什麼是無機化學?
無機化學是研究無機化合物的化學,是化學領域的一個重要分支。通常無機化合物與有機化合物相對,指多數不含C-H鍵的化合物,但是,碳氧化物、碳硫化物、氰化物、硫氰酸鹽、碳酸及碳酸鹽、碳硼烷、羰基金屬等都屬于無機化學研究的範疇(實際上是将“由無機化學研究的物質”定義為“無機物”)。但這二者界限并不嚴格,之間有較大的重疊,有機金屬化學即是一例。
無機化學是除碳氫化合物及其衍生物外,對所有元素及其化合物的性質和它們的反應進行實驗研究和理論解釋的科學,是化學學科中發展最早的一個分支學科。
過去認為無機物質即無生命的物質,如岩石、土壤,礦物、水等;而有機物質則是由有生命的動物和植物産生,如蛋白質、油脂、澱粉、纖維素、尿素等。1828年德意志化學家維勒從無機物氰酸铵制得尿素,從而破除了有機物隻能由生命力産生的迷信,明确了這兩類物質都是由化學力結合而成。現這兩類物質是按研究領域不同而劃分的(所以常常會出現某些含有碳鍊、有機配體的物質被劃分為無機物的情況)。化學還有其它細分類。
盡管無機物種類不足已知物質的10%,但已知的化學反應卻以無機為主,這是因為有機物雖然種類多于無機物,但涉及的元素遠少于無機物,導緻物質類型遠少于無機物,最終導緻有機反應遠少于無機反應(很多無機反應甚至隻會在一種分子上發生,而不具備有機反應那樣的普适性)。
無機化學發展簡史
原始人類即能辨别自然界存在的無機物質的性質而加以利用,後來偶然發現自然物質能變化成性質不同的新物質,于是加以仿效,這就是古代化學工藝的開始。
如至少在公元前6000年,中國原始人即知燒粘土制陶器,并逐漸發展為彩陶、白陶,釉陶和瓷器。公元前5000年左右,人類發現天然銅性質堅韌,用作器具不易破損。後又觀察到銅礦石如孔雀石(堿式碳酸銅)與燃熾的木炭接觸而被分解為氧化銅,進而被還原為金屬銅,經過反複觀察和試驗,終于掌握以木炭還原銅礦石的煉銅技術。以後又陸續掌握煉錫、煉鋅、煉鎳等技術。中國在春秋戰國時代即掌握了從鐵礦冶鐵和由鐵煉鋼的技術,公元前2世紀中國發現鐵能與銅化合物溶液反應産生銅,這個反應成為後來生産銅的方法之一,此法也叫“濕法煉銅”。
化合物方面,在公元前17世紀的殷商時代即知食鹽(氯化鈉)是調味品,苦鹽(硫酸鎂)的味苦。公元前五世紀已有琉璃(聚矽酸鹽)器皿。公元七世紀,中國即有焰硝(硝酸鉀)、硫黃和木炭做成火藥的記載。明朝宋應星在1637年刊行的《天工開物》中詳細記述了中國古代手工業技術,其中有陶瓷器、銅、鋼鐵、食鹽、焰硝、石灰、紅礬、黃礬、等幾十種無機物的生産過程。由此可見,在化學科學建立前,人類已掌握了大量無機化學的知識和技術。
古代的煉丹術是化學科學的先驅,煉丹術就是企圖将丹砂(硫化汞)之類藥劑變成黃金,并煉制出長生不老之丹的方術。中國金丹術始于公元前2、3世紀的秦漢時代。公元142年中國金丹家魏伯陽所著的《周易參同契》是世界上最古的論述金丹術的書,約在360年有葛洪著的《抱樸子》,這兩該書記載了60多種無機物和它們的許多變化。約在公元8世紀,歐洲金丹術興起,後來歐洲的金丹術逐漸演進為近代的化學科學,而中國的金丹術則未能進一步演進。
金丹家關于無機物變化的知識主要從實驗中得來。他們設計制造了加熱爐、反應室、蒸餾器、研磨器等實驗用具。金丹家所追求的目的雖屬荒誕,但所使用的操作方法和積累的感性知識,卻成為化學科學的前驅。
由于最初化學所研究的多為無機物,所以近代無機化學的建立就标志着近代化學的創始。建立近代化學貢獻最大的化學家有三人,即英國的玻意耳、法國的拉瓦錫和英國的道爾頓。
波義耳在化學方面進行過很多實驗,如磷、氫的制備,金屬在酸中的溶解以及硫、氫等物的燃燒。他從實驗結果闡述了元素和化合物的區别,提出元素是一種不能分出其他物質的物質。這些新概念和新觀點,把化學這門科學的研究引上了正确的路線,對建立近代化學作出了卓越的貢獻。
拉瓦錫采用天平作為研究物質變化的重要工具,進行了硫、磷的燃燒,錫、汞等金屬在空氣中加熱的定量實驗,确立了物質的燃燒是氧化作用的正确概念,推翻了盛行百年之久的燃素說。拉瓦錫在大量定量實驗的基礎上,于1774年提出質量守恒定律,即在化學變化中,物質的質量不變。1789年,在他所著的《化學概要》中,提出第一個化學元素分類表和新的化學命名法,并運用正确的定量觀點,叙述當時的化學知識,從而奠定了近代化學的基礎。由于拉瓦錫的提倡,天平開始普遍應用于化合物組成和變化的研究。
1799年,法國化學家普魯斯特歸納化合物組成測定的結果,提出定比定律,即每個化合物各組分元素的重量皆有一定比例。結合質量守恒定律,1803年道爾頓提出原子學說,宣布一切元素都是由不能再分割、不能毀滅的稱為原子的微粒所組成。并從這個學說引伸出倍比定律,即如果兩種元素化合成幾種不同的化合物,則在這些化合物中,與一定重量的甲元素化合的乙元素的重量必互成簡單的整數比。這個推論得到定量實驗結果的充分印證。原子學說建立後,化學這門科學開始宣告成立。
19世紀30年代,已知的元素已達60多種,俄國化學家門捷列夫研究了這些元素的性質,在1869年提出元素周期律:元素的性質随着元素原子量的增加呈周期性的變化。這個定律揭示了化學元素的自然系統分類。元素周期表就是根據周期律将化學元素按周期和族類排列的,周期律對于無機化學的研究、應用起了極為重要的作用。
自然界已有的元素共109種,其中94種存在于自然界,15種是人造的。代表化學元素的符号大都是拉丁文名稱的縮寫。中文名稱有些是中國自古以來就熟知的元素,如金、鋁、銅、鐵、錫、硫、砷、磷等;有些是由外文音譯的,如鈉、錳、鈾、氦等;也有按意新創的,如氫(輕的氣)、溴(臭的水)、鉑(白色的金,同時也是外文名字的譯音)等。
周期律對化學的發展起着重大的推動作用。根據周期律,門捷列夫曾預言當時尚未發現的元素的存在和性質。周期律還指導了對元素及其化合物性質的系統研究,成為現代物質結構理論發展的基礎。系統無機化學一般就是指按周期分類對元素及其化合物的性質、結構及其反應所進行的叙述和讨論。
19世紀末的一系列發現,開創了現代無機化學;1895年倫琴發現X射線;1896年貝克勒爾發現鈾的放射性;1897年湯姆遜發現電子;1898年,居裡夫婦發現钋和鐳的放射性。20世紀初盧瑟福和玻爾提出原子是由原子核和電子所組成的結構模型,改變了道爾頓原子學說的原子不可再分的觀念。
1916年科塞爾提出電價鍵理論,路易斯提出共價鍵理論,圓滿地解釋了元素的原子價和化合物的結構等問題。1924年,德布羅意提出電子等物質微粒具有波粒二象性的理論;1926年,薛定谔建立微粒運動的波動方程;次年,海特勒和倫敦應用量子力學處理氫分子,證明在氫分子中的兩個氫核間,電子幾率密度有顯著的集中,從而提出了化學鍵的現代觀點。
此後,經過幾方面的工作,發展成為化學鍵的價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論。這三個基本理論是現代無機化學的理論基礎。
無機化學專業全國高校排名
排 名 |
學校名稱 |
星 級 |
開此專業學校數 |
1 |
南京大學 |
5★ |
150 |
2 |
南開大學 |
5★ |
150 |
3 |
吉林大學 |
5★ |
150 |
4 |
複旦大學 |
5★ |
150 |
5 |
廈門大學 |
5★ |
150 |
6 |
北京大學 |
5★ |
150 |
7 |
中山大學 |
5★ |
150 |
8 |
東北師範大學 |
5★ |
150 |
9 |
中國科學技術大學 |
4★ |
150 |
10 |
浙江大學 |
4★ |
150 |
11 |
清華大學 |
4★ |
150 |
12 |
蘇州大學 |
4★ |
150 |
13 |
山東大學 |
4★ |
150 |
14 |
大連理工大學 |
4★ |
150 |
15 |
天津大學 |
4★ |
150 |
16 |
鄭州大學 |
4★ |
150 |
17 |
西北大學 |
4★ |
150 |
18 |
蘭州大學 |
4★ |
150 |
19 |
華東理工大學 |
4★ |
150 |
20 |
北京化工大學 |
4★ |
150 |
無機化學專業研究方向
研究元素、單質和無機化合物的來源、制備、結構、性質、變化和應用的一門化學分支。對于礦物資源的綜合利用,近代技術中無機原材料及功能材料的生産和研究等都具有重大的意義。當前無機化學正處在蓬勃發展的新時期,許多邊緣領域迅速崛起,研究範圍不斷擴大。已形成無機合成、豐産元素化學、配位化學、有機金屬化學、無機固體化學、生物無機化學和同位素化學等領域。
無機化學就業前景怎麼樣?
無機化學專業畢業的研究生應熟悉材料科學、生命科學、信息科學和能源科學,具有拓寬和推進學科發展的能力。近年來,随着人們對環境科學的日益關心,無機化學的應用越來越廣,就業機會不斷增加。畢業生主要在高等院校、科研部門、工礦企業、政府機關、貿易部門等相關專業的單位從事教學、科研、生産、檢驗管理;也可在環保、化工、醫藥、外貿、海關、衛生、質檢、輕工、普教等相關單位從事應用研究開發、生産技術管理及産品營銷工作。
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