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1、无 机 化 学,Inorganic Chemistry,共23,2,0-1. 化学研究的对象和内容,什么是化学？ 化学是一门中心的、实用的和创造性科学 目前，人们把客观存在的物质划分为实物和场两种形态，化学研究的对象是实物，场不属于化学研究的范畴。 化学通常说是研究物质的组成、结构、性质与变化规律的科学。 这里的物质包括: 自然界存在的一切物质-地球的矿物, 空气中的气体, 海洋中的水和盐； 动植物体内找到的化学物质； 人类创造的新物质。,共23,3,这里的变化包括: 因闪电而着火的树木； 与生命相关的变化和由化学家发明和创造的新变化。 就物质的构造而言，大至宏观的天体，小至微观的基本粒子，其
2、间可分为若干个层次。 第一层次：包括地球在内的天体称为第一层次； 第二层次：组成天体的单质和化合物称为第二层次； 第三层次：组成单质和化合物的原子，分子和离子作为第三层次； 第四层次：组成原子，分子和离子的电子、质子、中子以及介子、等许多基本粒子还可构成第四层次； 就化学而言，其研究对象只局限在原子，分子和离子这一层次上的实物。,共23,4,另外，物质的运动包含有多种形式，如机械运动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动等等，而化学研究的内容仅限于研究物质的化学运动即化学变化。化学变化的特点表现在：（1）在化学变化过程中原子，分子和离子因核外电子的运动状态的改变而发生分解和化合，即是质变，这
3、是化学变化的第一个特点；（2）化学变化的同时常伴随有物理变化，即能量的变化（如光、热等），因此在研究物质的化学变化的同时，必须注意研究相关的物理变化，这是化学变化的第二个特点；,共23,5,（3）在化学变化时反应物是按一定的质变关系来发生变化的，即有定量的关系，这是化学变化的第三个特点。 在化学变化后，物质的组成发生了改变，也就是说由原物质变成了新的物质，但不涉及新元素的生成，即不涉及到原子核的改变。例:,共23,6,这种运动一般都纳入物理变化的范畴，但却有新物质的产生，而我们说的化学变化是发生分子组成的质变，这种质变是由于分子中的原子外层的电子的运动状态的改变而引起的。 在这里原子核的组成并
4、没有发生变化，即化学变化的根本特点是：在原子核组成不变的情况下发生的质变，是由于分子或原子、离子等内部的 电子的运动而引起的物质组成的质变，所以上述核反应就不是化学变化。 超分子：比分子高一个层次，是超分子层次（Supramolecule scale），它也是化学研究的对象。,共23,7,超分子的内涵有二： 其一是与很大的分子同义，即巨分子（Macromolecule），它们是单一的分子，它们的原子间以强相互作用力结合，但它们是由许多小分子合成的， 而且具有某种特殊的高级结构或构型。 另一层含义是若干个分子以弱的相互作用力（通常称为分子间作用力，包括范德华力和氢键等）相联系，并且通过所谓“自组
5、装”（Self-assembling）或“自组织”(Self-organizing)构筑 (tectonize)成某种结构。 通常化学研究的是第二种含义。近年来 人们普遍认为超分子以上的层次是21世纪化学重要的研究对象 。,共23,8,综上所述，可以给我们研究的化学下一个这样的定义： 化学主要在分子层次上以及以超分子为代表的分子以上层次上研究物质组成、结构、性能和变化的学科（包括过程中能量关系）。 至于将来，究竟化学研究的分子以上的层次还将如何向上发展，以什么为代表，尚不能做出预言。,共23,9,0-2.化学发展简史和前景,2.1 古代化学 一、实用和自然哲学时期 原始社会：人类第一个化学上的
6、发明就是火； 奴隶社会：“实用时期”（实用化学工艺为特征），如：炼铁；有色玻璃；药物、染料和香料；陶器等等。 两汉时期：发明了造纸术，不少零星的化学知识， 思考宇宙结构和物质问题的基础，并提出了一些看法。如： 亚里士多德：四种“原性”-热、冷、干、湿构成宇宙的四种原质。,共23,10,二、炼金术和炼丹术时期（公元前后-公元1500年） 道学家用化学方法去“炼丹”（即Pb3O4 和HgS）。前者也称红丹，铅丹，橙红色粉末。 东汉的魏伯阳著有“周易参同契”一书，这部书是世界上最早的炼丹术文献。 阿拉伯炼丹术比中国晚500年。 “哲人石” 在这段时期，化学走入了歧途，但也积累了更多的化学知识，提高了
7、实验技术水平，制作了许多器皿。,共23,11,三、医药化学时期 在16世纪初期，开始了资本主义工业的发展，商业的兴盛和生活本身提出的一系列的新要求。如医治疾病等迫使化学走上了正路。 李时珍（医药化学家、医生）著有医药学巨著“本草纲目”（1590年）。当时用化学方法制成了许多药剂，主要是无机物成功地医治了一些疾病，促使许多医生加入这一队伍，推动了化学的发展。 由于和化学联系最密切的在当时除药物外就是冶金了， 所以人们的注意力指向了燃烧反应，即化学进入了第四个时期- 燃素学说时期。,共23,12,四、燃素学说时期（公元1700-1774年） 史塔尔：1700年提出了一种燃素学说。 他认为任何能燃烧
8、的物体里都含有一种名叫燃素的物质。 学说的主要功绩是彻底清除了亚里士多德的“原性”学说。 困难：所有被氧化的金属总是比氧化前要重些，这和预期的适好相反。 拉瓦锡的氧化理论（1774年）， 通过实验证实燃烧并不是放出燃素，恰恰相反，是燃烧物质和空气中的氧所起的化合反应，近代化学也就由此产生了萌芽。,共23,13,2-2 近代化学的萌芽 1661年波义耳（Boyle）：“怀疑派的化学家” 1869年门捷列夫：元素周期律。 天平的使用：它使化学的研究进入定量阶段。 1748年罗蒙罗索夫的质量不灭定律； 1774年拉瓦锡的氧化理论； 18世纪末普劳斯特的定比定律； 1803年道尔顿（Dolton）建立
9、的倍比定律，当量电功率，原子学说，相对原子量； 1811年阿佛加德罗（Avogadro）定律和分子概念，使化学成为一门科学； 1869年门捷列夫：元素周期系，并找出了它们的规律，使化学体现了从量变到质变的客观规律。,共23,14,2-3 化学的现在与未来前景 X-射线： 放射性： 电子: 三大发现的意义在于打开了探索原子和原子核内部结构的大门，孕育着科学上的新概念和新理论的产生。 物理学：量子论、相对论和量子力学新理论。 化学：原子结构和分子结构学说。 这是一场巨大的科学革命，化学也就由此进入了现代化学的发展时期。,共23,15,现代化学具有不同于过去历史时期的显著特点：,从宏观的研究深入到微
10、观的研究； 从描述性科学向推理性的科学过渡； 大大提高了化学的定量化水平，向定量科学发展； 对物质的静态结构和化学反应的动态研究愈精细化； 化学学科既高度分化又高度综合的发展趋势日益加速。 所以，从这些不同来看，现代化学的主要发展趋势概括起来说，是沿着以下六个主要方面发展：,现代化学的主要发展趋势,1、结构与性能关系； 2、原子核结构和核内微粒运动规律的研究； 3、合成化学研究；化学的核心是合成；,4、化学动力学的研究； 5、分析测试方法和技术的研究及其应用 6、学科的进一步分化和融合，产生大量的边缘学科。,化学家涉足的工业领域如图所示,共23,18,现代化学的若干基本问题,反应过程与控制 合
11、成化学 基于能量转换的化学反应 新反应途径与绿色化学 设计反应 纳米化学与单分子化学 复杂体系的组成、结构与功能间关系研究 物质的表征、鉴定与测试方法,共23,19,目前全球关注的四大热点问题： 环境的保护 能源的开发和利用 新材料的研制 生命科学,共23,20,0-3.如何学习无机化学一 .理论大课（与中学的不同；如何学？）,共23,21,1以无机化学基本原理为纲 热力学原理 - 宏观 结构原理（原子、分子、晶体） - 微观 元素周期律 - 宏观和微观 2预习- 复习 - 总结 规律性、特殊性、反常性。记忆重要性质。 3作业 通过课后习题巩固理论知识,共23,22,主要参考书目 1.无机化学
12、学习指导 淮北煤炭师范学院编著 中国矿业大学出版社 2. 无机化学 （第三版）北京师范22大学编著， 高等教育出版社出版 3. 无机化学习题精解 胡少文等编著， 科学出版社出版 4.无机化学（第三版） 武汉大学主编， 高等教育出版社出版 5. 无机化学 （第一版）傅献彩主编， 高等教育出版社出版,第 1 章 原子结构和 元素周期表,Chapter 1 Atomic Structure and Periodic Table of Elements,1.了解原子核外电子运动的基本特征、原子能级、波粒二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念。 2.了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌 握四个量子
13、数的物理意义、取值范围。 3.熟悉 s、p、d 原子轨道的形状和方向。 4.理解原子结构的近似能级图，掌握原子核外电子 排布的一般规则和 s、p、d、f 区元素的原子结 构特点。 5.能从原子的电子层结构了解元素性质、原子半径、 电离能、电子亲合能和电负性的周期性变化。,本章教学要求,1.2 原子结构的波尔行星模型 波尔模型,1.5 基态原子电子组态（电子排布）,1.6 元素周期系,1.7 元素基本性质的周期性,1.1 原子结构理论的发展简史,1.3 氢原子结构（核外电子运动）的量子力学模型,1.4 多电子原子的能级,古代希腊的原子理论 道尔顿(J. Dalton) 的原子理论- 19世纪初
14、卢瑟福(E.Rutherford)的行星式原子模型-20世纪初 近代原子结构理论-氢原子光谱,1-1 原子结构理论的发展简史, 古希腊原子论 Democritus(460-370 B.C) 内容: 宇宙由虚空和原子构成； 每一种物质由一种原子构成； 原子是物质最小的、不可再分的、永存不变的微粒。,17-18世纪，许多著名科学家如笛卡尔、波意耳、牛顿、拉瓦锡等都深信物质微粒的存在。其中波意耳第一次给出了化学元素的操作性定义。认为：化学元素是用物理方法不能再分解的最基本的物质组分，并进而指出，化学相互作用是通过最小微粒进行的，一切元素都是由这样的最小微粒组成的。,道尔顿(J. Dalton) 的原
15、子理论 19世纪初，英国人道尔顿把元素和原子两个概 念真正联系在一起，创立了化学原子论. 道尔顿原子论要点： 每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相 同，不同种原子质量不同；原子不可再分；一种原 子不会转变为另一种原子；化学反应只是改变了原 子的结合方式，使反应前的物质变成反应后的物质。,道尔顿提出的原子质量概念，实质上就是相对原子质量概念，并用大量实验测定了一些元素的相对原子质量。,20世纪以来，随着电子、质子、中子、放射性、同位素等一系列新发现，人们建立了生动而具体的原子模型，原子从假说变为实在。并且人们对原子的认识已经大大深化：原子并不像道尔顿等人想象的不可分，而是由更小的微粒构成；原
16、子由原子核和核外电子组成；原子核又由质子和中子组成；质子带正电，中子不带电；原子也并不像道尔顿等人想象的永远不变，有些原子有放射性，其原子核不稳定，会自发释放某些亚原子微粒（，等等）而转变为另一种原子。,道尔顿原子论的重要贡献：, 道尔顿提出了原子量的概念，并用实验测定了一些元素的相对原子质量。, 道尔顿用符号来表示原子,是最早的元素符号。, 为贝采里乌斯原子量和元素符号奠定了坚实的基础，极大地推动了化学的发展。,贝采里乌斯原子量(1818和1826),一些重要的化学基本概念,1、元素：具有一定核电荷数（等于核内质子数）的原子称为一种（化学）元素。元素是一类原子的总称。是以核电荷数为标准对原子进行分类的，也即原子的核电荷数是决定元素种类的关键。 2、原子序数：按（化学）元素的核电荷数进行排序，所得序号叫做原子序数。 3、元素符号：每一种元素都有一个用拉丁字母来表达的符号。在
