无机化学,无机化学,主讲人：马书林,天津商业大学,无机化学,绪 论,化学研究的范畴 无机化学概述 新世纪化学的突破口 无机化学学科的交叉 无机化学课程体系 本课程学习方法和要点,化学研究的范畴,什么是化学？ 化学是一门什么样的学科？ 我们学化学能学到什么东西？ 化学学科的分类,化学研究的范畴,什么是化学？化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。 无机化学：研究无机物质组成、结构、性质和变化规律的科学，它是化学中最古老的分支学科。 无机物质包括了除有机化合物以外的所有化学元素及其化合物，因此无机化学的研究范围及其广泛。 化学是一门什么样的学科？ 化学首先是一门实验学科，然后才是一门理论学科。要学好化学毫无疑问应该要首先注意实验和生活中的化学。 化学的思维，用化学的角度去看待物质世界。 化学更关心的是物质的内部组成和结构，以及组成和性质的关系。主要是从分子的角度去看待这个世界。因此在化学的引导下你会深入到眼睛看不到，手模不到的微观世界，深入到分子、原子的层次去认识自然的奥秘。要达到这个层次，你需要一个扩大了的感觉，需要一些感觉的延伸，需要应用各种仪器和方法。其实原子结构本身就是通过仪器和推论得出来的。,无机化学,化学研究的范畴,研究原子、分子片、结构单元、高分子、原子团簇、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态 分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装 分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和调控的作用机制 上述各方面的规律，相互关系和应用的一门自然科学,无机化学,化学研究的范畴,化学学科的分类,人们经常说：化学无所不在，所以化学的对象也几乎无所不包。传统上，根据研究对象和方法的不同一般把化学分为5个分支领域，即无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学。,研究方法目标和目的不同, 有必要将化学进行分类。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，四大化学。,化学学科的分类,无机化学,化学学科的分类,化学学科分为: 无机化学 物理化学 有机化学 分析化学 高分子化学,化学学科的分类,无机化学：是研究无机化合物的性质及反应的化学分支。无机化合物包括除碳链和碳环化合物之外的所有化合物，因此，无机化合物种类众多，内容丰富。 有机化学：是一门研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支，也可以说有机化学就是有关碳的化学。 分析化学：除了合成新的化合物之外，化学家的另一个主要工作是分析物质的组成、结构、性质，以及分离和提纯物质。这就是分析化学的任务。从化学诞生以来，分析化学一直扮演着非常重要的角色。经典的分析技术被广泛用于分析化学实验的产物组成、矿物的组分以及鉴定未知元素中。 物理化学：是化学中的一个理论分支，它应用物理方法来研究化学问题。在化学探索中，化学家不仅要合成新的化合物，还要理解和掌握化学反应的内在规律。物理化学就是这样一个领域，它从物理学的发展中获得灵感，并将其应用到更为复杂的化学领域中去，研究化学体系的原理、规律和方法。 高分子化学：是研究高聚物的合成、反应、化学和物理性质以及应用的化学分支。与化学的其他分支学科相比，高分子化学是一个年轻的学科。合成高分子的历史不超过80年，但是它的发展非常迅速。在20世纪20年代，德国化学家Staudinger首先提出高分子的重复链节结构，并在随后的实践中得到验证。到20世纪40年代，高分子合成已经发展成为一支新兴化学学科，获得迅猛发展。,无机化学,自然科学的发展形成诸多学科,材料学 物理学 冶金学 地学 矿物学 生物学 化学 医学 等学科,无机化学,研究科学基本问题与解决实际问题相结合，常常出现预料不到的突破 各学科纵横交叉解决生产和生活问题 化学学科的自身继续发展和与相关学科融合发展相结合 化学学科内部的传统分支继续 发展和做为整体发展相结合,化学学科发展特点,无机化学,无机化学概述,无机化学的发展历史 无机化学研究进展,无机化学的发展历史,人类自古以来就开始了制陶、炼铜、冶铁等与无机化学相关的活动。 18世纪末，由于冶金工业的发展，人们逐步掌握了无机矿物的冶炼、提取和合成技术，同时也发现了很多新元素。 19世纪中叶，已经有了统一的原子量数据，从而结束了原子量的混乱局面。 1871年，俄国学者Mendeleev发表了“化学元素的周期性依赖关系”一文并公布了与现行周期表形式相似的Mendeleev周期表。 至1961年，原子序数由1-103的元素全部被发现，它们填满了周期表的第一至第六周期的全部以及第七周期的前面16个位置。 20世纪以来，由于化学工业及其他相关产业的兴起，无机化学又有了更广阔的舞台。 在过去30年里，新兴的无机化学领域有无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学、理论无机化学等等。,无机化学,无机化学的发展历史,在无机化学的发展进程中 创立了近代自然科学基石之一的元素周期律 奠定了配位化学的基础（Werner，1893年） 创办和发行了无机化学期刊 以美国为例，无机化学已成为化学研究生的热门专业 在美国化学历届年会上宣读的论文数最多的常是无机化学,无机化学,无机化学学报最早创办的期刊： 1892年德国无机和普通化学学报 1959年英国无机及核化学学报 1956年前苏联无机化学学报 二十世纪60年代，美国（1962年）、法（1964年）、瑞士（1967年）无机化学报均争相问世,无机化学的发展史,无机化学,新世纪化学的突破口,分子间多层次的化学问题 生命体系中化学问题 纳米化学和分子纳米技术 绿色化学 新的合成方法学 能源科学中的化学问题 生命和医药科学中的化学问题,无机化学,新世纪化学的突破口,分子间的作用力如氢键和范德华力等是化学中的基本概念，但这些弱作用力的本质，对分子、原子的聚集影响等问题 注重分子间的弱相互作用研究，给化学科学带来新的发展机遇，同时对材料科学和生命科学的发展有重要意义,具有化学键分辨率的C60单分子STM图象,分子间多层次的化学问题,无机化学,利用化学理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的化学生物学正在形成 有迹象表明，化学生物学将成为未来20年或更长一些时间内的重要前沿学科方向之一,新世纪化学的突破口,生命体系中化学问题,无机化学,纳米化学和分子纳米技术 纳米化学对发现新的纳米材料， 对开发具有特殊性能的纳米材料奠定基础,新世纪化学的突破口,PEG Microsphere Coatings,无机化学,绿色化学 绿色化学是与生态环境协调发展的、更高境界的化学，要求化学家重新考虑化学问题，从源头上消除任何污染 其主体思想是 采用无毒、无害的原料和溶剂 新化学反应应是选择性高、副产物低、对环境友好的产品 经济合理,新世纪化学的突破口,无机化学,新的合成方法学 组合化学 手性合成 分子反应器控制的合成 自复制和自组装合成,新世纪化学的突破口,无机化学,新世纪化学的突破口,新的合成方法学 定向合成 掌握零维笼状和杯状、 一维通道、二维层间、 三维网络空腔结构的合成方法，通过化学、电场或磁场作 用，使囚禁在里面的客体分子被释放或取代出来 纳米化学、纳米材料和分子器件，纳米表面化学、高效纳米催化剂设计合成,Biodegradable intravascular stint molded from a blend of polylactide and trimethylene carbonate,无机化学,能源科学中的化学问题 各种高效换能器，特别是太 阳能电池； 燃料电池； 氢能利用问题; 各种再生能源,日立展示的10W级笔记本用燃料电池,太阳能风扇凉帽,新世纪化学的突破口,无机化学,Synthetic skin,生命和医药科学中的化学问题 将中国名医的处方和人体的生理病理状态作为两个复杂体系来研究它们之间的相互作用和药效; 用组合化学方法来筛选特效中药，使中药现代化; 药物设计、合成和开发应用,Representation of the range of diversity between existing Trega combinatorial chemistry libraries. This analysis was performed using MSIs Cerius2 software and Daylight 2D fingerprint information.,新世纪化学的突破口,无机化学,生态环境科学中的化学问题 环境元素的循环; 有害化学物质的控制和治理; 以“原子经济”和“零排放”为目 标的绿色化学和化工; 生态环境化学,新世纪化学的突破口,我国环境污染现状,全国有70%的江河水系受到污染，40%基本丧失了使用功能，流经城市的河流95%以上受到严重污染；3亿农民喝不到干净水，4亿城市人呼吸不到新鲜空气；1/3的国土被酸雨覆盖，世界上污染最严重的20个城市我国占了16个这是来自多个渠道勾勒出的的环境现状。 综合世界银行、中科院和环保总局的测算，我国每年因环境污染造成的损失约占GDP 的10%左右。 主管部门及有关专家都认为，建设资源节约型、环境友好型社会，建设新农村 ，构建和谐社会，突破环保瓶颈已经成为当务之急。可以预见的是，在严峻的环境形势下，国家将推出一系列强硬举措惩治污染，将环保执法手段和国家的宏观调控目标紧密结合起来，全力推进国家环保战略。,无机化学,信息科学中的化学问题高效的光纤通信材料; 高效的光贮存材料; 分子芯片; 分子计算机,分子芯片,新世纪化学的突破口,无机化学,生命和医药科学中的化学问题 生物材料和人工器官的合成; 配合物小分子作为Key和DNA大分子作为Lock的相互作用; 了解神经细胞和生理调控的 化学机理; 糖化学,新世纪化学的突破口,无机化学,了解生物活性体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理 了解从化学进化到手性和生命的起源； 如何实现从生物分子到分子生物的飞跃？如何跨越从化学进化 到生物进化的鸿沟? 研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状 态，分形现象等非线形科学问题 ,Mapping of EJMC28-47-28a onto Hypo-RUN1-8 (experimental affinity: 0.3nM, estimated: 0.11nM) and Hypo-RUN2-2 (estimated: 0.46nM).,新世纪化学的突破口,无机化学学科的交叉与发展,无机化学,数理学科 生命科学 材料学科 能源科学 地球和生态环境学科 信息科学 纳米科学技术 工程技术科学 哲学和社会科学,无机化学,无机化学研究中纳米尺度的基本规律 （）复杂性科学和物质多样性研究 尺度效应至关重要,尺度的不同， 引起物质的相互作用力的不同，导 致其性能及其运动规律的质的变化 (）纳米尺度体系的热力学性质 当粒子尺度在十分之几到10纳米的 量级，处于量子尺度和经典尺度的 模糊边界中，此时热运动的涨落和 布朗运动将起重要的作用,无机化学学科的交叉与发展,无机化学,无机化学学科的交叉与发展,例如：由几十个到几百个原子组成的分子磁体表示出许多特性, 引起性质的不同；金的熔点为1063，纳米金融化温度却降至330；银的熔点为960.3，纳米银为100； 又如：纳米铂黑催化剂可使乙烯催化反应的温度从600降至室温 （）纳米材料是21世纪化学和 物理需要解决的重大难题之一,我国无机化学研究最新进展,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，生物无机化学和放射化学的研究则相对滞后。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过程和在目前生命科学和化学科学交叉发展相互促进的强