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1、高等无机化学,1-1-1,绪论 一、课程的作用与地位 二、内容简介 三、课程特色与学习方法 四、参考书目,绪论 一、课程的作用与地位 随着科学技术的日新月异，随着计算机技术、现代物理方法以及各种波谱技术的广泛应用，使无机化学的研究领域，无论在深度还是在广度上都发生了前所未有的深刻变化，令人耳目一新。 1。各种新型的无机化合物层出不穷， 种类繁多、性能优越。,2。无机化学的研究范围不断扩大，打破了原有的界限而引伸到了其他化学的领域。形成的交叉学科正迅速崛起 ： 无机化学与结构化学-原子簇化学 无机化学与有机化学-有机金属化学 无机化学与生物化学-生物无机化学 无机化学与材料科学-无机材料化学 已
2、经成为无机化学中最为活跃的研究领域。 无机化学这门古老的化学分支，重新进入了一个蓬勃发展的时期。,3。无机化学课程在现代工程技术人才培养中具有无可争议的重要性， 在本科阶段已经系统地学习了无机化学，有机化学，分析化学，物理化学和结构化学等基础化学课程的学生， 在进入硕士阶段后仍有必要在无机化学领域继续深造。,二、内容简介 全书共分六章，内容分别为： 第1章 原子的电子结构与化学元素周期系 通过原子的电子结构的影响因素，介绍周期表中元素性质的规律性以及对无机化合物性质的影响。 第2章 群论在无机化学中的应用 通过分子对称性和群论的基础知识，介绍无机化合物成键轨道、分子振动光谱和配合物电子光谱的判
3、断方法。,第3章 无机化学热力学 着重介绍了无机物热稳定性和溶解性的热力学判据、晶格能的理论计算、玻恩哈伯循环及有关计算、水合离子的热力学性质、电极电势的热力学性质。同时还介绍了化合物酸碱性的热力学性质，非水溶剂中的电极电势。 第4章 酸碱理论和非水溶液化学 通过酸碱理论，介绍水溶液体系、非水溶液体系以及熔盐体系的化学反应规律性。,第5章 新型无机化合物 通过化学键理论，以新型化学键为线索，介绍各类新型的无机化合物的性质。 第6章 生物无机化学 通过配位键理论，介绍生命必须元素在生命体内的存在形式、结构和生理功能。,三、课程特色与学习方法 1强调知识的系统性 全书以无机化学基本理论的发展为主线
4、，贯穿于无机化学新型化合物的介绍。突出原子的电子结构与化学键理论、分子对称性与化学反应能量对物质性质的影响规律，呈现给读者一个清晰的无机化学新领域。 2强调知识的连续性 传承无机化学的知识体系，强调高等无机化学课程是无机化学课程的提高与深化，注意到相关知识的前后衔接，克服因起点太高而出现知识脱节的缺陷，以适应不同起点的读者的要求。,3强调知识的实用性 各章的编写穿插必要的例题，并在书后配以相应的习题，便于读者理解基本原理、掌握基本方法、做到学以至用。,四、 教材与参考书目,1.指定教材： 高等无机化学，关鲁雄主编， 化学工业出版社，2004年9月,2.主要参考书目 （1）金安定等，高等无机化学
5、简明教程， 南京师范大学出版社，1999年,（2）项斯芬编著 ，无机化学新兴领域导论， 北京大学出版社，1988年,2.主要参考书目,（3）唐宗薰，中级无机化学（第2版）, 高等教育出版社，2009年7月,2.主要参考书目,（4）张祥麟，王曾隽主编，应用无机化学， 高等教育出版社，1992年,2.主要参考书目,（5）沈斐风等， 现代无机化学， 上海科学出版社，1985 （6）陈慧兰等编，理论无机化学,高等教育出版社，1989 （7）美F.A.科顿，英G.威尔金森著 ，诸高校译高等无机化学北京：.人民教育出版社，1980,2.主要参考书目,2006年天津工业大学博士生招生目录,第一章 原子的电子
6、结构与元素周期系,DNA 双螺旋结构,DNA规则的双螺旋结构可使DNA双链分离以进行复制 这是一种传递遗传信息的简单机制。,第一章 原子的电子结构与元素周期系 第一节 原子结构的研究方法 第二节 原子的电子结构 第三节 原子结构参数的周期性,第一节 原子结构的研究方法 一、原子的内部组成 二、原子核外电子的基本特征 三、原子核外电子运动状态的描述方法,原子结构发现史的学习思路：,人类在原子结构的探索过程中 经历的几个重要的历史阶段,（1）从公元前5世纪至19世纪，“原子”只是一个哲学观念，哲学家认为，原子是组成宇宙万物的最微小、最坚硬、不可入、不可分的物质粒子。,Democritus(460
7、370 B.C.) 德谟克利特（古希腊哲学家）,（2）1879年科学家们通过阴极射线管实验首次发现了电子，冲破了千百年来原子是组成最小单元的陈旧观念。为此，德国科学家勒纳德（Philipp Lenard）荣获1905年诺贝尔物理学奖；英国科学家汤姆孙（Sir Joseph Thomon）荣获1906年诺贝尔物理奖。,勒纳德,汤姆孙,1879年阴极射线实验,（3）1896年英国物理学家卢瑟福（Ernest Rutherford）通过散射实验发现了原子核，并建立了原子结构的“行星式模型”。为此，荣获1908年的诺贝尔化学奖。,卢瑟福,1896年粒子散射实验,（4）然而，当人们试图用牛顿力学的原理和
8、方法解释核外电子的运动规律时，却屡遭失败！,（5）人们无法用传统观念解释黑体辐射实验曲线，德国科学家普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Plank)于1900年提出了量子假说，首次否定了“一切自然过程都是连续过程”的传统观点。为此，荣获1918年诺贝尔物理奖。,普朗克,（6）氢原子光谱是人类探索原子结构奥秘的窗口，然而，“氢原子光谱为什么不是连续光谱而是线状光谱？”这个问题却长期困扰着人们。1913年丹麦物理学家玻尔(Bohr)在氢原子光谱实验中引入普朗克的量子化概念，成功地解释了氢原子光谱实验的结果。为此，荣获1922年诺贝尔物理奖。,氢原子光谱的光源和谱图,玻尔,（7）人们
9、无法用传统观念解释光电效应，德国科学家爱因斯坦（Allbert Einstein）于1905年提出了光子学说，从此结束了几百年来关于“光是波还是粒子”的争论。为此，荣获1921年诺贝尔物理奖。,爱因斯坦,（8）1924年法国青年理论物理学家德布罗意（L.de Broglie）在爱因斯坦光子学说的基础上大胆提出了“波粒二象性不只是光才有的属性，而是一切微观粒子共有的本性”，确立了电子的“波粒二象性”。为此，荣获1929年诺贝尔物理学奖。,德布罗意, / h/mv,（9）1927年美国物理学家戴维逊(C.J.Davisson)和英国物理学家汤姆森(G.P.Thomson)分别获得了金属晶体的电子衍
10、射图，从实验上证实了德布罗意的假说。为此，他们共享了1937年的诺贝尔物理奖。,戴维逊,汤姆森,X光衍射图,电子衍射图,（10）1926年奥地利物理学家薛定谔(Schrdinger)提出了使用几率概念和量子力学方法，能同时反映微观粒子运动的波动性和粒子性的“薛定谔方程”。为此，荣获1933年诺贝尔物理奖。,薛定谔,（11）1927年海森伯(W.Heisenberg)则提出了测不准原理，从理论上明确了经典理论对于描述微观粒子的运动已经不适用。为此，荣获1932年诺贝尔物理奖。,海森伯, /4,一、原子的内部组成 原子是化学变化的基本单元，了解原子的内部组成、结构和性能，是理解化学变化本质的前提条
11、件。 原子,1879年阴极射线实验,1896年粒子散射实验,根据原子的有关数据， 可以得到如下几个重要概念： 体积关系关系 原子的半径约为， 原子核的半径仅为， 原子核的体积只有原子体积的1， 原子核仅占原子的百万亿分之一！ 原子是“空的”。,2质量关系,结论： 1。原子核的质量占了原子质量的99.9% 以上 但原子核的体积只有原子体积1015， 原子核的密度高达11013gcm-3。 而一般物质的密度只有1100 gcm-3 数量级，10000亿倍关系 这意味着：装载1 cm的核物质，须用1 000艘万顿级货轮! 2。根据 E = m c -原子核内蕴藏着非常巨大的潜能。,3。原子核有极高的
12、密度，巨大的核能。 原子核的性质决定了原子的种类和性质，原子正是通过其巨大质量的核和核电荷对化学反应施加影响。,3电荷关系,根据原子及其内部微粒的电荷关系， 英国人莫斯莱(Moseley)研究证明： 原子核内的质子数和核外的电子数都恰好等于原子序数， 即： 原子序数（Z） = 核内质子数 = 核电荷数 = 核外电子数 (1-2) 也就是说，质子数相同的原子属于同种元素。但质子数相同的原子，中子数不一定相同， 这意味着同种元素中可能含有不同的原子。,4。3个基本概念 （1）元素与核素,元素-质子数相同的一类单核粒子 用元素符号表示。,核素-质子数和中子数都相同的单核粒子 用核素符号 表示,左上标
13、A为核子数(质子数与中子数之和)因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为质量数。,式中左下标Z为质子数,应用1。同位素的概念,元素中有单一核素的，如：Na、， 多数元素是多核素元素， 例如氧元素有：、7、。 同一元素的不同核素互为同位素。,应用： 同位素按其性质可分为和两类。,放射性同位素放出的射线通常有三种：、和射线。 射线为氦核流(42He2+)，带2个单位正电荷，质量数为4，它的穿透力较小。 射线为电子流(0-1 e)，能穿透皮肤表层。 射线是波长极短，穿透力很强的电磁波。 由于射线对人体有害，通常要把射线源(如226 Ra，60 Co)放在特制的铅盒中。这是利用铅对射线有较大的吸收能力
14、，使工作人员少受射线的照射。,放射性同位素在放出射线时，即变成其它元素的原子。 这种由于放射现象从一种元素的原子自发变成另一种或几种元素的原子的过程称为原子的衰变。 例如， 22688 Ra 22286 Rn + 42He 146 C 147N + 0-1 e 化学反应所释放的是分子能， 而原子衰变释放的是原子能- 释放能量的是等量物质进行化学反应的几百万倍。,放射性同位素在医学上的应用， 主要集中于射线的应用和示踪原子的应用两个方面： （1）射线的应用： 利用射线穿透活细胞时能抑制或破坏细胞的活动，可治疗某些疾病。例如，利用60C对癌细胞的破坏作用来治疗体内深处的恶性肿瘤。,（2）示踪原子的
15、应用： 放射性同位素的原子所放出的射线可被专门仪器探测到，因此把这种原子称为示踪原子或标记原子，含有标记原子的化合物称标记化合物。示踪法就是应用标记原子或标记化合物参加反应，借助它的射线来追踪它在体内的部位和了解参加反应的过程。 例如，内服或注射少量放射性元素的药物，它极易在肿瘤组织及病变区域聚集，医生根据这些药物的射线可诊断病人患什么病，从而对症下药。在DNA的复制机理研究方面，示踪原子也起了重要作用。,概念的推广：同量素的概念,元素A核素i 。 。 。 元素X-核素i,异序同量素,将质量数相同而质子数不同（原子序数不同）的核素互称为异序同量素，简称为同量素， 例如 Ar、K、Ca互为同量数
16、。,（2）元素的相对原子质量（） 定义：元素的相对原子质量（）为： （）（）（）,对应核素的 摩尔分数,对应核素的 原子质量,以原子质量 为单位,累加和,注意：相对原子质量是量纲一的量。 元素的相对原子质量也都有小数。,【例11】 计算氯元素的相对原子质量（）。已知： （）. u， （）.5； （7）. u, （7）.。,解：（） （. . u . u） .u/1 u =. 元素的相对原子质量，随原料的来源和处理方法不同而异，随着测量技术的进步，其精确度不断提高。国际相对原子质量表需要数年修订一次。,（3）原子单位（atomic unit,au) 由于组成原子的各基本微粒的有关物理量的量值太小，故专门制定了相关的原子单位（atomic unit,au)， 表1-2 原子单位（au）,二、原子核外电子的基本特征 （一）微观
