无机化学的综述
无机化学综述
(
除
分支学科。
1828
的。 无机机化学只是化学反应中的冰山一角,化学反应主要以有机为主。
无机化学发展简史
如至少在公元前6000
公元前5000
2世纪中国发现铁能与铜化合物溶液反应产生铜,这个反应成为后来生产铜的方法之一。
化合物方面,
) 的味苦。
生产过程。由此可见,在化学科学建立前,人类已掌握了大量无机化学的知识和技术。 古
2、3142年中360
8世纪,
作方法和积累的感性知识,却成为化学科学的前驱。 由于最初化学所研究的多为无机物,所以近代无机化学的建立就标志着近代化学的创始。建立近代化学贡献最大的化学家有 玻意耳在化学方面进行过述了元素和化合物的区别,提出元素是一种不能分出其他物质的物质。这些新概念和新观点,把化学这门科学的研究引上了正确的路线,对建立近代化学作出了卓越的贡献。 拉瓦
拉瓦锡在大量定量实验的基础上,于1774
即在化学变化中,物
1789年,在他所著的《化学概要》中,提出第一个化学元素分类表和新的
由于拉瓦锡的提倡,天平开始普遍应用于化合物组成和变化的研究。 1799年,法国化
量皆有一定比例。结合质量守恒定律,1803两种元素化合成几种不同的化合物,则在这些化合物中,与一定重量的甲元素化合的乙元素的重量必互成简单的整数比。这个推论得到定量实验结果的充分印证。原子学说建立后,化
学这门科学开始宣告成立。 19世纪
30年代,已知的元素已达60
1869的作用。
目前已知的元素共109种,其中94种存在于自然界,15
种是人造的。代表
按意新创的,
如氢(轻的气) 臭的水) 白色的金,同时也是外文名字的译音) 等。 周期律对化学的发展起着重大的推动作用。根据周期律,门捷列夫曾预言当时尚未发现的元素的存在和性质。周期律还指导了对元素及其化合物性质的系统研究,成为现代物质结构理论发展的基础。系统无机化学一般就是指按周期分类对元素及其化合物的性质、结构及其反应所进行的叙述和讨论。 19世纪末的一系列发现,开创了现代无机化学;1895
发现
1896
1897
20
的结构模型,改变了道尔顿原子学说的原子不可再分的观念。
19241926
证明在氢分子中的两个氢
此后,经过几方是现代无机化学的理论基础。
编辑本段无机化学的研究内容
用感官直接观察事物所得的材料,称为事实;对于事物的具体特征加以分析、比较、综合和概括概念;组合相应的概念以概括相同的事实则成定律,例如,不同元素化合成各种各样的化合物,总结它们的定量关系得出质量守恒、定比、倍比等定律;建立新概念以说明有关的定律,该新概念又经实验证明为正确的,即成学说。例如,原子学说可以说明当时已成立的有关元素化合重量关系的各定律。 综合事实,学说解释并贯串定律,从而把整个化学内容组织成为一个有系统的科学知识。人们认为近代化学是在道尔顿创立原子学说之后建立起来的,因为该学说把当时的化学内容进行了科学系统化。 系统的化学知识是按照科学方法进行研究的。科学方法主要分为三
步: 搜集事实 搜集的方法有观察和实验。实验是控制条件下的观察。化学研究特别重视实验,因为自然界的化学变化现象都很复杂,直接观察不易得到事物的本质。例如,铁
无论观察或实验,所搜集的事实
必须切实准确。化学实验中的各种操作,
建立定律 术积累的化学知识虽然很多,但不能称为科学。要知识成为科学,必须将搜集到的大量事实加以分析比较,去粗取精,由此及彼地将类似的事实归纳成为定律。
例如普鲁斯特注意化合年的努力后发现每一种化合物的组成都是完全相同的,于是归纳这类事实,提出定比定律。 创立学说 化学定律虽比事实为少,但为数仍多,而且各自分立,互不相关。化学家要求理解各定律的意义及其相互关系。道尔顿由表及里地提出物质由原子构成的概念,创立原子学说,解释了关于元素化合和化合物变化的重量关系的各个定律,并使之连贯起来,从而将化学知识按其形成的层次组织成为一门系统的科学。
由于各学科的深入发展和学科间的
实验方法如:X
形成现代无机化学。
现代无机化学就是应用现代物理技术及物质微观结构的观点来研究和阐述化学元素及其所有无机化合物的组成、性能、结构和反应的科学。无机化学的发展趋向主
100085) 近几年果累累,一批中青年专家的工作脱颖而出。有的专家在科研成果转化、产业化方面作出了突出成绩;有的专家在国际高水平的专业杂志Science, Accounts of Chemical Reserch , Angew.Chem.Int.ed., J. Am. Chem. Soc. 上发表了一批有影响的科学论文。以化学著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.和J. Am. Chem. Soc.为例,据不完全统计,近10年来,大陆学者在Angew. Chem. Int. Ed. 上共发表论文44篇,其中无机化学领域的专家发表18篇,占41%。特别是近两年,大陆学者在Angew. Chem. Int. Ed. 上共发表论文30
篇,无机化学领域的专家发表16篇,占53%,增长迅速;近10年大陆学者在J. Am. Chem. Soc. 上发表论文53篇,无机化学学者发表11篇,占20%Angew. Chem. Int. Ed.
上共发表论文8篇;在
J. Am. Chem. Soc. 上发表论文
14篇,也表现出良好的发展势头。我们相信在国家自然科学基金的资助下,化学学科能够继续取得基础研究的突破,开创新领域,开展国际领先的独创性研究工作。无机化学的在以下几个方面取得了令人瞩目的成绩: 1.
, 在有机体系中设计和实现了新的无机化学反应,
类似,℃下将GaCl3和Li3N 的工作发表在Science 上,审稿人评价为“文章报道了两个激动人心的研究成果:在非常低的温度下苯热制备了结晶GaN ;观察到以前只在超高压下才出现的亚稳的
立方岩盐相。……”文章已被Science 等刊物引用60次。在甲苯中溶剂热共还原制成InAs ,文章发表在J. Am. Chem. Soc.上;在KBH4
InCl3
反应制得纳米InAs ,文章发表在Chem. Mater. 上;在700℃下将CCl4Wurtz 反应制
该工作在Science 上发表不久就被美国《化学与工程新闻》评价为“稻草变黄金”;用溶剂热合成了一维CdE(E=S,Se,Te),文章发表在Chem. Mater. 上;用金属Na SiCl4在400℃下制得一维SiC 纳米棒的工作发表在Appl. Phys. Lett.上,被审稿人认为这是一种“新颖的和非常有趣的合成方法,……将促进该领域更深入的工作”
;多元金属硫族化合物纳米材料的溶剂热合成:如AgMS2 和CuMS2(M=Ga,In)的文章分别发表在Chem. Commum. 和Inorg. Chem. ;成功地将部分硫族化合物纳米材料的溶剂制备降至室温,其中一维硒化物的工作发表在
J. Am. Chem. Soc. 和Adv. Mater.上;如
Co9S8等不定比化合物的溶剂热合成发表在GaN 亚稳相的高分辨率Appl. Phys. Lett.上。 2.
热合成技术,从简单的反应原料出发成功地合成出
M(4,4'-bipy)2(VO2)2(HPO4)4 (M=Co; Ni) 。在这两个化合物中,PO4四面体和VO4N 三角双锥通过共用氧原子交替排列形成新颖的V/P/O无机螺旋链。结构中左旋和右旋的V/P/O
螺旋链共存。这些左旋和右旋的螺旋链严格交替,并被M(4,4'-bipy)2结构单元连接,形成开放的三维结构。无机螺旋链的形成,归因于M(4,4'-bipy)2结构单元上的两个联吡啶刚性分子分别与Angew. Chem. Int. Ed. 2000, Vol. 39, No. 13, 2325-2327。 鉴于在国际上无机水热合成前沿领域的系统和创新性研究工作,年应邀为美国化学会《化学研究评述》(Accounts of Chemical Reserch)撰写综述论文。综述题目为
“New Materials in Hydrothermal Synthesis” (Acc. Chem. Res.,34(3),
239?/FONT>247
,
2001
)。
3. 装及其手性拆分功能研究方面设计和合成具有手性与催化功能的无机-
有机杂化的多维结构,,以它作为配体同金属离子自组装构成了一个能进行光学拆分(或选择性的包合S-
构型)消旋2-丁醇和3-甲基-2-
丁醇,拆分率达98%以上的三维多孔类沸石。
在成功设计这个类沸石时,
我们主要考虑了以下一些因素:
负一价阴离子的配体
;N 、OH
,
4个)要和有意义的工作,发表在Angew. Chem. Int. Ed.,(2001,40,4422-4425)上,并被选为Hot Paper。
4.
作有30
,J. Am. Chem. Soc.,
Chem. Eur. J.,Chem. Comm.,Inorg. Chem.上,引起了国内外同行的广泛重视。 他们在纳米金属分子笼(nanometer-sized metallomolecular cage )的合成,结构和性能研究方面考虑有机
体tpst, . 通过tpst 铂离子自组装反应,我们成功地构筑了具有Oh 对称的立方体金属-有机笼子[Ni6(tpst)8Cl12],其笼内体积超过
1000?3,可以同时容纳多种离子和溶剂分子。 该笼子在100° C下稳定并有12一个金属-有机笼子( J. Am. Chem. Soc. 2000, 122,4819-4820)。 进行了具有大孔洞的新型金属¾ 的合成,
结构和性能的研究。这一方面的研究工作主要集中在合成合适的有机配体设计合成孔洞大小和形状适宜的复合聚合物。他们最近把tpst 配体和一价的金属离子进行逐步组装,制成了一种具有纳米级管的一维聚合物[Ag7(tpst)4(ClO4)2(NO3)5]n , 管中可以同时容纳离子和小分子。 这是目前唯一的一种具有金属-有机的纳米管的一维聚合物。 他们还成功地构
[{Zn4(OH)2(bdc)3}· 4(dmso)2H2O]n , 其中孔洞的
[{Gd2Cu3(pydc)6(H2O)12}.4H2O]n ,[{Gd4Cu2(pydc)8 (H2O)12}.4H2O]n ,[{Gd2Zn3(pydc)6(H2O)12}.4H2O]n ,[{Gd4Zn2(pydc)8
金属
-设计合成了一些金属纳米线、金属-
非金属纳米线和金
5组在磁分子材料的研究方面取得了突出成果。 外磁场依赖的特殊的磁弛豫现象。
1:1:1的摩尔比缓慢扩散K3*M(CN)6+ (M = FeIII,CoIII), bpym (2,2’-bipyrimidine) 和
Nd(NO3)3, 4f-3d 二维配位高分子[NdM(bpym)(H2O)4(CN)6]× 3H2O, 24个原子形成的大六边形环
, ,
结构相同的两个化合物的磁性比较研究,确定了NdIII-FeIII 在2K 以上未观察到长程磁有序,
但是,在外磁场(2kOe)存在时交流磁化率表现出慢的磁弛豫现象, 与超顺磁体和自旋玻璃有类似之(Angew. Chem. -Int. Ed., 40(2), 434-437, 2001) 。 金属簇合物为结构单元的超分子组装。 以混合稀土盐Dy(ClO4)3和天冬氨酸的水溶液, 调节溶液的pH 到大约6.5, 合成得到了一个三维开放骨架结构的配位高分子, 其孔径达11.78A 。 用天冬氨酸这个二元羧酸替代一元氨基羧酸的结果是, 在生理pH 条件下形成的氨基酸稀土配合物从分立的四核立方烷结构组装成三维的超立方烷(Angew. Chem.-Int. Edit., 39(20), 3644-6, 2000)。 氰根桥联的三维铁磁体。以以4d 金属离子Ru(III) 稳定的的二氰根配合物[RuIII(acac)2(CN)2]-为“建筑块”与3d 金属离子Mn(II)反应,合成了一个氰根桥联的类金刚石结构的三维配位高分子。磁性研究表明,Ru-Mn 间呈铁磁性作用,并且在
3.6 K 以下表现出长程铁磁有序。这是第一例含Ru(III)的分子铁磁体。 缓慢扩散
Cu(en)(H2O)2SO4的水溶液到K3[Cr(CN)6]
的水-乙醇溶液,得到一个氰根桥联的结构新颖的三Cr-Cu 间呈铁磁相互作用,并且在57 K 以下表现出长程铁磁有序。这是第一个结构和磁性表征的Cr-Cu 三维分子磁体
(Angew. Chem.-Int. Edit., 40(16), 3031-3, 2001; J. Am. Chem. Soc., 123,
11809-10, 2001) 。
6
李
米管,(J. Am. Chem. Soc. 123(40), 9904~9905, 2001)报道。
这
他们还设计利用人工合成的有机无机层状结构作为前驱WS2并借助小角X 微结构分析,详细研究了由层状前驱体到纳米管的层状卷曲机制,为一维纳米线和纳米管的合成提供了新的方法和思路。这方面的工作发表在德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed. 41(2), 333~335, 2002)和美国化学会志(J. Am. Chem. Soc. 124(7), 1411~1416, 2002)上 7 . 东北师范大学王恩波课题组对多金属氧簇的研究处于领先地位。在多金属氧簇晶体设计合成,多金属氧簇的功能材料方面都取得很好的成就。王恩波课题组的在国际的高端杂志上发表过多篇论文,如德国应用化学和美国化学会志等,引起了广泛的关注。 一维氧化物纳米线、
下成功地合成了高质量的a 和b
控。此外,他们还合成出了单晶MoO3
在美国化学会志(J. Am. Chem. Soc. 124(12), 2880~2881, 2002)等杂志上。 无机化学在最近几年里所取得的突出进展主要表现在固体材料化学、配位化学方面,在某种程度上与国际保持同步发展。从传统的无机化学角度来看,
在国家自然科学基金委员会政策局、化学部和中国科学院化学部的共同支持下,2002年3月5-7日在深圳举行了生物无机化学发展战略研讨会。会议分析了国内外生物无机化学发展
学是在20世纪80年代开始发生发展的,当时落后于国际约10年。在国家自然科学基金委员会十几年连续支持下,在全体从事生物无机化学研究者的努力下,生物无机化学的研究10年内跃升了三个台阶,
从研究分离出的生物大分子到研究生物体系;近年来又开始了对细胞层次的无机化学研究,研究水平逐年提
日益年轻化。但我国生物无机化学的总体水平与国际水平还有一定差距,究其原因是研究经费投入不足,研究周期较长,但最突出的问题是缺乏杰出的青年研究人才。放射化学的研究也表现出以上特点,其中最重要的也是要扶持年青的研究人才脱颖而出。