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无机化学 的今天和明天

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一 无机化学的沿革. 二 无机化学发展的现状和. 未来发展的可能方向. 三 现代无机化学发展的特点. 无机化学 的今天和明天.  1828 年武勒由氰酸铵制得尿素 , NH 4 OCN NH 2 CONH 2 动摇了有机物只是生命体产物的观点 , 有机化学 应运而生;. 1 发现新元素. 2 合成已知元素的新化合物. 3 确立了原子量的氧单位. 4 门捷列夫提出了元素周期表. 5 维尔纳提出了配位学说. 一 无机化学的沿革.  最初的化学就是 无机化学;. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 无机化学 的今天和明天

无机化学的今天和明天 一 无机化学的沿革

三 现代无机化学发展的特点

二 无机化学发展的现状和未来发展的可能方向

Page 2: 无机化学 的今天和明天

一 无机化学的沿革 最初的化学就是无机化学;

为研究能左右无机物和有机物的性质和反应的一般规律 , 产生了新的化学分支──物理化学 ( 物理化学通常是以 1887 年德国出版 « 物理化学学报 » 杂志为其标志 ) ;

○ 在这个时期无机化学家的贡献是 :

★ 这个时期是无机化学的建立和发展的时期。

2 合成已知元素的新化合物3 确立了原子量的氧单位4 门捷列夫提出了元素周期表5 维尔纳提出了配位学说

1 发现新元素

1828 年武勒由氰酸铵制得尿素 ,

NH4OCN NH2CONH2

动摇了有机物只是生命体产物的观点 , 有机化学应运而生;

Page 3: 无机化学 的今天和明天

大约在 1900 年到第二次世界大战期间 , 同突飞猛进的有机化学相比 , 无机化学的进展却是很缓慢的。无机化学家在这段时期没有重大的建树 , 缺乏全局性的工作 , 无机化学的研究显得冷冷清清。

▼ 当时出版的无机化学的大全或教科书 , 几乎都是无机化学的实验资料库 , 是纯粹描述性的无机化学。

▼ 在无机化学专业的教育和培养方面也很薄弱 , 在当时的化学系的学生的教学计划中 , 只在大学一年级开设无机化学 , 缺乏必要的循环 , 也无再提高的机会。教师在讲台上无奈何只能“存在、制备、性质、用途”千篇一律,学生学起来枯燥乏味,认为“无机化学”就是“无理化学”,多不感到兴趣,因而有志于无机化学的人是寥寥无几。

这个时期 , 是无机化学处于门庭冷落的萧条时期。

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第二次世界大战中美国的曼哈顿工程 ( 原子能计划 * ) 极大地 “催化”了无机化学的发展 , 使无机化学步入了所谓 “复兴” 时期。

* 原子能计划是一项综合性工程 , 它涉及到物理学和化学的各个领域,尤其向无机化学提出了更多的课题:

原子反应堆的建立,促进了具有特殊性能的新无机材料的合成的研究; 同位素工厂的建设 , 促进了各种现代分析、分离方法的发展 ;

随着原子能计划的实施 , 以及量子力学和物理测试手段在无机化学中的应用 , 使得无机化学在理论(如周期系理论、原子分子理论、配位化学理论、无机化学热力学、无机反应动力学 ) 上也渐趋成熟。

各种粒子加速器的建造 , 推动了超铀元素的合成 ;

Page 5: 无机化学 的今天和明天

战后和平时期中随着工农业生产的飞跃发展 , 无机化学不仅在原有的天地中长进 , 而且还不断渗透到其他各种学科而产生了新的边缘学科 , 如 :

★自战后至今 ,无机化学已从停滞萧条时期步入了一个“柳暗花明又一村”的黄金时期。

有机金属化合物化学 无机固体化学 物理无机化学 生物无机化学和无机生物化学

Page 6: 无机化学 的今天和明天

二 无机化学发展的现状和未 来发展的可能方向

1 有机金属化合物化学现代无机化学中第一个活跃的领域 :

1827 年就制得了第一个有机金属化合物 Zeise盐 :

K2[PtCl4] + C2H4 K[Pt(C2H4)Cl3] + KCl

Page 7: 无机化学 的今天和明天

1952 年二茂铁的结构被测定 ;

近三、四十年本领域的发展十分迅速:

有 6 人因在本领域内的贡献而获诺贝尔奖金。

★发现了很多新反应;

★金属有机化学的发展导致了各种有机合成新方法的建立;

★使人们对催化过程有了进一步的了解。

★制备了许多新化合物;

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Ziegler- Natta 催化剂是一个烷基铝和三氯化钛固体的混合物 , 可在低压下生产聚乙烯和聚丙烯 , 其作用机制被认为是乙烯或丙烯聚合时的链增长的顺位插入机制 , 增长中的链与单体分子往复于两个顺式配位之间 ( 这个机制让人联想到一台在分子水平上起作用的纺车 ) 。

如 : Ziegler 和 Natta 因发现烯烃的立体有择催化而分享了 1963 年的诺贝尔化学奖。

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以丙烯在 Ziegler Natta 催化剂作用下聚合生成聚丙烯的反应为例 :

这一聚合反应的重要特点是由于受到配位在 Ti 离子上的 R 和 Cl -配体空间位阻的影响 , 使得丙烯的配位和烷基的迁移只能以一定的方式进行 , 从而得到立体定向的聚合物。

首先是在 TiCl3晶体中 Ti 原子上产生配位空位;丙烯分子在 Ti原子的空位上配位,形成一个四中心的过渡态,烷基迁移到丙烯上 ,得到一个新的 Ti -烷基配合物。在 Ti离子重新出现的空位上再被丙烯分子配位,接着又进行烷基的迁移 ,如此循环不断 ,最后得到聚丙烯。

Page 10: 无机化学 的今天和明天

Wilkinson 和 Fisher 由于在环戊二烯基金属化合物即所谓 的夹心化合物的 研究方面作出的 杰出贡献而荣获了 1973 年的诺贝尔化学奖。

夹心化合物是一类结构特殊的化合物, 其中心金属原子位于两个环之间 , 且与两个环上碳原子等距离。被戏称为 “三明治” 化合物 (Sandwich Compound) 。研究表明 , 金属离子与环通过强 的大键进行结合。这类化合物是富电子的 , 能发生许多亲电子取代反应。现已合成出几乎所有过渡金属的环戊二烯基化合物及与环戊二烯基化合物 类似的二苯铬和二环辛四烯基铀等。

二茂铁 二苯铬 二环辛四烯基铀

Page 11: 无机化学 的今天和明天

依赖物理测试手段已经能定量地搞清楚配合物结构的细节

○结构:

2 配位化学

○成键理论:

1893 年维尔纳提出主价和副价理论

1930 年鲍林提出价键理论

利用晶体场-配位场理论、 MO 理论可以对配合物的形成、配合物的整体电子结构如何决定配合物的磁学的、光谱学的性质等理论问题作出说明。

1929 年 Bethe 提出晶体场理论 对晶体场理论的修正是配位场理论 1935 年 Van Vleck 用 MO 理论处理了配合物的化学键问题

本世纪 50 、 60 年代 , 无机化学最活跃的领域是配位化学:

Page 12: 无机化学 的今天和明天

★配合物形成和转化的动力学知识也获得了迅速的发展。

★利用经特别设计的配位体去合成某种模型化合物 ( 配合物 ), 用于研究配位反应的机理 , 确定反应的类型。

○动力学

在维尔纳时代 , 几个已知的羰基化合物被看作化学珍奇。现在 , 金属羰基化合物及类羰基配位体(如 N2 、 NO+ 、 PR3 、 SCN -等 ) 的金属化合物的研究已发展成为现代化学的一个重要分支。

○热力学 已能准确测定或计算配合物形成和转化的热力学数据。

○新型配合物的合成

Page 13: 无机化学 的今天和明天

CH3OH+ CO CH3COOH

CH3I+ CO CH3COI CH3OH+ HI CH3I+ H2O

CH3COI+ H2O CH3COOH+ HIO

其反应如下

金属羰基化合物具有优异的催化性能。例如 , 以前由甲醇和 CO 合成醋酸需要使用高压 [(650- 700)×105Pa] 反应才能进行 , 目前使用一种铑羰基化合物 Rh(CO)2I2

-作为催化剂可以在低压下使 CO“插入”到甲醇中去 :

Page 14: 无机化学 的今天和明天

(σ- π)成键

σ成键

Π成键

金属羰基化合物以及类似的配合物的研究也极大地推动了价键理论的发展; (σ- π) 协同成键方式丰富了配位成键的理论宝库 ;

Page 15: 无机化学 的今天和明天

N2 分子与 CO 是等电子体,由于结构上的相似性 , N2 也可和过渡金属生成分子氮配合物:

N2 的端基配位 N2 的侧基配位

镍锂双核 N2 配合物 配合物中的 N2可加合质子并被还原为氨或肼 :如 HCl / CH3OH 60 ℃

HCl / Et2O - 60 ℃NH3+ N2

N2H2+ N2[Ti(Cp)2N2]

Page 16: 无机化学 的今天和明天

从表可看出 :当 N2 配位形成双氮配合物后 ,N≡N键长都略有增加 (最大增加 25 pm), 伸缩振动频率 νN≡N 都有所减小(减少 100- 500 cm - 1),表明N≡N键的强度有一定程度削弱 , 氮分子得到不同程度活化 ,为双氮配合物进一步反应创造了有利条件。

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[Ln(ClCH2COAP)3(H2O)4](ClO4)3•4H2O

稀土荧光材料的合成

从两个方面入手进行深入研究:○ 变侧链吸电子基团为给电子基团 ,增加侧链羰基的配位性能○ 变羰基为硫羰基合成异金属核配合物

功能配位化合物的研究

安替比啉 (AP) 氯代乙酰氯 氯代乙酰安替比啉

-二酮稀土配合物

OO

Ln

NN

O CC

NN

O CC

CH2ClO

£«ClCH2COCl

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磁性材料在促进社会科技发展中有着重要的地位总要提到我国最早根据物质磁性而发明指南针的伟大创举。在现代社会生活的实际中也得到广泛应用。如工业上的磁力机械 , 磁屏蔽和电磁吸收、扬声器、电话通讯、马达、高科技中的磁开关、敏感器件、信息储存、磁碟或磁带、智能磁性材料等。 人们熟知的磁体大都为以原子或具有 d 或 f 轨道的过渡金属为基础的磁体。它们大都是用高温冶炼的方法制备的无机物质。 近年来发展了一类分子磁体。它们是以顺磁性分子作为基块按某种有序的方式使分子自旋在空间排列的磁体。是通过有机金属或配位金属化学的低温合成方法制得的。 和通常的磁铁相比,分子磁体的特点是: ①易于用化学方法对分子进行修饰和剪裁而改变其磁性 ; ②可以将磁性和其他机械、光、电等特性相结合 ; ③可以用低温的方法进行合成。 这些特点使它们特别适用于未来作光电子器件。

分子磁体的研究

Page 19: 无机化学 的今天和明天

MnO

O

N

N

OH2

A

MnO

O

N

N

OH2

MnO

O

N

N

H2O

B

氰根桥联和氧桥联席夫碱配合物的多维结构 (1) 三核结构 (2)九核结构

单核和双核氧桥联席夫碱配 合物的结构

本课题组设计和合成了一系列氰根和氧桥联席夫碱配位化合物。这类配合物结构多种多样,磁性也具多样性。

Page 20: 无机化学 的今天和明天

+ (NEt4)3[Fe(CN)6]

Mn

O O

N N

C_C N=

C

N

_ CN= FeC

N

N

S

Mn

O O

N N

C_C N=

C

N

_ CN= FeC

N

N

S

S=H2O or CH3OH

2-

Mn

OO

NNS

[Mn(SB)(S)]+

SB=Schiff Base

(1)双核结构

(2)三核结构

£¨1£©

£¨2£©-

双核结构

三核结构

Mn(III) 席夫碱与 (NEt4)3[Fe(CN)6] 组装成的配合物的结构

3 五核结构

Page 21: 无机化学 的今天和明天

这是一个 µ3- O桥联的三核锰配合物的结构及其摩尔顺磁磁化率 χm 及有效磁矩μeff 随温度T变化的曲线图。可见 ,χm 随 T逐渐降低而升高 ,μeff 随 T逐渐降低而下降 ,χm服从 Curie -Weiss定律,说明配合物中三个锰离子间存在反铁磁性偶合。

Page 22: 无机化学 的今天和明天

混合价化合物是在一个化合物中,有一种元素 ( 通常是金属元素 ) 存在着两种不同的价态。近年的研究表明,材料的光、电、磁等性能及生物体中的电子传递往往与混合价密切相关。在固态电子学时代,材料的功能主要是通过对半导体中电子转移和电子传递的控制来实现的。对分子电子学来说,最重要的则是如何控制所设计的化学结构中的电子转移和电子传递。 如 ,普鲁氏蓝 KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6]的 Fe(Ⅱ) 和 Fe(Ⅲ)之间常发生的电荷迁移 Fe(Ⅱ)→Fe(Ⅲ),钼蓝中的也发生 Mo(Ⅳ)→Mo(Ⅴ) 这样的情况。 如果用 α表示金属离子的价 (电子 )离域的程度,则: ●α≈0时 , 两种金属处于不同的环境中 , 不发生混合。不产生金属到金属的荷移 , 配合物的性质为不同价体系的叠加; ●α是不大的数值 , 两种价态的环境相差不大 , 两种金属之间常有桥连配体存在; ●α值很大 , 电子有很大的离域作用 , 不同价的金属已完全混合,其间已分不清差别。

混合价化合物的研究

Page 23: 无机化学 的今天和明天

在这个领域课题组开展了以下研究工作: 1 研究了混合价化合物的电子转移理论: 2 研究了混合价化合物的稳定性及其制备方法: 3 制备了几个双核和三核的混合价配合物 , 测定了它们的晶体结构,研究了它们的 IR吸收、 UV 和可见光谱、热分解、循环伏安和磁学等性质。 ①Systhesis struture and magnetic properties of oxe-centered trinuclear manganese complex [Mn3O(O2C3H7)6(C5H5N)3]ClO4,Inorganica Chimica Acta,1999,294: 109-113 ②混合价化合物的稳定性及制备方法 , 大学化学 ,1999,14(5):33-36 ③混合价化合物的价间电子转移研究进展 , 化学通报 ,2000, (1):9-15 ④混合价双核锰配合物 [(bipy)2 Mn2(μ-O)2Mn(bipy)2](ClO4)3 的合成晶体结构及性能 , 无机化学学报 , 2000,16(4):585-589 ⑤Systhesis, crystal struture and properties of bi-nuclear man-ganese complex [(bipy)2 Mn2(μ-O)(μ-Ac)2(H2O)2](ClO4)2,Chinese Science Bulletin, 2000, 45(12): 1079-1082 ⑥[(phen)2Mn2(μ-O)(μ-Ac)2 (H2O)2](ClO4)2·4H2O 双核锰配合物的合成、晶体结构及性质 , 高等学校化学学报 ,2000,21(6): 836-839

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电荷转移型导电配合物超分子材料的分子设计

最先报道的电荷转移型导电配合物超分子是 KCP: K2Pt(CN)4Br0.3·2.3H2O

它是个具有铜光泽的晶体。 KCP

所有的 Pt 原子都具有同样的非整数氧化态, Pt(CN)4 柱沿着与 Pt(CN)4平

面相垂直的方向堆积, Pt 的 dz2 轨道交叠形成一维通道,沿堆积方向的室温导电率高出垂直方向导电率约 105

倍。 Pt 的 dz2 的重叠而使电子离域化。在配位基团的周围存在的 Br 从 d 轨道接收非整数个电子,诱导出部分充填的能带从而导致产生高电导性。

KCP

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新发现一类电荷转移型配合物在一定的条件下呈现出超导性:

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1 在改性 dmit衍生物为配体的配合物中 ,碘氧化产生的电中性配合物 [Ni(C5S9)2]的室温电导率较之 dmit配合物有一定程度的提高。

这种非线性关系具有非常重要的意义。

2 新发现在新型多硫 1,3-二硫杂戊烯衍生物的阴离子 [Ni(L)2]n- 配合物中 ,阳离子的大小和形状会影响阴离子部分所带的电荷n。 IR光谱研究发现阴离子所带电荷n 等于 0、 1、 2时,配合物的 νC=C振动频率与 n 呈近似直线关系 ,而 n为分数时对应的 νC=C值偏离这条直线。呈现非线性关系。

实验发现这种非整数化合价配合物表现出良好的导电性。

在此领域的本课题组的一系列工作发现了两个十分重要的结果:

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3 金属原子簇化合物化学 1946 年发现了 Mo6 和 Ta6 的簇状结构 , 1963 年发现 ReCl4

-含有三角形的 Re3簇结构 , Re- Re之间存在多重键。

Mo6Cl64 + Ta6Cl12

2 +

Re3Cl123 -

Page 28: 无机化学 的今天和明天

○金属原子簇化合物大都具有优良的催化性能;

○有的还具有特殊的电学和磁学性质;如 PbMo6S

8 在强磁场中是良好的超导体;

○某些含硫有机配体的簇合物有特殊的生物活性 ,

是研究铁硫蛋白和固氮酶的模型物;

○金属原子簇化合物中的化学键又有其特殊性 ;

研究表明金属不仅可以同配位体而且也能同金属原子成键。

研究金属原子簇化合物有重大的理论意义和实际意义。

Page 29: 无机化学 的今天和明天

4 生物无机化学

金属离子在生命过程中扮演着重要的角色 :

如 , 在血红素、维生素 B12 、辅酶、细胞色素 C 、几十种之多的金属酶和蓝铜蛋白质等中的 Fe 、 Co 、 Cu 等许多过渡金属离子在各种生命过程中起着关键性的作用。

生物无机化学是最近十几年才发展起来的一门无机化学与生物化学之间的边缘学科 , 是近来自然科学中十分活跃的领域 , 其研究范围很广 ,包括 : 应用无机化学的理论原理和实验方法研究生物体中无机金属离子的行为 , 阐明金属离子和生物大分子形成的配合物的结构与生物功能的关系 ;

研究如何应用这些原理和规律为人类利益服务。

Page 30: 无机化学 的今天和明天

又如 , 核糖核苷酸还原酶、甲烷单加氧酶、紫色酸性磷酸酶及最近发现的催化硬脂酸转化为油酸的脱氢酶等均为重要的非血红素铁蛋白。

而各种锰酶 (绿色植物光系统Ⅱ中的氧释放配合物、含锰过氧化氢酶、含锰超氧化物歧化酶、含锰核糖核苷酸还原酶等 )在生物催化行为中发挥着重要的作用。

铁蛋白质的活性中心一般都为氧桥联的双核铁结构。而锰酶多为由桥配体连接的锰的双核或多核配合物 , 其桥配体主要是 O2 -、

RCOO -及 RO -离子 , 它们以多种形式 (µ2- , µ3- )形成单桥、双桥及三桥的配合物。 本课题组模拟合成了多种不同氧化态的氧桥联的双核铁配合物;不同类型配体的不同氧化态的双核及多核锰的配合物。研究了它们的结构、光谱、磁性能等, 在阐明金属离子和生物大分子形成的配合物的结构与生物功能的关系、揭示生物体中金属酶的催化氧化还原过程作了一点工作。 下面示出其中三种:

Page 31: 无机化学 的今天和明天

三核锰配合物,其中有一个 µ3-O

氧桥联双核 铁配合物

双核锰配合物

Page 32: 无机化学 的今天和明天

值得一提的是无机生物固氮,现在知道固氮酶是由铁蛋白和钼铁蛋白构成的。在这些蛋白中 , Fe 、 S 、 Mo 都是功能元素。通过模型化合物的研究发现: Fe、Mo蛋白的结构是由组成为 MFe3S3 的两个开口 “网斗”口对口地被三个 S原子相桥联。附图中上半部那个MFe3S3(口朝下 )的M为 Fe原子 ,而下半部那个MFe3S3(口朝上 )的 M则为Mo原子。

结构中存在一个由 6个配位不饱和 Fe 原子组成的三棱柱体 ,Rees等认为 N2 分子是在三棱柱体空腔中与 Fe 原子形成六联 N2 桥物种而活化并被还原的。图中的 Y在最先的 报道中是个未知配位体 , 现在则认为也是 S原子。

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5 无机固体化学

例如 , 超导材料的研究离不开无机化学。 ☆1911 年 Onnes 发现 Hg 在 4.2K温度下具有零电阻的特性 ;

☆ 1986 年 Bednory 和 Muller 发现镧、钡、铜的混合氧化物在 35K 显示超导性 ; 这一发现开辟了陶瓷超导研究的新路,导致他们获得了 1987年诺贝尔物理学奖。

从 l911 年开始算起的 75 年中 , 将临界温度逐渐提高到 23K (平均每 10年提高 3K) 。

无机化学与作为现代文明的三大支柱 ( 材料、能源、信息 )之一 的材料有密切关系 , 无机固体化学在

材料科学研究中占有重要的地位。

Page 34: 无机化学 的今天和明天

YBa2Cu3O7 - x属于有“缺陷”的钙钛矿型的结构 ,钙铁矿结构中 Ti 的位置被 Cu 所占据 , 而 Ca 的位置换成了 Ba 和 Y,结构中一些氧原子从本应出现的位置上消失。正是这种“缺陷”结构使其具有超导性。

▲1988 年朱经武和吴茂昆发现类似的混合氧化物 “一、二、三”化合物 (YBa2Cu3O7 - x ,x≤0.1) 在 95K 显示超导性。

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6 非金属化学 非金属无机化学中最突出的几个领域

稀有气体化学硼烷化学富勒烯化学

☆ 1962年,加拿大化学家 Bartlett 首次将强氧化剂 PtF6与气体 Xe 混合,两种气体立刻发生反应 ,生成 Xe[PtF6]和 [XeF][PtF6]。此后化学家们又相继制备出 XeF4 、 XeF2 、 XeF6 、 XeO3 和 XeO4等。 巴利特的发现对同一领域和相近领域的研究工作产生了巨大的影响。

稀有气体氟化物作为新氟化试剂还使化学家得以制备某些新型化合物和原先不曾制得的高氧化态物种。

稀有气体化学的发现一开始就与氟化学相联系,它的发展又成为发展氟化学的驱动力。

Page 36: 无机化学 的今天和明天

NaBr03+XeF2+H2O = NaBrO4+2HF+Xe

例如,多年来就熟悉ClO4 - 和 IO4 - 的化合物 ,未能制得对应含BrO4 -的物种的事实令无机化学的授课教师和学生深感困惑 , 根据周期表判断该物种理应是存在的。这一多年的困惑在 1968年终于得到了解决 , 第一次制得该化合物时用作氧化剂的就是稀有气体氟化物 XeF2:

XeFn 作为强氧化剂和氟化剂,在有机合成等方面得到实际应用。 XeO3 的氧化性用于铀、钚和镎裂变同位素的分离 ; 还可用作微型炸药。可用 Na4XeO

6·8H2O的很低的溶度来定量测定 Na。还有报道说,氟化氙可用作聚合引发剂和交联试剂,又可用作优质激光材料等等。

Page 37: 无机化学 的今天和明天

迄今制得的多为 Xe的化合物。 Kr的化合物的制备就比较困难 , 目前只知 KrF2 和 KrF4; 更小的稀有气体 (He、 Ne、 Ar)的化合物至今还未制备成功。

Rn的化合物似乎应该较易制得 , 如果能制备成功 ,就有可能用化学方法去检查和除去矿井中的 Rn气 , 也可用于消除民用住房中的 Rn气 , 使人们免遭超剂量放射线的伤害。

硼氢化物在 1879年即已发现,经本世纪初德国 Stock 20余年的研究已制备并鉴定出B2H6 、 B4H10 、 B5H9 、 B5H11 、 B6H10 和 B10H14 等硼氢化合物以及他们的衍生物。

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本世纪 50、 60年代以来,由于航天事业的飞速发展,硼烷曾被指望用来作为火箭燃料 ( 基于硼烷与氧反应发出大量的热 )。这种愿望推动着硼烷的制备和合成工艺的发展,同时也促进了硼烷化学的基础研究工作。 1957年,美国化学家 Lipscomb通过对各种硼烷结构的系统研究,提出了在这些缺电子化合物中存在着三中心二电子共价键的多中心键的假设,并总结了各种硼烷构成多面体结构的规律 , 他的这一杰出的工作赢得了 1976年的诺贝尔化学奖。

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近年来 , 美英科学家对碳元素的第三种同素异形体 C60 的研究取得了重要的进展。 C60 是一种由 60 个碳原子构成的分子。每个碳原子以 sp2.28 杂化方式与相邻的碳原子成键,剩余的 p 轨道在 C60球壳的外围和内腔形成球面大 π键,构成一个由 12 个五元环和 20 个六元环组成的直径为 0.7nm 的接近球面体的 32 面体结构,恰似英国的足球,具有高度的美学对称性。具这种结构的 C60 分子,表现出许多奇特的功能,如分子特别稳定,可以抗辐射、抗化学腐蚀,特别容易接受和放出电子。由于 C60 是一个直径为 0.7nm 的空心球,其内腔可以容纳直径为 O.5nm 的其他原子。已经证明,富勒烯的笼中可以包含的单个离子 , 如 K 、 Na 、 Cs 、 La 、 Ca 、 Ba 、 Sr 和 O等 , 生成富勒烯的包合物 MnC60 。例如 , 掺钾 K3C60 在- 255℃成为超导体。 除了 C60 以外,具有这种封闭笼状结构的还有 C26 、 C32 、 C52 、 C90等等。 1996 年 Curt 、 Kroto 、和 Smalley 因在 C60 研究中的贡献而被授予诺贝尔化学奖。

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三 现代无机化学发展的特点 已经进入到了现代发展阶段的现代无机化学具有如下三个特点 :

1 从宏观到微观 现代无机化学进入到物质内部层次的研究阶段,也即进入了微观水平的研究阶段。现在不只研究无机化合物的宏观性质,而且更重视物质的微观结构的研究即原子、分子内部结构特别是原子、分子中电子的行为和运动规律的研究,从而建立了以现代化学键理论为基础的化学结构理论体系。

现代无机化学是既有翔实的实验资料又有坚实的理论基础的完全科学。

Page 41: 无机化学 的今天和明天

现代无机化学特别是结构无机化学已普遍应用线性代数、群论、矢量分析、拓扑学、数学物理等现代的数学理论和方法了。并且应用电子计算机进行科学计算,对许多反映结构信息及物理化学性能的物理量进行数学处理。这种数学计算又与高灵敏度、高精确度和多功能的定量实验测定方法相结合,使对无机化合物性质和结构的研究达到了精确定量的水平。

2 从定性描述向定量化方向发展

Page 42: 无机化学 的今天和明天

3 既分化又综合 , 出现许多边缘学科 现代无机化学一方面是加速分化,另一方面却又是各分支学科之间的相互综合、相互渗透,形成了许多新兴的边缘学科。

此外还有○物理无机化学 ;○无机高分子化学 ;○地球化学 ; 等等。

无机化学与有机化学的结合产生了○有机金属化合物化学 ;

生物化学与无机化学 (特别是配位化学 ) 结合产生了○生物无机化学 ;

固体物理与无机化学的结合产生了○无机固体化学 ;

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总之 ,现代无机化学既有理论又有事实 ,它把最新的量子力学成就作为自己阐述元素和化合物性质的理论基础 , 也力图用热力学、动力学的知识去揭示无机反应的方向和历程。无机化学家不是单纯地提供实验结果而是也在不遗余力地进行理论探索。他们擅长于实验合成,也胜任于对自己的实验发现作出理论说明。无机化学涉猎的范围很宽 ,周期表中的 100多种元素以及除烃和烃衍生物以外的所有化合物都是无机化学的研究对象。因此无机化学的研究任务异常繁重 , 但同时也说明它是一门丰富多彩具有无限发展前途的学科。

Page 44: 无机化学 的今天和明天

无机化学己经走过了发展、萧条、复兴、再发展的漫长的道路。当前国家现代化建设事业对无机化学的发展提出了更高的要求,我们相信,无机化学这一既古老又年青的学科,在我国化学工作者的努力下,一定能获得更大的发展,一定能在国家四化建设中作出重要的贡献。

参 考 文 献 1 唐宗薰等,中级无机化学, 1993

2 戴安邦,大学化学, 3(1), 1988

3 F. Basolo, 大学化学 , 3(5), 1988

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