《无机合成绪论》PPT课件.ppt

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1、应用化学专业基础课,任课教师：杨文胜北京化工大学理学院2011年,无机材料合成刘海涛 杨郦 等编著化学工业出版社,2003,教 材,教学参考书,无机合成与制备化学 徐如人 庞文琴 主编 高等教育出版社,2001,教学参考书,无机合成化学 张克立 孙聚堂 等编著 武汉大学出版社,2004,第1章 绪论,一、无机合成及其重要作用二、无机合成的基本问题三、无机合成文献四、无机合成前沿课题,第一节 无机合成及其重要作用,1.1 无机合成定义：无机合成是研究无机物质（包括单质、化合物及复合物）及其不同物态（如单晶态、多晶态、非晶态、超微粒子、纤维、薄膜等）的合成原理、合成技术、合成方法及对合成产物进行分

2、离提纯及鉴定和表征的一门科学。,无机合成是无机化学的一个重要分支（核心），是无机化学发展的前沿阵地。,第一节 无机合成及其重要作用,1.2 无机合成的重要作用：l 无机合成是人类利用自然，开发自然，弥补自然 资源不足的重要手段。l 无机合成是推动无机化学及相关学科发展的重要 基础，也是发展现代高新技术的重要基础之一。l 无机合成对从事其他领域研究工作的化学工作者 而言，也是必备的基础知识。,第一节 无机合成及其重要作用,1.2 无机合成的重要作用：l 无机合成是人类利用自然，开发自然，弥补自然 资源不足的重要手段。l 无机合成是推动无机化学及相关学科发展的重要 基础，也是发展现代高新技术的重要

3、基础之一。l 无机合成对从事其他领域研究工作的化学工作者 而言，也是必备的基础知识。,金刚石及各色宝石,第一节 无机合成及其重要作用,光导纤维,第一节 无机合成及其重要作用,光在光纤中传播示意图,1966年美籍华人高锟提出利用石英玻璃纤维，去除其中的过渡金属离子制造光纤的设想，1970年美国人卡普伦(Kapron)制成第一根光导纤维。,高琨简历1933年出生于上海，1944年随父移居香港，入读圣约瑟书院，之后考入香港大学，但由于当时港大还未有电机工程系，他只好远赴英国伦敦大学进修。大学毕业后，他进入英国国际电话电报公司(ITT)做工程师，后被聘为研究实验室研究员，同时在英国伦敦大学攻读博士学位

4、，1965年毕业。从1963年开始，高锟就著手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作，并设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方法。1966年发表了利用极高纯度的玻璃作为媒介，传送光波，作为通讯之用的基础理论。1996年当选为中国科学院外籍院士，曾任香港中文大学校长，2009年获诺贝尔物理学奖。,第一节 无机合成及其重要作用,1.2 无机合成的重要作用：l 无机合成是人类利用自然，开发自然，弥补自然 资源不足的重要手段。l 无机合成是推动无机化学及相关学科发展的重要 基础，也是发展现代高新技术的重要基础之一。l 无机合成对从事其他领域研究工作的化学工作者 而言，也是必

5、备的基础知识。,C60的合成与发展：团簇化学,纳米材料的合成与发展：纳米化学&纳米物理,高强度耐高温材料：航空航天工业,高纯半导体材料：计算机技术,第一节 无机合成及其重要作用,第一节 无机合成及其重要作用,1.2 无机合成的重要作用：l 无机合成是人类利用自然，开发自然，弥补自然 资源不足的重要手段。l 无机合成是推动无机化学及相关学科发展的重要 基础，也是发展现代高新技术的重要基础之一。l 无机合成对从事其他领域研究工作的化学工作者 而言，也是必备的基础知识。,第一节 无机合成及其重要作用,一、无机合成及其重要作用二、无机合成的基本问题三、无机合成文献四、无机合成前沿课题,第二节 无机合成

6、的基本问题,2.1 无机合成化学与反应规律问题2.2 无机合成中的实验技术和方法问题2.3 无机合成中的分离与纯化问题2.4 无机合成中的结构鉴定和表征问题,第二节 无机合成的基本问题,2.1 无机合成化学与反应规律问题,新型无机化合物或无机材料的结构创新、合成路线的设计和选择、合成途径和方法的改进是无机合成研究的主要内容。,第二节 无机合成的基本问题,2.2 无机合成中的实验技术和方法问题,随着科学技术发展及实际应用的需要，无机合成愈来愈广泛地应用各种特殊实验技术和方法合成特殊结构、聚集态（如膜、超微粒、非晶态等）及具有特殊性能的无机化合物和无机材料。,合成无机半导体超薄膜 超高真空合成低价

7、态化合物或配合物 无氧无水条件晶体多孔材料（分子筛）水热条件超硬材料 高温高压条件,第二节 无机合成的基本问题,2.3 无机合成中的分离与纯化问题,合成与分离是两个紧密相连的问题，解决不好分离问题就无法获得满意的合成结果。无机材料既对组成（包括微量掺杂）又对结构有特定要求，因此无机合成中的分离与纯化问题更为突出，使用的分离方法更多更复杂。,传统分离方法：重结晶、升华、离子交换等特殊分离方法：低温分馏、区域熔炼、扩散分离等,第二节 无机合成的基本问题,2.4 无机合成中的结构鉴定和表征问题,由于无机化合物和材料的合成对组成和结构有严格的要求，因此结构的鉴定和表征对无机合成具有指导作用。它包括对合

8、成产物组成结构的确证，物化性能的测定及对合成反应过程中间产物的检测等。,常规检测方法：组成分析、X射线衍射、光谱分析等近代检测方法：低能电子衍射、低速粒子散射光谱 高分辨电子显微镜、俄歇电子能谱等,一、无机合成及其重要作用二、无机合成的基本问题三、无机合成文献四、无机合成前沿课题,第三节 无机合成文献,3.1 理化数据手册3.2 合成方法专著及手册3.3 期刊论文及专利3.4 特种文献,第三节 无机合成文献,3.1 理化数据手册,理化数据手册提供了有关无机化合物及其组成元素的性质、结构、反应规律及理化数据等基本信息。如果对要合成的化合物及其组成元素的性质不熟悉，就应该首先查阅此类书籍及手册。,

9、本手册由美国化学橡胶公司(Chemical Rubber Company缩写CRC)于1913年开始出版，现已出版了70多版。它是一部内容十分完整详尽的化学、物理数据资料手册，全书包括正文和辅助索引，正文由六部分组成。其中与无机合成最密切的是：Part B:The Elements and Inorganic Compounds Part D:General Chemical Tables,CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC化学和物理手册,第三节 无机合成文献,本书内容包括化学元素、无机化学和无机化合物（含有机金属化合物）的各种数据资料，如各种无

10、机化合物的发现历史、制备方法、化学性质、物理性质，物理化学性质等。此外还汇集了大量生产工艺中的数据资料，如大量很有实际参考价值的数据图表、曲线、设备图等。它既是科学研究又是化学工业生产的大型手册。本书于18171819年出版第一版。目前第八版正编、补编及新补编就构成了本手册的完整体系。,Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie 盖墨林无机化学手册,第三节 无机合成文献,第三节 无机合成文献,3.2 合成方法专著及手册,此类文献提供了已知化合物具体的合成方法和可靠的合成步骤。,Inorganic Syntheses 无机合成,该丛书由美国化学会“无机合成

11、”编委会编写，由McGraw-Hill Book Company出版，是无机合成方面权威性丛书。它收集的内容都是各卷出版时有兴趣的研究课题，所提供的每一个合成方法、步骤都经过不同实验室核对，有较高的可靠性。它除介绍合成方法以外，还包括该物质的性质、保存及分析方法，并附有参考文献。,第三节 无机合成文献,该手册由德国G.Brauer编写，Academic Press Inc.1963年出版(New York)。本书的增订第二版由何泽人编译出版（燃料化工出版社，1975年）。该书第一篇介绍了无机物质的一般制备方法；第二篇介绍了各种元素、单质和它们的化合物。其编排顺序是按族分类。合成原理和理论探讨放

12、在每个产品合成方法后面介绍。全书介绍了千种以上无机制品的制备方法。,Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 无机化学制备手册,第三节 无机合成文献,该书由日本化学会编著，曹慧民等人翻译，1983年出版。全书共收入日常及重要无机化合物2151种，分别介绍其英文名称、分子式、分子量、物化性质、合成方法、提纯方法及注意事项。,无机化合物合成手册(中译本）,第三节 无机合成文献,第三节 无机合成文献,3.3 期刊论文及专利,期刊论文及专利提供了最新的科研信息和动态。这类文献浩如烟海，必须学会利用各种文摘、索引进行检索。如美国化学文摘（Chemical A

13、bstracts），中国化学化工文摘及计算机检索工具等。,无机合成重要学术期刊,J.Am.Chem.Soc.美国化学会志 Angew.Chem.Int.Ed.德国应用化学 Advanced Materials(美国)Synthesis and Reactivity in Inorganic and Metalorganic Chemistry(美国)Inorganic Chemistry Inorganic Chemistry Communication(Elsevier)Inorganic Chim Acta(意大利)Journal of Coordination Chemistry(英国)

14、无机化学学报(中国)无机材料学报(中国),第三节 无机合成文献,第三节 无机合成文献,3.4 特种文献,特种文献指图书、期刊之外的非书非刊出版物，包括科技会议报告、政府报告、学位论文、技术标准、产品介绍及产品目录等。特种文献在出版上不如前三类规范，在检索使时也比较麻烦，但这类文献可以提供其他三类文献不能提供的重要信息。,一、无机合成及其重要作用二、无机合成的基本问题三、无机合成文献四、无机合成前沿课题,第四节 无机合成前沿课题,4.1 新型结构无机化合物或材料的创新4.2 新合成反应、路线与技术的开发 4.3 极端条件下的合成方法及技术4.4 软化学合成方法及技术4.5 绿色合成反应与工艺4.

15、6 仿生合成与无机合成中生物技术的应用4.7 无机合成基础理论的研究4.8 功能材料的分子设计及分子工程学,第四节 无机合成前沿课题,4.1 新型结构无机化合物或材料的创新,随着高科技的发展及实际应用的需求，具有优异性能的新型结构无机化合物或材料的合成及创新日益迫切。,第四节 无机合成前沿课题,4.2 新合成反应、路线与技术的开发,开发一条合成路线或技术，带动一批新物质或材料的出现。,溶胶凝胶合成方法：陶瓷与陶瓷基复合材料 纳米与纳米复合材料 玻璃态与玻璃复合材料 纤维及其复合材料 无机膜与复合膜,低热固相反应方法：原子簇化合物的合成 多酸化合物的合成 固相配位化合物的合成 非线性光学等功能材

16、料 纳米及纳米复合材料,第四节 无机合成前沿课题,4.3 极端条件下的合成方法及技术,现代无机合成愈来愈广泛地应用极端条件（如超高压、超高温、超高真空、超低温、强磁场与电场等）下的合成方法与技术实现通常条件下无法进行的合成，并在此极端条件下开发出一般条件下无法得到的新化合物、新物相与新物态。该方法又称硬化学合成方法。,超高真空、无重力的极端条件：合成无位错的高纯度晶体中温中压水热条件：合成具有特定价态、特殊构型与晶貌的晶体,第四节 无机合成前沿课题,4.4 软化学合成方法及技术,软化学合成方法是通过对化学反应过程、路径、机制的认识并加以控制，在较温和的条件下实现化学反应过程。,易于实现对化学反

17、应过程、路径、机制的控制：可对产物的组成和结构进行设计，达到剪裁其物理性质的目的化学反应条件较温和：使高温下不稳定的组分存在于化合物或材料中，或形成介稳态结构 合成低熵、低焓、低对称性的化合物或材料,第四节 无机合成前沿课题,硬化学合成方法/软化学合成方法的比较,硬化学合成方法（极端条件下的合成方法）必须有高精尖的设备和巨大的资金投入。软化学方法依靠人的知识、智慧、技能和创造力，是一个具有智力密集型特点的研究领域。,第四节 无机合成前沿课题,4.5 绿色合成反应与工艺,针对传统化学对环境造成严重污染，人们提出了“绿色化学”的概念。其实质可概括为“高效、节能、经济、洁净”。绿色化学的主要特点是“

18、原子经济性”，即在获取新物质的转换过程中充分利用原料中的每个原子，实现化学反应中的零排放。绿色化学是进入成熟期的更高层次的化学，绿色合成则是绿色化学的核心。,第四节 无机合成前沿课题,软化学合成方法/绿色合成化学的比较,软化学强调反应条件的温和及反应设备的简单，从而达到节能、高效的目的，在某些条件下也是经济、洁净的，这与绿色合成一致。绿色合成化学是全方位地要求达到高效、节能、经济、洁净。,第四节 无机合成前沿课题,4.6 仿生合成与无机合成中生物技术的应用,仿生合成是指模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成过程的无机化合物或无机材料合成，也称有机模板法。目前已利用仿生合成方法制备了纳米微粒、薄

19、膜、涂层、多孔材料和具有与天然生物矿物相似的复杂形貌的无机材料。仿生合成将成为21世纪合成化学的前沿领域，具有非常诱人的发展前景。,第四节 无机合成前沿课题,4.7 无机合成基础理论的研究,随着特殊条件下和软化学合成反应与技术的研究，以及计算合成化学和组合化学研究的逐步开展，必然涉及到对一系列相关理论问题的深入研究。,极端条件下，合成反应的热力学与反应动力学 高温固相合成中的高温界面反应动力学 温和条件下，溶胶凝胶过程的无机缩聚理论 低热固相反应机理 纳米材料合成的原理,第四节 无机合成前沿课题,4.8 功能材料的分子设计及分子工程学,分子工程学是根据所需要的性能对结构进行设计和施工。分子工程学要求对性能、结构和制备三方面的认识更为深入，更多地关注材料性能与结构的关系，更多地关注分子结构以外的结构类型和层次，而非把制备工作过多地局限在单个化合物的合成上。分子工程学是化学的一个新分支或发展过程中的一个新阶段。,