中级无机化学引言和基本概念

1、中级无机化学引言和基本概念第1页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日第2页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日Old and New (GMW opinions)Disciplinary scienceOrganic synthesisCovalent bondsChemical physicsClassical organometallicBioMolecular recognitionNon-covalent bondsMaterialsFunctionalElectronicsBiomaterialsInterdisciplinaryOrigin of

2、 life“Systems”Nano第3页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日Some New Topics in ResearchOrigin of lifeThe brain/cognitionSystems Solutions (water)ImagingWaterCO2Environmental/GreenConservationSolar energyPlants and photosynthesisElectrochemistry and energy storageHealth-care cost reductionBiotechnology第4页，共47页，2

3、022年，5月20日，4点59分，星期日一. 无机化学概况无机化学 （Inorganic chemistry）的定义：Inorganic chemistry is the branch of chemistry concerned with the properties and behavior of inorganic compounds. This field covers all chemical compounds except the myriad organic compounds. “元素周期表中除烃和烃的衍生物以外的所有化合物的结构、性质、反应和应用的科学。” “无机化学家感兴

4、趣的化学”。（Huheey）例如：杂化材料, 纳米化学，超分子化学 第5页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日例如，“有机金属化学”，配位化学的一个分支有机金属化学 (organometallic chemistry) （常用） 金属有机化学 (metal-organic chemistry) （不常用）中国：大多属有机化学研究领域；欧美：大多属无机化学研究领域无机化学特点：内容丰富，涉及的元素和重多化合物，结构与性质，反应多，体系庞杂，规律性差，被人戏称“无理化学”。第6页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日Category:Inorganic chemi

5、stry, From Wikipedia, the free encyclopediaInorganic chemistry is a catch-all discipline that covers everything in chemistry that is not organic chemistry./wiki/Category:Inorganic_chemistrySubcategoriesThis category has the following 8 subcategories, out of 8 total. A+ Allotropy (2)C+ Coordination c

6、hemistry (1)G+ Glass chemistry (3)I+ Inorganic chemists (0)+ Inorganic compounds (13)I cont.+ Inorganic reactions (1)+ Isomerism (1)O+ Organometallic chemistry (4)Inorganic chemistry118-Electron ruleAActinides in the environment Alkali Allotropy Amorphous carbonBBioinorganic chemistry Bioorganometal

7、lic chemistryCCalcareous sinter Calx Catenation Ceramic chemistry Chemical decomposition Chemical transport reaction Complex (chemistry) Complex metal hydride Compounds of carbon Coordination geometry Crystal field theory CrystallizationDD electron count Diagonal relationship Dihydrogen complex Diox

8、ygen complexEEarth (chemistry) Electron counting Enzyme mimicFFajans rules Fission products (by element)GGmelin databaseHHSAB theory HomolepticIIUPAC nomenclature of inorganic chemistry IUPAC nomenclature of inorganic chemistry 2005 Inert pair effect Inner sphere complex Inorganic Crystal Structure

9、Database (ICSD) Ionic polarizationJJahnTeller effect Jones reductorLLigand field theoryL cont.List of important publications in chemistry Long-lived fission productMMetal Ions in Life Sciences Metal-induced crystallizationNNon-stoichiometric compound Nuclear fission productOOxo wall OxophilicityPUse

10、r:Petergans/Sigel User:Petergans/sandbox Photoelectric flame photometer Polyhedral skeletal electron pair theoryRReactivity seriesSScorpionate ligand Silicate mineral paint Spectrochemical series Spin crossover Spin states (d electrons)TTanabe-Sugano diagram Tm ligands TrispyrazolylboratePages in ca

11、tegory Inorganic chemistryThe following 62 pages are in this category, out of 62 total. This list may not reflect recent changes (learn more). 第7页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日 无机化学课程应该包含的主要内容 Descriptive inorganic chemistry 1 Coordination compounds 2 Main group compounds 3 Transition metal compounds 4

12、 Organometallic compounds 5 Cluster compounds 6 Bioinorganic compounds 7 Solid state compounds Theoretical inorganic chemistry 1 Qualitative theories 2 Molecular symmetry group theory 第8页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日 Thermodynamics and inorganic chemistry Mechanistic inorganic chemistry 1 Main group e

13、lements and lanthanides 2 Transition metal complexes 2.1 Redox reactions 2.2 Reactions at ligands Characterization of inorganic compounds X-ray crystallography, Ultraviolet-visible, IR, NMR, EPR, Mssbauer, Electrochemistry Synthetic inorganic chemistry 第9页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日无机化学元素与分离化学 无机合成化

14、学固体无机化学无机材料化学配位化学团簇化学有机金属化学生物无机化学物理与理论无机化学核化学第10页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日化学-分子科学分子层次上研究物质的组成、结构、性质与转化核心概念与内容：分子内与分子间相互作用(化学键，弱作用)合成与反应结构与性质识别天然物质，创造新物质第11页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日二. 本课程的基本情况名称：无机化学、中级无机化学，高等无机化学 ？1、无机化学的发展（分子与纳米材料，固体材料，超分子，生物无机等）促进了无机化学的课程改革。2、普通化学(含基础无机化学，实验）(introduction) 元素

15、周期表为基础, 主族元素(一年级)，氧化物、卤化物、碱酸盐；酸碱性、氧化还原性、溶解性 3、无机化学 (本课程) 以普通化学，有机化学，结构化学和物理化学为基础第12页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日无机化学课程的主要争议 无机化学中的交叉学科、新理论、新化合物、新表征手段以及每年大量的文献1. 侧重Theory or facts ?事实派: 描述性化学最重要，因为事实是不变的, 理论框架见仁见智, 因此需要more perspiration, less inspiration 理论派:理论是不断发展变化的。新的实验方法和表征方法不断获得新的结果，但实验的进步较理论慢。新

16、的理论可以解释新的事实。基础无机化学侧重描述性内容，中级无机化学侧重理论和规律 2. 侧重传统的基础知识还是现代无机化学的领域? 基础课内容是否要updated? 或者主要是掌握最基本的知识第13页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日该无机化学教学体系中的问题 与国内其他学校比较：基础无机较薄弱中级无机和基础无机的衔接和交融较差与美国、欧洲和香港的学校比较 课程内容接近，实验和表征手段较弱 第14页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日教材: 教科书 + 参考书 + 文献要求: 1. 抓脉络，分清楚了解、理解和综合应用三个层次2. 课堂讲授，掌握基本概念和基本

17、内容3. 参考书和文献阅读(中英文)，侧重理解和分析提倡课堂讨论，活跃课堂气氛 （征题）“清晰表达” + “批判思考” 第15页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日1. 项斯芬，姚光庆，中级无机化学，2003年11月，北京大学出版社。2. Gary L. Miessler, Donald A. Tarr, Inorganic Chemistry, 3rd ed., 2004, Pearson Education.3. D. F. Shriver, P.W. Atkins, Inorganic Chemistry, 4th ed., 2006, Oxford Universit

18、y Press.4. J.E. Huheey, et al, Inorganic Chemistry, Principles of Chemistry and Reactivity, 4th ed., 1993, Harper Collins College Publishers.5. F. A. Cotton et al, Advanced Inorganic Chemistry, 6th ed., 1999, John Wiley & Sons, Inc. 6. C. E. Housecroft, A. G. Sharpe, Inorganic chemistry, 3rd ed., 20

19、08, Pearson Prentice Hall.7. W.L. Jolly, Modern Inorganic Chemistry, 1991, McGraw-Hill Book Company.教科书和参考书第16页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日教学内容和时间初步安排 时间内容第一周 2.22引言和基础无机化学概念归纳 (2)第二周 3.01配位化学基础和配位立体化学 (2)第三周 3.08配位化学基础和配位立体化学(1)配位场理论和电子光谱(1)第四周 3.15配位场理论和电子光谱 (2)第五周 3.22配合物反应机理和动力学 (2)第六周 3.29非金属原子簇

20、化合物 (2)第七周 4.05清明节放假第八周 4.12期中考 (2)第九周 4.19金属原子簇，金属金属键 (2)第十周 4.26生物无机化学 (2)第十一周 5.03有机金属化学（I）(2)第十二周 5.10有机金属化学（II）(2)第十三周 5.17配位催化反应 (2)第十四周 5.24无机固体化学 (2)第十五周 5.31前沿无机化学相关文献阅读 (2)第十六周 6.07习题课 (1)，复习总结 (1)第十七周 6.16考试 (2)第17页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日 教学环节安排 (除课堂讲授外) 习题与课堂练习（部分批改） (10分) 期中考 (30分)

21、期末考 (60分) 答疑: 每周两次第18页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日每章讲课的内容可上网查找:或者 化学院主页教师ftp 无机化学 高松答疑 (交流、讨论)高松 (化学楼A-822) Email: gaosong 时间: 周五下午4-6点杨展澜老师（化学楼A-816）Email: yzl 时间: 周五下午2-4点第19页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日三. 无机化学与元素周期表第20页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日s block (碱金属和碱土金属)ds block (铜锌分族) f block (镧系和锕系)p bl

22、ockd block (过渡金属) 无机化学(中级)s, ds, f, p, d 的意义是什么?基础无机第21页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日noble metals 第22页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日非金属（浅色）和金属（黑体）在周期表中的分布 讨论: H在周期表中的位置? 1s1第23页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日第七周期元素：87 钫(fng) 88 镭(li) 89 锕() 90 钍(t) 91 镤(p) 92 铀(yu) 93 镎(n) 94 钚(b) 95 镅(mi) 96 锔(j) 97 锫(pi) 9

23、8 锎(ki) 99 锿(i) 100 镄(fi) 101 钔(mn) 102 锘(nu) 103 铹(lo) 104 鑪(l) 105 (d) 106 (x) 107 (b) 108 (hi) 109 (mi) 110 鐽(d) 111 錀(ln) 112 鎶(g)暂定 In、Ir、Sb、Eu、Ce、Er、Ge、Dy、Zn、Sm等10项原子量新值现都已被CAWIA正式确认为原子量的国际新标准值 (1908.7-2006.12) 第24页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日CCME学生献给北大化学百年的礼物元素的世界之元素档案 掀开尘封的档案 探究元素的奥秘 抓住每一丝线索

24、追寻隐匿的踪迹元素的世界之元素家族 这是一个独特的家族 每个成员都性格各异 虽无长幼尊卑 但却如禁卫军般排列有序第25页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日周期表中的化合物类型和Lewis 酸碱第26页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日原子簇合物在周期表中的分布(1)(原子簇合物 : 含MM键)Cl-, F-, OH-CO, CH2CH2第27页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日原子簇合物在周期表中的分布(2)第28页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日元素中不稳定海中的稳定区域(海拔高度代表稳定性)第29页，共47页

25、，2022年，5月20日，4点59分，星期日稳定岛理论是核子物理中的一个理论推测，核物理学家推测具有“魔数”数目的质子和中子的原子核的化学元素特别稳定。假如这个猜测正确的话，那么特定的超铀元素的同位素比其它同位素要稳定，这些同位素的放射性衰变过程可能非常慢。 (格伦西奥多西博格 )第30页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日锝（Tc) TechnetiumTechneto artificial 人造元素（？）“第一个人造元素” 1914年，当发现元素的X射线光谱与它的原子序数之间的简单关系后，曾有人预言43号“类锰”元素的存在。意大利人佩若尔（C.Perrier）和西格雷（E

26、.G.Segre)1937年在回旋加速器中由氘核轰击Mo原子产生，共22种同位素.1962年，99 Tc从非洲的沥青铀矿中分离，238U裂变产物97Tc的 T1/2 = 61 day, 98Tc的 T1/2 = 4.2106 year ,99Tc的 T1/2 = 2.1105 year$2000/g (1960年）$60/g (目前市场价）化学性质：与Re类似第31页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日transactinide(锕后元素)的合成113和115新元素的报道 (2003-2004年) ：俄国和美国核科学家在回旋加速器中用钙的同位素 4820Ca轰击24395Am

27、观察到4个115号元素，几十毫秒后放出粒子，得到113号，113在1秒后再衰变为其他元素112号的半衰期为20微秒，即0.00002秒99年劳伦斯实验室关于118元素的报道，实验不能重复，没有被承认 60年代“稳定岛”的假设? 第32页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日部分人造元素的半寿期序号9596979899100101102103104105106107符号AmCmBkCfEsFmMdNoLrRfHaUnhUnsHalflife433yr3.4105yr320d350yr20.5d100d1.27h3.1m31s4.3s1.5s0.9s4.7ms第33页，共47页，2

28、022年，5月20日，4点59分，星期日四. 软硬酸碱原理元素在周期表中的酸碱性规律2. Lewis酸碱3. 软硬酸碱在无机化学中的应用反应的类型？Ni + 4CO Ni(CO)4R3N + BF3 R3NBF3 第34页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日元素周期表中酸性和碱性元素的分布区域1. 元素在周期表中的酸碱性第35页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日第一过渡系金属的氧化态和酸性的关系第36页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日2. Lewis酸碱 (电子酸碱) A + : B A : B 酸 碱 酸碱加合物BCl3, BF3P

29、Ph3, NH3 , R2O, R2S酸缺电子碱富电子第37页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日Lewis酸碱的分子轨道示意图 第38页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日AlCl3(Lewis 酸)作为傅-克烷基化反应的催化剂第39页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日(Hard and Soft Acids and Bases，HSAB）用于Lewis 酸碱和 Brnsted酸碱 对硬酸Al3+的配位能力 F Cl Br I 对软酸Hg2+的配位能力 F Cl Br I 3. 软硬酸碱原理在无机化学中的应用第40页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日 硬，软和交界酸和碱结合的稳定常数第41页，共47页，2022年，5月20日，4点59分，星期日亲石元素：CaCO3, Li2CO3, CaF2, TiO2, ZrO2, 亲硫元素: As2S3 , HgS, Cu2S, Cd, Zn, Co, Fe, Sb, BiHard acids prefer to bind to hard