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| 学子心声--我们该如何学好无机化学 |
| 2009-10-18 |
无机化学（Inorganic Chemistry）是以元素周期系与近代化学理论为基础，研究元素及其化合物（烃及其衍生物除外）的组成、性质、结构与反应的一门科学。一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等C1化学仍属于无机化学的研究范畴。
无机化学是化学学科中最古老的分支。中国古代的炼丹术和阿拉伯的炼金术是化学的先驱。金丹术是化学的幼稚阶段并没有演变为科学。然后近代化学始于欧洲。值得一提的是：英国的物理学家兼化学家玻义耳（R. Boyle）将化学确立为科学；法国的化学家拉瓦锡（A. L. Lavoisier）提出了第一个化学元素分类表和新的化学命名法，并在他的实验中采用了天平，奠定了近代化学的基础。但是，近代化学之父是道尔顿（J· Dalton）而不是拉瓦锡，这是因为道尔顿的原子学说的提出，抓住了化学学科的核心和最本质的问题，这一理论无论从深度和广度上都超过了燃烧的氧化学说。
近一个多世纪，无机化学经历了令人难忘的复兴时期。无机化学复兴的业绩归纳为以下四点：
1.配位化学成为无机化学的带头学科；
2.经典的无机化学内容的现代化；
3.新型化合物的涌现以及对无机化合物的结构和反应机理的研究；
4.无机化学新兴分支学科的形成。
0.1.历史上的无机化学
在历史上，化学学科的体系，经历了三次革命性的飞跃：首先在1803年道尔顿创立了原子学说，经历了原子学说创立的革命性飞跃，揭示了“什么是物质”。接着，在1869年门捷列夫的元素周期律的发现，门氏周期系是一把几乎横跨一个世纪寻找新元素的钥匙。时至今日，它仍具有预见性，是认识物质世界的锐利武器，如同军事家的作战图。化学在本世纪初，在感性材料急剧增加的基础上并经过长期的剧烈酝酿，经历了第三次质的飞跃。预计这次飞跃将在化学键的研究上突破，估计将会更深刻地揭示化学键的本质，从而导致对化学物质的组成、结构和性能关系的全面阐明。其意义远比前两次飞跃更深远、更伟大。譬如在化学键理论的指导下，英国化学家柏莱特（N. Bartlett）于1962年合成了具有历史意义的第一个惰性气体化合物——XePtF6，打破了化学界七十年之久的惰性气体不能参加反应的说法。
同样，在化学史上，无机化学家解决了三大难题，其一是法国青年化学家摩瓦桑（H.Moissan）合成、分离无机化学最活泼的氟单质，使得三百多年来笼罩这个元素的神奇的面纱终于被揭开，自然界最活泼的非金属元素终于被征服了。
其二是惰性气体的发现，那是“第三位小数”的胜利。拉姆塞（W.Ramsay）和瑞利（J.W.Rayleigh）发现了氩，产生了惊人的后果，致使在十九世纪末发现了元素周期元素系零族元素。
其三是稀土元素的分离和提纯，对稀土元素的分离和提纯和对稀土元素的研究自十八世纪开始，经历了180年的历史，直到1947年人们在核反应的生成物中发现了61号元素钷（Pm）。
0.2 二十世纪以来的无机化学
无机化学扫清了前进途上的障碍，重振旗鼓，冲出萧条时期，获得新生。到20世纪的末期，化学家已发现的元素有110种，化合物总数超过1000万余种，人类究竟还能发现多少种元素？仍是一个世界性的难题。二十世纪以来，化学进入了大发展的时代。在这一时期，人们经历着：从宏观到微观、从描述到推理、从定性到定量、从静态到动态的认识过程，特别是40年代末，由于原子能工业和半导体材料工业的兴起，无机化学又取得了新的进展。70年代以来，随着宇航、能源、催化及生化等研究领域的飞跃发展，无机化学不论在实践还是在理论方面有了许多重大的突破，当代在无机化学学科领域中最活跃的方面有以下几方面：
1.无机材料化学
材料是人类进步的里程碑，是现代文明的重要支柱。具有应用前景的多功能信息材料不断涌现出来，新型的结构材料向着高温、高比强度的方向发展，如铝合金、钛合金、高温超导材料，工程陶瓷，新型的复合材料等。譬如光导纤维信息量大，一对光导纤维可容3万门电话通讯，不受电磁干扰，保密性强，重量轻而且易施工。目前，我国已有3万公里通话。运用光导纤维的优点是省材料，每公里省1.1吨铜，或省2～3吨铝。
各种新材料的结构及其内部成键的方式等方面的研究，正在促进化学理论的发展，同时在研究新型材料的过程中，高温、高压、强磁、低温及等离子体等各种实验技术层出不穷。
2.生物无机化学
生物无机化学是建立在生物与无机化学基础上的一门新兴的边缘学科。它是在分子能级、乃是原子能级水平上，研究与生命有关的元素。根据资料获悉：生命必需的元素有28种之多，绝大多数生命必需元素处于1—4周期中，目前被重点研究的共有10种。如钠、钾、镁、钙、锌、锰、钴、铜、铁和钼。这些金属离子与蛋白质、核酸、维生素、激素、代谢物质等生物配位体，形成生物配合物金属蛋白、金属酶等。它们在生命运动过程中，具有重要生化及生理功能。倘若没有化学变化，地球就将是一个无生命的行星。众所周知，豆科植物从空气中吸收二氧化碳，从土壤中吸收水分；经过一系列奇妙的化学反应生成碳水化合物，这就是光合作用。所以，有人说生命过程都是生物和化学的关系，已构成现代生命科学中一个极富活力的领域。美国医学教授，诺贝尔奖金获得者A.Kornberg疾呼，“要把生命理解成化学”。
3.有机金属化学
早在十八～十九世纪初，人们认为无机物质是无生命的物质，如岩石、土壤、矿物和水等，而有机物质则是由有生命的动物和植物产生如蛋白质、油脂、淀粉、纤维素、尿素等。无机物与有机物之间存在着不可逾越的鸿沟。1829年德国化学家F·武勒从无机氰酸铵制得了尿素，突破了无机化合物和有机化合物之间的绝对界线。20世纪以来，无机化学家与有机化学家共同感兴趣的是有机金属化合物，这类化合物是在-C-C-链中含-C-M-键的一类化合物。（M代表金属）。自从1951年发现二茂铁（C5H5）2Fe——一种“夹心”式的化合物，至今陸续合成的有机金属化合物的总数已超过 100万种，这类化合物分别在催化剂、半导体、药物、能源等方面有着重要的用途。
0.3 我们的目标
当我们达古通今地领略了无机化学研究的演变，从中获得启示。目前，我们处于打基础的阶段，我们学习应从何下手？
F.A.科顿说：“我们确信，象其它教科书那样没有或几乎没有包含实际内容的无机化学，就象是没有乐器演奏的一张乐谱”。Humphreys说：“真正的化学是叙述性化学（descriptiveChemistry）即元素化学，只有理论没有性质那就不是化学”。因此，我们的学习就是要掌握重要元素及其化合物的重要性质。因为诸多化合物的性质均由它的特定结构所决定；同样，物质的性质决定了它的制备途径、分离方法等。同时要抓住重要反应规律性。学习中要以元素周期系为纲。从异中求同，同中求异，掌握周期系变化的规律性与非规律性，并注意适用结构与热力学的原理分析化学现象和变化，尽量在理解的基础上进行记忆，为学习后续课打下一个扎实的元素化学的基础。
新的一个世纪即将来临，“21世纪是化学的时代”。让我们在学习元素化学的全部过程中把握住理论联系实践这把金钥匙，时刻思考着“化学与人类”、“化学与我们”、“化学与我”，以一个崭新的面貌去迎接高新技术的挑战吧
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