无机合成化学第三章分析
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T. Gericke, P.Würtz, D.Reitz, et al. Nature Physics, 2008,4:949
⑶ 低温温度区的划分
从环境温度到120 K(约 -153 ℃) 称之为普冷区 从120K 到绝对零度(-273.15 ℃) 称之为深冷区
⑷ 低温合成实例
① 制备氢氰酸
易挥发性化合物 的熔点、沸点较低，
⑵ 温度与物态
物质的第四态 (等离子态或超气态)
升高温度(数百万度)
温度低于临界温度
物质的第五态 (超导态和超流态)
P
超高压
物态-压力-温度 黑洞
金属氢等
中子态 超固态
高压
常压 低压 超低压
超导 固态
液晶
超流
液态
气态
等离子体
真空
超低 低温 温
常高
超
T
温温
高
温
物质第四态—等离子态
将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电 子就会被原子“甩”掉，原子变成只带正电荷的离子。此时， 电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称为等离 子态。等离子态是由等量的带负电的电子和带正电的离子组 成，处于等离子态的物质为等离子体（plasma）。
无机合成化学简明教程
CONCISE INORGANIC SYNTHESIS CHEMISTRY
西北大学化学与材料科学学院
COLLEGE OF CHEMISTRY & M ATERI AL S SCIENCE
第 3 章 低温合成/高温合成/
高压合成与应 用
本章引言 3.1 低温合成 3.2 高温合成 3.3 高压合成
本章将系统而简洁地介绍低温合成、高温合成和高压合 成三种合成方法，以及它们的一些重要应用。
3.1 低温合成
3.1.1 概念与实例
⑴ 低温的概念
低温技术不仅与人们当代高质量生活息息相关，同时与 当今许多尖端科学研究(诸如超导技术、航天与航空技术、高 能物理、受控热核聚变、远红外探测、精密电磁计量、生物 学和生命科学等)密不可分。在超低温条件下，物质的特性会 出现奇妙的变化：空气变成了液体或固体；生物细胞或组织 可以长期贮存而不死亡；导体的电阻消失（超导电现象）了， 而磁力线不能穿过超导体（完全抗磁现象）；液体氦的黏滞 性几乎为零（ 超流现象），而导热性能比高纯铜还好。
凯特利
康奈尔
威曼
1995年，人们使用气态的铷原子在170nK的低温下首次
获得了玻色-爱因斯坦凝聚。
高分辨率扫描电子显微镜
美国因茨大学的物理学家们开发出高分辨率扫描电子显 微镜，其空间分辨率远远超过以往使用的任何方法，能以极 细电子束扫描超冷原子云，使得最微小的结构都清晰可见， 因此可用于绘制“玻色-爱因斯坦冷凝物”中的单个原子。同 时，研究人员成功使光晶格的结构变得可见，只要将冷原子 置于其中，就可籍调控光晶格来操控原子间的位置。
对于一般液体来说，随着温度降低，密度会逐渐增加。 他将液态氦的温度下降，果然，液氦的密度增大了。但是， 当温度下降到零下271℃的时候，怪事出现了，液态氦突然停 止起泡（氦Ⅰ），变成像水晶一样的透明，一动也不动，好 像一潭死水（氦Ⅱ），而密度突然又减小了。
液氦喷泉
在一根玻璃管里， 装着很细的金刚砂， 上端接出来一根细的 喷嘴。将玻璃管浸到 氦Ⅱ中，用光照玻璃 管粗的下部，细喷嘴 就会喷出氦Ⅱ的喷泉， 光越强喷得越高，可 高达数厘米。
本章引言
M.V.Lomonosov
“化学是第二自然的创造者。”
大雪压松
钛酸钾晶须
秋风细雨灞柳寒
肽纳米管
一点不假，合成化学不仅可仿制出许多自然界已
存在的物质，而且能更多地创造出自然界不存在的物质。许 多合成产品，由于原料丰富易得，制备简单方便，加工方式 多样，性能千变万化，对环境无污染，无论在能源、材料、 信息还是环境保护、医药卫生、生命科学等领域都显示了无 比的优越性，极大地推动了科学技术的迅猛发展和改变了世 界。也正是因为这点，许多新的功能材料的合成同时促成了 新的合成方法的诞生和成熟。
Biblioteka Baidu
超流态
1937 年 ， 原 苏 联 物 理 学 家 彼 得 ·列 奥 尼 多 维 奇 ·卡 皮 察 （1894～1984年）惊奇地发现，当液态氦的温度降到2.17K 的时候，它就由原来液体的一般流动性突然变化为“超流动 性”：它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小 的孔或狭缝（线度约10万分之一厘米），还可以沿着杯壁 “爬”出杯口外。我们将具有超流动性的物态称为“超流 态”。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。
光照
美国北卡罗莱纳州夏洛 特市39岁男子克里斯在13岁 那年被诊断出患有白血病， 克里斯接受放疗前冷冻了一 部分自己的精子。多年后克 里 斯 成 婚 ， 用 冷 冻 了 22 年 的 精 子 让 妻 子 成 功 受 孕 ， 1986 年2月25日他们顺利诞下一名 健康女婴。这不但创下了一 个医学奇迹，他们的女儿也 被 媒 体 称 为 “ 来 自 1986 年 的 超时空女婴”。
等离子体在工业、农业和军事 上都有广泛的用途，如利用等离子 弧进行切割、焊接、喷涂，利用等 离子体制造各种新颖的光源和显示 器等。如果利用这种显示器制造电 视，那么电视机可以像画一样挂在 墙上。用等离子体技术处理高分子 材料，包括塑料和纺织物，既能改 变材料的表面性质，又能保留原材 料的优异性能，而且无污染。在军 事上可以利用等离子体来规避探测 系统，用于飞机等武器装备的隐形。
物质第五态—超导态和超流态
玻色
爱因斯坦
物 质 的 第 五 态 就 是 玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚 (Bose-Einstein condensation，简称BEC)，它是科学巨匠爱因斯坦在80多 年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度 足够低时，会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，即处于 不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态(一般是基态) 。
合成时副反应复杂，
2NaCN H2SO4 Na2SO4 2HCN 因此，此类化合物的
合成和纯化都需要在
低温下进行。例如，
在用氰化钠和硫酸制
备 氢 氰 酸 (HCN) 时 ，
HCN 气 体 与 水 气 分 离
采用冷却的方法，最
后 纯 HCN 用 冰 盐 剂 冷
却收集。
② 低温放电合成氟化氪
⑶ 低温温度区的划分
从环境温度到120 K(约 -153 ℃) 称之为普冷区 从120K 到绝对零度(-273.15 ℃) 称之为深冷区
⑷ 低温合成实例
① 制备氢氰酸
易挥发性化合物 的熔点、沸点较低，
⑵ 温度与物态
物质的第四态 (等离子态或超气态)
升高温度(数百万度)
温度低于临界温度
物质的第五态 (超导态和超流态)
P
超高压
物态-压力-温度 黑洞
金属氢等
中子态 超固态
高压
常压 低压 超低压
超导 固态
液晶
超流
液态
气态
等离子体
真空
超低 低温 温
常高
超
T
温温
高
温
物质第四态—等离子态
将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电 子就会被原子“甩”掉，原子变成只带正电荷的离子。此时， 电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称为等离 子态。等离子态是由等量的带负电的电子和带正电的离子组 成，处于等离子态的物质为等离子体（plasma）。
无机合成化学简明教程
CONCISE INORGANIC SYNTHESIS CHEMISTRY
西北大学化学与材料科学学院
COLLEGE OF CHEMISTRY & M ATERI AL S SCIENCE
第 3 章 低温合成/高温合成/
高压合成与应 用
本章引言 3.1 低温合成 3.2 高温合成 3.3 高压合成
本章将系统而简洁地介绍低温合成、高温合成和高压合 成三种合成方法，以及它们的一些重要应用。
3.1 低温合成
3.1.1 概念与实例
⑴ 低温的概念
低温技术不仅与人们当代高质量生活息息相关，同时与 当今许多尖端科学研究(诸如超导技术、航天与航空技术、高 能物理、受控热核聚变、远红外探测、精密电磁计量、生物 学和生命科学等)密不可分。在超低温条件下，物质的特性会 出现奇妙的变化：空气变成了液体或固体；生物细胞或组织 可以长期贮存而不死亡；导体的电阻消失（超导电现象）了， 而磁力线不能穿过超导体（完全抗磁现象）；液体氦的黏滞 性几乎为零（ 超流现象），而导热性能比高纯铜还好。
凯特利
康奈尔
威曼
1995年，人们使用气态的铷原子在170nK的低温下首次
获得了玻色-爱因斯坦凝聚。
高分辨率扫描电子显微镜
美国因茨大学的物理学家们开发出高分辨率扫描电子显 微镜，其空间分辨率远远超过以往使用的任何方法，能以极 细电子束扫描超冷原子云，使得最微小的结构都清晰可见， 因此可用于绘制“玻色-爱因斯坦冷凝物”中的单个原子。同 时，研究人员成功使光晶格的结构变得可见，只要将冷原子 置于其中，就可籍调控光晶格来操控原子间的位置。
对于一般液体来说，随着温度降低，密度会逐渐增加。 他将液态氦的温度下降，果然，液氦的密度增大了。但是， 当温度下降到零下271℃的时候，怪事出现了，液态氦突然停 止起泡（氦Ⅰ），变成像水晶一样的透明，一动也不动，好 像一潭死水（氦Ⅱ），而密度突然又减小了。
液氦喷泉
在一根玻璃管里， 装着很细的金刚砂， 上端接出来一根细的 喷嘴。将玻璃管浸到 氦Ⅱ中，用光照玻璃 管粗的下部，细喷嘴 就会喷出氦Ⅱ的喷泉， 光越强喷得越高，可 高达数厘米。
本章引言
M.V.Lomonosov
“化学是第二自然的创造者。”
大雪压松
钛酸钾晶须
秋风细雨灞柳寒
肽纳米管
一点不假，合成化学不仅可仿制出许多自然界已
存在的物质，而且能更多地创造出自然界不存在的物质。许 多合成产品，由于原料丰富易得，制备简单方便，加工方式 多样，性能千变万化，对环境无污染，无论在能源、材料、 信息还是环境保护、医药卫生、生命科学等领域都显示了无 比的优越性，极大地推动了科学技术的迅猛发展和改变了世 界。也正是因为这点，许多新的功能材料的合成同时促成了 新的合成方法的诞生和成熟。
Biblioteka Baidu
超流态
1937 年 ， 原 苏 联 物 理 学 家 彼 得 ·列 奥 尼 多 维 奇 ·卡 皮 察 （1894～1984年）惊奇地发现，当液态氦的温度降到2.17K 的时候，它就由原来液体的一般流动性突然变化为“超流动 性”：它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小 的孔或狭缝（线度约10万分之一厘米），还可以沿着杯壁 “爬”出杯口外。我们将具有超流动性的物态称为“超流 态”。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。
光照
美国北卡罗莱纳州夏洛 特市39岁男子克里斯在13岁 那年被诊断出患有白血病， 克里斯接受放疗前冷冻了一 部分自己的精子。多年后克 里 斯 成 婚 ， 用 冷 冻 了 22 年 的 精 子 让 妻 子 成 功 受 孕 ， 1986 年2月25日他们顺利诞下一名 健康女婴。这不但创下了一 个医学奇迹，他们的女儿也 被 媒 体 称 为 “ 来 自 1986 年 的 超时空女婴”。
等离子体在工业、农业和军事 上都有广泛的用途，如利用等离子 弧进行切割、焊接、喷涂，利用等 离子体制造各种新颖的光源和显示 器等。如果利用这种显示器制造电 视，那么电视机可以像画一样挂在 墙上。用等离子体技术处理高分子 材料，包括塑料和纺织物，既能改 变材料的表面性质，又能保留原材 料的优异性能，而且无污染。在军 事上可以利用等离子体来规避探测 系统，用于飞机等武器装备的隐形。
物质第五态—超导态和超流态
玻色
爱因斯坦
物 质 的 第 五 态 就 是 玻 色 - 爱 因 斯 坦 凝 聚 (Bose-Einstein condensation，简称BEC)，它是科学巨匠爱因斯坦在80多 年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度 足够低时，会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，即处于 不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态(一般是基态) 。
合成时副反应复杂，
2NaCN H2SO4 Na2SO4 2HCN 因此，此类化合物的
合成和纯化都需要在
低温下进行。例如，
在用氰化钠和硫酸制
备 氢 氰 酸 (HCN) 时 ，
HCN 气 体 与 水 气 分 离
采用冷却的方法，最
后 纯 HCN 用 冰 盐 剂 冷
却收集。
② 低温放电合成氟化氪