Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,第四讲无机化学(wjhuxu)的发展,第一页，共31页。,第四讲 无机化学(wjhuxu)发展史,化学(huxu)史,第二页，共31页。,化学科学是最古老和涉及范围最广的学科之一，积累了大量人类的知识，具有广阔的发展前景。尽管各化学学科之间的界限不是很分明，而且各学科之间彼此交叉，由于研究方法目标和目的不同,有必要(byo)将化学进行分类。按传统分类,可将化学分为四大分支:无机化学,有机化学,物理化学和分析化学。,第三页，共31页。,无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科学，它是化学中最古老的分支学科。无机物质包括所有化学元素和它们的化合物，不过大部分的碳化合物除外。(除二氧化碳、一氧化碳、二硫化碳、碳酸盐等简单的碳化合物仍属无机物质外，其余均属于有机(yuj)物质。）,无机化学的内容为化学的基本原理，化学元素的性质和相关的化学反应。迄今,化学元素已经发展为110多种。,第四页，共31页。,元素的起源和发现无机化学起源于古代。在人类早期历史中，经典的实验带动了新材料的缓慢发展。古代文明的标志是玻璃和陶器的制造。通过减少或增加空气的比例,可以使陶器呈现黑色或红色(hngs)，到了公元500年，不同颜色的釉面和颜色的结合已经达到炉火纯青的地步。这些发展均可视为无机化学的起源。为获取有用的信息，不妨回顾一下元素的发现历史。我们在下表中，也许会得到某种启发。,元素(yun s)的起源和发现,第五页，共31页。,年代,发现元素数目,发现的元素,史前,3,C,S,Au,天然单质态存在,公元前,3000,5,Ag,Cu,Pb,Sn,Hg,稳定矿石,公元前,1000,1,Fe,需要高温还原,公元前,500,1,Zn,大约,90%,纯度,至,1650,3,As,Sb,Bi(,与,Pb,混合,),1650-1700,1,P,1669,年,1700-50,3,Co,Ni,天然,Pt,1750-75,7,H,N,O,Cl(,气体,);Ni,Mn,Bi(,纯净,),1775-80,5,Cr,Mo,W,Te,Ti(1910,年得以纯化,),1800-25,18,Li,Na,K,Mg,Sr,Ba;Ce,Ir,Os,Pd,Rh,Zr;B,Cd,I,Se,1825-50,9,Br,Si,Be,Al,V,La,Ru,Th,U,1850-75,5,Rb,Cs,Ga,Tl,Nb,1875-1900,约,11,5,种稀有气体；,F,Ge;Po Ra,Ac(,放射性,);,镧系元素,1900-25,约,10,Rn,Ta,In,Hf,Re,Pa;,镧系元素,1925-50,11,2,镧系,;Tc,Pm,Fr,At;Np,Pu,Am,Cm,Bk(,人造超铀元素,),1950-75,10,最后,2,种纯化的稀土,;8,种人造元素,1975-1989,约,4,人造元素,第六页，共31页。,各元素是随着年代时间的推移而逐步发现的。1750年之前，对“化学”发展的促进，主要为中国和印度。化学的发展十分缓慢，1750年之后,由于进行了大量有目的的研究，现代化学的基本理念已经形成。,1750年至1950年，在化学的理论和技术也得到了长足的进步的同时，发现了大量的新元素。如：18世纪，气体研究；19世纪初，活泼金属的电解法制备；以及在5年之中对于稀有气体的识别；1940年后的十年，发现新元素的步伐缓慢下来，因为此时已达到“没有新的世界(shji)可以去占领”，直至铀的所有元素已经全部发现。此时，人们的研究热点转向超铀元素的合成。,元素的起源(qyun)和发现,第七页，共31页。,原始人类即能辨别自然界存在的无机物质的性质而加以利用。后来偶然发现自然物质能变化成性质不同的新物质，于是加以仿效，这就是古代化学工艺的开始。,如至少在公元前6000年，中国原始人即知烧粘土制陶器，并逐渐发展为彩陶、白陶，釉陶和瓷器(cq)。公元前5000年左右，人类发现天然铜性质坚韧，用作器具不易破损。后又观察到铜矿石如孔雀石(碱式碳酸铜)与燃炽的木炭接触而被分解为氧化铜，进而被还原为金属铜，经过反复观察和试验，终于掌握以木炭还原铜矿石的炼铜技术。以后又陆续掌握炼锡、炼锌、炼镍等技术。中国在春秋战国时代即掌握了从铁矿冶铁和由铁炼钢的技术，公元前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。,元素的起源(qyun)和发现,第八页，共31页。,化合物方面，在公元前17世纪的殷商时代即知食盐(氯化钠)是调味品，苦盐(氢化镁)的味苦。公元前五世纪已有琉璃(聚硅酸盐)器皿。公元七世纪，中国即有焰硝(硝酸钾)、硫黄和木炭做成火药的记载。明朝宋应星在1637年刊行的天工开物中详细记述了中国古代手工业技术，其中有陶瓷器、铜、钢铁、食盐、焰硝、石灰、红矾、黄矾、等几十种无机物的生产过程。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。,古代的炼丹术是化学科学的先驱(xinq)，炼丹术就是企图将丹砂(硫化汞)之类药剂变成黄金，并炼制出长生不老之丹的方术。中国金丹术始于公元前2、3世纪的秦汉时代。,元素(yun s)的起源和发现,第九页，共31页。,公元142年中国金丹家魏伯阳所著的周易参同契是世界上最古的论述金丹术的书，约在360年有葛洪著的抱朴子，这两本书记载了60多种无机物和它们的许多变化。约在公元8世纪，欧洲金丹术兴起，后来欧洲的金丹术逐渐演进为近代的化学科学，而中国的金丹术则未能进一步演进。,金丹家关于无机物变化的知识主要从实验中得来。他们(t men)设计制造了加热炉、反应室、蒸馏器、研磨器等实验用具。金丹家所追求的目的虽属荒诞，但所使用的操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三人，即英国的玻意耳、法国的拉瓦锡和英国的道尔顿。,元素的起源(qyun)和发现,第十页，共31页。,玻意耳在化学方面进行过很多实验，如磷、氢的制备，金属在酸中的溶解以及硫、氢等物的燃烧。他从实验结果阐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(gngxin)。,拉瓦锡采用天平作为研究物质变化的重要工具，进行了硫、磷的燃烧，锡、汞等金属在空气中加热的定量实验，确立了物质的燃烧是氧化作用的正确概念，推翻了盛行百年之久的燃素说。拉瓦锡在大量定量实验的基础上，于1774年提出质量守恒定律，即在化学变化中，物质的质量不变。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化学命名法，并运用正确的定量观点，叙述当时的化学知识，从而奠定了近代化学的基础。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。,元素(yun s)的起源和发现,第十一页，共31页。,1799年，法国化学家普鲁斯特归纳化合物组成测定的结果，提出定比定律，即每个化合物中各组分元素的重量，皆有一定比例。,结合质量守恒定律，1803年道尔顿提出原子学说，宣布一切元素都是由不能再分割、不能毁灭的称为原子的微粒所组成。并从这个学说引伸出倍比定律，即如果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(jindn)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多种，俄国化学家门捷列夫研究了这些元素的性质，在1869年提出元素周期律：元素的性质随着元素原子量的增加呈周期性的变化。,元素(yun s)的起源和发现,第十二页，共31页。,这个定律揭示了化学元素的自然系统分类。元素周期表就是根据周期律将化学元素按周期和族类排列的，周期律对于无机化学的研究、应用(yngyng)起了极为重要的作用。,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。代表化学元素的符号大都是拉丁文名称缩写。中文名称有些是中国自古以来就熟知的元素，如金、铝、铜、铁、锡、硫、砷、磷等；有些是由外文音译的，如钠、锰、铀、氦等；也有按意新创的，如氢(轻的气)、溴(臭的水)、铂(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。,元素(yun s)的起源和发现,第十三页，共31页。,19世纪末的一系列发现，开创了现代无机化学；1895年伦琴发现 X射线；1896年贝克勒尔发现铀的放射性；1897年汤姆逊发现电子；1898年，居里夫妇发现钋和镭的放射性。20世纪初卢瑟福和玻尔提出原子是由原子核和电子所组成的结构模型，改变了道尔顿原子学说的原子不可再分的观念。,1916年科塞尔提出电价键理论，路易斯提出共价键理论，圆满地解释了元素的原子价和化合物的结构等问题。1924年，德布罗意提出电子等物质微粒具有波粒二象性的理论；1926年，薛定谔建立微粒运动的波动方程；次年，海特勒和伦敦应用量子力学处理氢分子，证明在氢分子中的两个氢核间，电子几率密度有显著的集中，从而提出了化学键的现代观点。,此后，经过几方面的工作，发展(fzhn)成为化学键的价键理论、分子轨道理论和配位场理论。这三个基本理论是现代无机化学的理论基础。,元素(yun s)的起源和发现,第十四页，共31页。,无机化学学科是随着元素发现而逐步发展起来的。因而可以说，在科学发展进程中，无机化学是化学学科的鼻祖。并且，许多基于无机化学方面的工作，导致(dozh)化学基础理论的形成。最基础的理论之一是物质的量的计算。,可以通过不同的途径合成出组成相同的化合物，如氧化物的制备途径:(1)金属在空气中加热；(2)碳酸盐加热分解；(3)从溶液中沉淀得到氢氧化物，加热脱水等。在以上一系列变化中，不管途径如何，得到产物的分子式不变，要符合道尔顿原子理论的“组成恒定”法则。而且，在各变化过程中，可以准确计算各物质的量。,无机化学(wjhuxu)的发展历史,第十五页，共31页。,在19世纪的前50年，不仅发现了半数以上的元素，而且进行了这些元素简单化合物性质的研究。如:1800年左右，人们经过探索研究，发现了 NCl3的强爆炸性质和HF的强腐蚀性。而那时，尽管牛奶和血液研究被普遍重视，直至1820年，也只有少数的有机化合物为人们所知(su zh)，更谈不上有机化学理论的发展了。到了19世纪中期，是有机化学的光谱研究的热点时期；而在1900年左右，物理化学方面的探索成为新的研究高潮。相比而言，将近一个世纪，人们忽略了无机化学的研究。随后，元素周期表形成，放射化学开展，非水溶剂和过渡金属化合物研究等，标志着现代无机化学阶段的开始。,无机化学的发展(fzhn)历史,第十六页，共31页。,1930年，现代无机化学成为人们新的研究热点。典型的代表研究为：变形的价键理论(乙硼烷的氢桥键)；硅的研究；过渡金属配合物化学；非水溶剂，放射化学；同时，发展了现代无机化学的理论，并应用于解决化学中的疑难问，这些理论包括：建立于波动性质之上的基本粒子发现和原子结构，衍生出现代无机化学的价键理论和分子结构(fn z ji u)理论；以及过渡金属配合物中的晶体场理论等。,无机化学的发展(fzhn)历史,第十七页，共31页。,以上研究奠定了现代无机化学的基础，并拓宽了现代无机化学的领域。鉴于人们对于理论和实验科学体系的研究要求和新材料的生产应用需求，以及对从前研究甚少的元素性质的了解