体内酯酶同工酶酶谱的影响
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四、无机固体化学
无机固体化学与材料密切相关，功能材料是现代文明的第一 大支柱，功能材料主要包括：1、超导材料 2、永磁与磁光记 录材料。3、光学材料 4、贮能材料。5、陶瓷与纳米材料 无机固体的制备方法： 水热法、提拉法、区域熔炼法、 气相输运法等 无机固体的缺陷： 固有缺陷 （Sch ottky缺陷,Frenkel缺陷) 非整比缺陷 本征缺陷（intrins ic d efect) 由物质本身的结构形成 杂质缺陷（ extr insic d efe ct) 由外来引入的杂质形成 19 绪 论 主目录 上一页
10 5.7－5.13 11 5.14－5.20 12 5.21－5.27 13 5.28－6.3
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《中级无机化学》学习方法
教材: 教材 + 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) 其它教学环节安排: 课后习题(20分) 抽查 平时考勤(20分) 抽查 期末考核(60分) 独立作业＋课程论文 答疑:每周一次（地点:综合楼1121，周一晚7:00-9:00）
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100年中美国诺贝尔奖分布表
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 工作单位 哈佛大学 哥伦比亚大学 斯坦福大学 加州理工学院 伯克利分校 康奈尔大学 麻省理工学院 洛克菲勒大学 加州大学 贝尔实验室 绪 论 人数 23 15 14 10 8 8 8 8 7 7 编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 工作单位 普林斯顿大学 芝加哥大学 华盛顿大学 洛氏医学研究院 IB M 实验室 国立卫生研究院 威斯康辛大学 旧金山大学 耶鲁大学 通用电气公司 上一页 人数 7 6 6 6 5 4 3 3 3 3
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Baidu Nhomakorabea
2、永磁与磁光记录材料
应用于计算机及其相关外设、传动及电机方面。主要有稀土 与过渡金属构成的金属互化物，钐-钴（S m C o 5 、 S m 2 C o 1 7 ）、铈-钴（ C e 2 C o 1 7）系列合金。 近年来有人在Sm C o 5的原子空隙中引入N 原 子形成S m C o 5 N x,改善了磁性能和各向异性。 传统的 N d -Fe-B系列永磁材料的性能也有较大改善。 稀土磁制冷技术（G d 5(Si G e 1-2)）比传统气体循环制冷技术 具有更大的致冷效率 磁泡存储器。稀土-铁榴石单晶作为磁泡元件，磁泡的有无对 应于2进制信息。移动磁泡排列存储信息的移位寄存式存储 器磁泡直径小，存储密度高（(Sm L u Bi)3(FeS c)5 O 1 2 膜）。 光-磁存储器。光磁存储器特点：1、容量大（10 8 bit/cm 2 ） , 2、随机存取，3、存取时间短，4、可以改写信息，5、磁光 头无接触。这类材料主要是G d T bF e 非晶态薄膜。 21 绪 论 主目录 上一页 下一页