高等无机化学全解42页PPT

1. 所有独立的对称操作构成一个具有封闭性的集合(完备集)
封闭性：集合中任意两个操作的乘积都属于该集合
2. 集合中对称操作乘法的结合律成立，如对于水分子：
(C2v)v = vv = E C2(vv) = C2C2 = E
3. 集合中任何一个操作A与恒等操作E的乘积等于该操作A本身:
AE = EA =A
4. 集合中任何一个操作都有逆操作在该集合中
逆操作：乘积为恒等操作的两个操作互称逆操作。 如C3 与C32
E和二次操作C2，，i 的逆操作为其本身
29
所有这些特征正好符合数学中群（group）的定义！ 可以借助群论方法解决分子对称性问题！
30
1.3 群的定义
对于一个集合G{a,b,c,…}，在其元素之间定义一种运算 （通常称为“乘法”），如果满足下面4个条件，则称 集合G为群.
➢ 前者是一种动作，后者是一种几何元素 ➢ 一个对称元素可产生一个或一组对称操作
22
分子中的对称操作与对称元素
(真)旋转(Cnm, m = 1-n)和旋转轴(对称轴,真轴 proper axis, Cn) ➢n次旋转轴 Cn：基转角：θ=3600/n ➢一个Cn轴对应n个旋转操作： Cn, Cn2,…,Cnn-1, Cnn, 转动角 度分别为 θ, 2θ, …,(n-1)θ, nθ(=3600)
➢ 对于周期性的晶体结构，平移及其与点操作的组合导致 整体位移，称为空间操作，对应的群称空间群。
对称元素(symmetry elements)
➢ 对称操作所依赖的几何要素（点、线、面等）
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分子中的对称操作与对称元素
① 恒等操作(identity operation，E)
➢ 维持分子不动或使分子回复到原始构型的操作 ➢ 恒等操作的引入是数学上的需要。

•不能参与成键的、已配对的电子称为孤对电子，孤 对电子占据的轨道不能参与成键，这样的轨道称为 非键轨道
示例 (1)
NH3 • HNH=10728’ • 成键电子对数：3 • 孤对电子数目：1
H2O • HOH=10430’ • 成键电子对数：2 • 孤对电子数目：2
示例 (2)
总结
杂化轨道 类型
• 出发点是分子的整体性，重视分子中电子的运动 状况，以分子轨道的概念来克服价键理论中强调 电子配对所造成的分子电子波函数难于进行数学 运算的缺点。莫利肯把原子轨道线性组合成分子 轨道，可用数学计算并程序化。分子轨道法处理 分子结构的结果与分子光谱数据吻合，因此50年 代开始，价键理论逐渐被分子轨道理论所替代。
• 分子型共价单质
I2
P4
• 原子型共价化合物 SiC
共价键理论的建立与发展
•共价键理论(经典Lewis学说): 1916年，美国路易 斯(G.W. Lewis) 提出两原子各提供1个或2个电子作 为两原子共有，使每个原子都具有8电子的稳定结构 ，共有电子与两原子核相互吸引而使两原子相互结 合。这种原子间的结合称为共价键。1923年出版“ 价键和原子、分子的结构”，系统阐述了他的价键 理论，并提出了描述这种共价结合的图示法（路易 斯结构式）。被称为八隅说。 •1919年美国朗缪尔(I. Langmuir):一种原子间共用 电子对可以不是来自两原子，而是由一个原子单独 提供的（路易斯－朗缪尔理论）。 作为化学键的经典电子理论，电价理论和共价键理 论在化学键理论发展史上起到了继往开来的作用。
• 方向性：各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子 间成的共价键，必须具有方向性。
共价键类型
• 键 原子轨道沿成键原子间联线的方向头对头

的分子，都是通过共价键形成的，称为共价分子，它包括单质分子和化合
物分子。
化学键
共价键
H2、HCl两分子虽然都是由共价键形成的分子，但这两个分子中的共价键是有
区别的。H2分子是由同种元素的原子形成的共价化合物，由于两个原子吸引电
子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，因此成键原子不显电性。这
样的共价键叫做非极性共价键，简称非极性键。如Cl2、O2、N2等是由非极性键
空间绕原子核做高速运动。
原子的组成
原子核
原子核发现以后，科学家又进一步证明，原子核还可以再分，它是由更小的
微粒质子和中子组成。一个质子带一个单位正电荷，中子不带电，原子核所
带的正电荷数等于核内质子数。由于原子显中性，所以核电荷数等于质子数
，也等于核外电子数。既表示为：
核电荷数（Z）=质子数=核外电子数
+
- +
极性
分子
+非极性
分子
- +
固有偶极
-
+
诱导偶极
诱导力
分子的作用力
色散力
非极性分子的偶极矩为零，似乎不存在相互作用。事实上分子中的电子和原子核都处在不断运动
中，经常会发生正、负电荷重心的瞬间相互位移，从而产生偶极。这类偶极称为瞬时偶极。当两个
或多个非极性分子在一定条件下充分靠近时，就会由于瞬时偶极而发生异性相吸的作用。这种由瞬
1s2
2
3
Li
1s22s1
2
1
4
Be
1s22s2
2
2
5
B
1s22s22p1
2
3
6
C
1s22s22p2

4 2
• 2Mg + Si = Mg2Si 单一的酸不能与 Si 反应，钝化，Si 可溶于 HF－HNO3 混酸中
3 Si + 18 HF + 4 HNO3 ——— 3 H2SiF6 + 4 NO↑+ 8 H2O Si 和强碱的作用类似于砷，比砷更容易些
Si + 2 NaOH + H2O ——— Na2SiO3 + 2 H2↑
2021/6/30
3
第3页/共46页
• (1) SiCl4 + 2Zn = Si + 2ZnCl2 • (2) SiO2和C混合，在电炉中加热:
SiO2 + 2C = Si + 2CO↑ • (3) SiO2 + CaC2 = Si + Ca + 2CO • (4) 硅烷的分解: SiH4 = Si + 2H2
the main component in silicon nitride ceramics, which have relatively good
shock resistance compared to other ceramics.
Rollers made of silicon nitride ceramic are sometimes used in high-end skateboard bearings, due to the material's shock and heat-resistant characteristics. It is also used as an ignition source for domestic gas appliances, hot surface ignition.

《高等无机化学》PPT课 件
课程介绍
探索无机化学的奇妙世界，介绍本课程的目标、内容和学习方法，为学生建 立起强有力的基础。
有机化学和无机化学的区别
1 结构差异
有机化合物以碳为主要构成元素，而无机化合物则包括其他元素。
2 反应类型
有机化合物的反应通常涉及碳的共有键断裂和形成，无机化合物则涉及金属和非金属之 间的反应。
催化剂
分析催化剂和机化学知识的核心内容和应用。
氢氧化物
研究水和碱金属氢氧化物的性质和应用。
氧化物
探索金属和非金属氧化物的产生和反应。
配合物
1
配位键
介绍中心金属离子和配体之间的配位键。
2
配合物命名
学习命名和表示法。
3
配合物反应
研究配合物的合成和反应机制。
无机反应与材料应用
酸碱中和
讨论酸碱反应和其在化学分 析中的应用。
氧化还原
探索氧化还原反应和其在电 池和腐蚀中的重要性。
3 应用领域
有机化学应用广泛于生命科学、药物研发和有机合成领域，无机化学则应用于催化剂、 材料科学和能源等。
无机化学基础
离子键
揭示离子化合物的结构和性质。
共价键
探讨共用电子对的形成和单双 三键。
金属键
解析金属离子化合物的特殊化 学键。
周期表和元素周期性
了解元素的分类和周期趋势。
氢氧化物和氧化物

p轨道
l – s偶合
j= l 1/2
p1/2轨道（j=1-1/2） 影响一致，收缩的程度大致相同 p3/2轨道（j=1+1/2） 影响相反，轨道收缩微弱
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2．间接的相对论效应––-原子轨道的相对论性膨胀
内层s、p轨道的收缩 （对外层d和f电子的屏蔽增大，
使之有效核电荷降低，能量升高） →中层d、f轨道的膨胀 （外层s和p轨道的屏蔽作用削弱，
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1．周期 根据原子基态电子轨道能级图可知，原子轨道按能量高低，
可分成7个能级组，这些能级组的存在，是元素被划分成 7个周期的本质原因。
每个能级组中能容纳的电子数目最大值 即是该周期中所含元素的数目（第七周期除外）。
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2．族 周期表中每一个纵列的元素具有相似的价层电子结构，每一个纵列称为元素的一 个族（第Ⅷ族包含3个纵列)。 故18个纵列分为16个族，主族、副族各包含8个族。 (1)主族 按电子的填充顺序，凡是最后一个电子填人ns或np能级的元素称为主族元 素。 (2)副族 按电子填充顺序，凡是最后一个电子填在价电子层的(n—1)d能级或(n—2)f 能级上的元素称为副族元素。
（二）原子半径变化的周期性 尽管原子半径有各种定义，在数值上也各不相同，我们仍然可以利用其最外亚层电
子云的最大值的位置或其原子轨道有效半径的近似公式，定
性了解原子半径的周期性变化规律：
rn = （n* 2/ Z*）a0 （a0 = 53 pm ）
最外亚层的主量子数n越大，，即原子半径越大。 原子的有效核电荷数z * 越大，相应的原子半径则越小；
（3）运动速度越快，轨道半径越小 按照波尔 (Bohr)理论的轨道半径公式：

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引言
分子的对称性是分子的固有基本性质。因此利用对称 性原理探讨分子的结构和性质，是人们认识分子的重要途 径，是了解分子结构与性质的重要方法。
对称性的概念和原理对化学研究的重要性表现为： 能简明地表达分子的构型 可简化分子构型的测定工作 可帮助正确地了解分子的性质 能够指导化学合成工作
称性，化学键的改组和形成，常需要考虑对称性匹配的因 素，许多化合物及生物活性物质，其性质与分子的绝对构 型有关。因此合成化合物，特别是具有一定生物活性的化 合物，需要考虑对称性因素。
第7页/共72页
引言
群论是一个很宽阔的数学领域，是研究对称性的有力工 具。群论已经成为化学研究的一个不可缺少的方法，分子结 构、晶体结构、量化研究离开群论是难以想象的。
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第二节 群及其基本性质
2.3 对称操作群（点群）的基本性质： 封闭性： 任何两个对称操作的乘积必定为该群的一个
对称操作。 恒等元素：任何点群都含有一恒等操作E，它和点群中
任一对称操作的乘积即为该对称操作本身。 结合律： (AB)C = A(BC) 逆元素： 点群中的对称操作都有相应的逆元素。
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引言
(1) 能简明地表达分子的构型 例如Ni(CN)42－属于D4h点群，用D4h符号可以简洁、
准确地表明9个原子处于同一平面，Ni原子在离子的中 心位置，周围4个－CN完全等同，M－C－N都是直线形， 互成90o。
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引言
(2) 可简化分子构型的测定工作 将对称性基本原理用于量子力学、光谱学、X射线晶
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H2O的对称操作和对称元素
第一节 对称操作和对称元素
有五种对称元素能够用于适当的独立分子的对称操作。

9
酸碱平衡常数计算与应用
2024/3/28
酸碱平衡常数定义
01
表示酸碱反应平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积
的比值。
酸碱平衡常数计算
02
通过测定平衡时各物质的浓度，利用平衡常数表达式进行计算。
酸碱平衡常数应用
03
用于预测酸碱反应的方向、程度和速率，以及判断酸碱的强度。
10
沉淀溶解平衡原理及影响因素
氧化剂与还原剂
氧化剂接受电子，还原剂失去电 子。 2024/3/28
氧化还原反应类型
根据反应物和生成物的性质分类， 如金属与非金属、酸与碱等。
氧化数概念
表示元素在化合物中的氧化状态， 通过计算化合价确定。
14
原电池与电解池工作原理
原电池工作原理
将化学能转化为电能的装置，由正负极和电 解质组成。
电极反应与电池反应
无机化学(本科)全套教 学课件pptx
2024/3/28
1
contents
目录
• 无机化学概述与基础知识 • 酸碱反应与沉淀溶解平衡 • 氧化还原反应与电化学基础 • 配位化合物与金属有机化学 • 无机固体化学与纳米材料 • 无机合成与绿色合成技术
2024/3/28
2
01
无机化学概述与基础知识
2024/3/28
2024/3/28
沉淀的溶解
利用某些试剂使已生成的 沉淀溶解，如胃药中的氢 氧化铝治疗胃酸过多。
分步沉淀
当溶液中存在多种难溶电 解质时，通过控制条件可 实现分步沉淀，从而分离 出各种难溶电解质。
12
03
氧化还原反应与电化学基础
2024/3/28
13
氧化还原反应原理及类型

40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不机化学第五版s区元素
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯

离子键。
离子晶体的结构
02
离子晶体中正负离子交替排列，形成空间点阵结构，具有高的
熔点和沸点。
离子键的强度
03
离子键的强度与离子的电荷、半径及电子构型有关，电荷越高、
半径越小，离子键越强。
12
共价键与分子结构
2024/1/29
共价键的形成
原子间通过共用电子对形成共价键，共价键具有方向性和饱和性。
分子的极性与偶极矩
大学无机化学完整版ppt课件
2024/1/29
1
目录
2024/1/29
• 无机化学概述 • 原子结构与元素周期律 • 化学键与分子结构 • 化学反应基本原理 • 酸碱反应与沉淀溶解平衡 • 氧化还原反应与电化学基础 • 配位化合物与超分子化学简介
2
01
无机化学概述
Chapter
2024/1/29
反应机理
基元反应和复杂反应、反应机理的推导和表示 方法
反应速率理论
碰撞理论、过渡态理论和微观可逆性原理
2024/1/29
影响反应速率的因素
浓度、温度、催化剂和光照等外部条件对反应速率的影响
18
05
酸碱反应与沉淀溶解平衡
Chapter
2024/1/29
19
酸碱反应概述
酸碱定义及性质
介绍酸碱的基本概念、性质和分类，包括阿累尼乌斯 酸碱理论、布朗斯台德酸碱理论等。
配位化合物的组成 中心原子或离子、配体、配位数、配位键等。
配位化合物的分类
3
根据中心原子或离子的性质可分为金属配位化合 物和非金属配位化合物；根据配体的性质可分为 单齿配体和多齿配体等。
2024/1/29
28

第二章：配位化合物
§1. 配合物电子光谱 §2. 取代反应机理 §3. 几种新型配合物及其应用 §4. 功能配合物
3
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第三章：原子簇化合物
{ §1. 非金属原子簇化合物
镜面包含主轴：v
16
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
镜面垂直于主轴：h
N
N
C
h
一个分子只可能有一个 h镜面
17
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
9
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
§1.对称操作与对称元素
Symmetry Operations and Symmetry Elements
对称元素
n重旋转轴 镜面 反演中心 n重非真旋转轴 或旋转反映
6
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第六章: 固体结构和性质
§1.固体的分子轨道理论 §2.固体的结构 §3.有代表性的氧化物和氟化物
7
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
反演中心

无机反应机理
深入探讨无机化学反应的原理 和机制。
无机材料科学
研究无机材料的结构、性质、 制备和应用。
环境无机化学
研究无机物在环境中的迁移、 转化和污染控制。
02
无机化学基础知识
无机化合物的分类与命名
总结词
了解无机化合物的分类原则和命名规则，掌握常见无机化合物的正确命名。
详细描述
无机化合物可以根据其性质、组成、结构和制备方法等进行分类。分类有助于 理解和掌握无机化合物的性质和制备方法。命名是无机化合物的基础知识，正 确的命名能够避免混淆和误解。
电子传递
氧化还原反应是一种电子转移的反应，其 中电子从一个原子或分子转移到另一个原 子或分子。
电子传递是氧化还原反应中的一种重要过 程，其中电子从一个分子转移到另一个分 子。
氧化还原电位
氧化还原反应的速率
氧化还原电位是描述物质氧化还原能力的 重要参数，它表示物质获得或失去电子的 能力。
氧化还原反应的速率受到多种因素的影响 ，如温度、浓度、催化剂等。
生命科学与医学
总结词
无机化学在生命科学和医学领域具有广泛的应用前景 ，为人类健康和疾病治疗提供新的思路和方法。 Nhomakorabea详细描述
生命科学与医学领域涉及许多与无机化学相关的研究， 如生物矿化、药物合成与药物传递、诊断试剂的研发等 。例如，利用无机化学原理可以研究生物矿化的机制， 为人工骨骼和牙齿的研发提供理论基础；还可以通过合 成具有特定功能的无机药物，提高药物的疗效和降低副 作用。此外，一些无机离子和化合物在生物体内具有重 要生理功能，如铁、锌、硒等，研究这些元素的代谢和 调控机制有助于预防和治疗一些疾病。
配位反应与配合物
配位反应
配位反应是一种特殊的化学反应，其中配位体通 过配位键与中心原子结合形成配合物。

4
现代无机化学的研究领域
无机固体化学(固体无机化学、无机材料化学) 主要以纯无机物固体(单质/化合物)为研究对象，是无机化 学与固体物理、材料科学等领域融合交叉产生的分支学科。 研究集中于固相中的反应、新无机材料的制备、固体结构、 功能及其关系、结构和功能的化学设计和调控、。 ➢固体结构 (晶体、非晶态、准晶体)、缺陷及表面化学 ➢无机纳米材料 ➢碳材料，如富勒烯、碳纳米管、石墨烯 ➢各种功能材料，如超导材料、光学材料、磁性材料、催化 材料
➢ 对于周期性的晶体结构，平移及其与点操作的组合导致 整体位移，称为空间操作，对应的群称空间群。
对称元素(symmetry elements)
➢ 对称操作所依赖的几何要素（点、线、面等）
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分子中的对称操作与对称元素
① 恒等操作(identity operation，E)
7
现代无机化学的研究领域
原子簇化学 原子簇化合物的基本类型有：硼烷/碳硼烷、金属硼烷/
金属碳硼烷、金属原子簇化合物、 富勒烯及其衍生物。
8
现代无机化学的研究领域
生物无机化学 诞生于1970s。 应用无机化学（特别是配位化学）的原理和方法研究无机
元素(主要是金属元素)与生物体内分子的相互作用及其与生 物功能的关系
生物体内无机元素的存在形式、功能或毒害、循环和代 谢方式
生物配合物(如金属蛋白/酶)的结构、功能及其机理 不仅涉及无机化学(配位化学)和生物化学，还涉及医学、 营养化学、环境科学、仿生学等。
9
参考书目
陈慧兰 《高等无机化学》 高等教育出版社, 2005 和玲，赵翔《高等无机化学》 科学出版社, 2011. 麦松威等 《高等无机结构化学》北京大学出版社, 20?
近年来含有机组分的配合物材料和以无机组分为主体的无 机-有机杂化材料开始被纳入无机固体化学

第18页/共81页
第二节 硼烷及杂硼烷化合物
2.3 硼烷的反应 2、亲电取代反应 硼烷的端H负电荷较多，易被亲电试剂进
攻
B5H9 + R-X 三氯化铝 1-R-B5H8 ＋ HX B5H9 + X2 三氯化铝 1-X-B5H8 ＋ HX B10H14 + CH3-Br 三氯化铝 2-CH3-B10H13 ＋ HBr 3、硼氢化反应 反马柯夫尼柯夫规则，H加在H较少和C原子
B
B
B BB
B
B B
BB B
BB
2c-2e键 3c-2e键(开式) 3c-2e键(闭式) 5c-6e键(闭式).
第12页/共81页
第二节 硼烷及杂硼烷化合物
2.2 硼烷的结构和化学键
B3H9
HH
H BH
HB
BH
HH H
H
HH
B4H10 B
B
H
H
B
HH B HH
HH
H
H B B BH BHB
B5H9
多数硼烷可用通式BnHn+m表示,每个B原子提供3个电子，每个
H原子提供1个电子，形成n个B-H用去2n电子，则多面体骨
架电子对数 b=(3n + n + m - 2n +Z)/2 = (2n + m + Z)/2
第14页/共81页
第二节 硼烷及杂硼烷化合物
2.2 硼烷的结构和化学键 例1 B6H62:b=(2n+m+Z)/2=(2×6+0+2)/2
C R3B 3H2O 3R-H + B(OH)3 （烃）
D R3B 3H2O2 R-OH + B(OH)3 （醇）

一、金属离子在生命体中的作用 二、金属离子中毒和解毒 三、无机材料仿生合成 四、生物固氮
第一节 金属离子在生命体中的作用
1.1 金属离子在生命体中的存在形式 1.2 金属生物分子的分类及功能 1.3 金属离子在生命体中的作用
第一节 金属离子在生命体中的作用
1.1 金属离子在生命体中的存在形式
金属离子在生命体中通常不以游离态存在，而是与 生物分子配合形成金属配合物。
8 第 章 生物无机化学
目标&要求
掌握生物无机化学基本概念 掌握金属蛋白的分类及其作用 掌握仿生合成基本概念及原理 了解金属中毒的原因及解毒机理 了解金属离子在生命体中的作用 了解生物固氮的意义及方法
引言
生物无机化学
生命体的无机化学。 研究生物体内的金属元 素和其它无机元素在生物体内的形态、结构特征、 特性和功能, 从分子水平上研究它们与生物分子 相酪氨酸中的-OH基也能进行配 位。另外，组氨酸的咪唑基，半胱氨酸的－SH基以及 蛋氨酸的-C-S-C-(硫醚)基都是重要的配位基团。
第一节 金属离子在生命体中的作用
1.1 金属离子在生命体中的存在形式
2. 肽和金属离子配位 肽与金属离子配位时，一般以肽分子中的O或N原子作为
5. 金属酶 金属酶是一种以三级结构的蛋白质大分子为配体的金
属配合物, 它具有独特的催化活性, 是生物体中广泛存在的 生物催化剂。
生物体中各种复杂的生物化学反应能在温和条件下(室 温, 常压, 中性介质)下迅速进行, 根本原因在于生物体中存在 着各种具有高催化效率的酶。它的催化效率比一般普通的 无机有机催化剂高7-13个数量级,
的一类金属蛋白。生物体中某些蛋白质能够在金属离子的 调制下生成具有各种特定蛋白质结构的金属蛋白, 它们与其 它蛋白质或核酸作用, 结合于特定的部位, 从而启动或调制 一系列后续的生物化学反应, 或者控制和调节DNA和RNA 的转录, 翻译和表达。其中最典型的有以Ca调蛋白为代表的 钙结合蛋白, 重金属蛋白和近年来发现的各种锌指类蛋白。