[理学]固体化学第一章 绪论.ppt

又如层状结构的石墨中，每一层内的每个碳原子以三个电子与邻近的三个碳原子以共价键结合，组成片状六角形的平面蜂巢结构； 另一个价电子则为该层内所有碳原子所共有，形成大?键； 层与层之间则以范德华力相互作用。 　　因此，石墨晶体中既包含有共价键，又包含有大?键和范德华力，从而使得石墨表现出固体物质的多重性质： 质地柔软光滑、容易磨碎、密度小，熔点高、不透明、有光泽和导电率高等。 第二节 　固体化学发展的若干前沿领域 　　固体化学在推进新材料发展的同时，其本身也随着材料科学的发展而发展。 近年来已出现了一些富有成果性的研究。如高温超导材料、纳米材料、C60 等。 固体化学发展的前沿领域主要有以下六个方面： 一、固体无机化合物和新材料的新合成方法; 二、温室和低热固相化学反应; 三、超微粒子与纳米相功能材料; 四、层状化合物与高温超导; 五、原子簇化合物与C60; 六、生物无机固体化学; 一、固体无机化合物和新材料的新合成方法 通常采用高温固相反应来制备固体无机化合物和新材料。 此方法的缺点: 1、反应温度过高（大于 1400 ℃）； 2、消耗能量大； 3、反应过程难于控制 ； 　　新的合成方法如下： 1、溶胶凝胶法 2、共沉淀法 3、水热与溶剂热合成法 4、微波法 5、气相输运法 　　其中，溶胶凝胶法及水热与溶剂热合成法是软化学合成中比较重要的两种方法。 　　软化学合成的原理： 　　在中低温或溶液中，使反应物在分子状态上均匀混合，通过生成前驱体或中间体（此反应过程可以人为控制），最后生成（？）具有指定组成、结构和形貌的材料。 　　软化学合成方法广泛应用于发光材料、磁性材料、金属间化合物、玻璃陶瓷和高温结构材料等。 组合化学（combinatorial chemistry）由于可以批量合成化合物而引起科学家的广泛兴趣。 组合化学起始于20世纪 80年代，原来主要用于药物材料的筛选上（例如作为抗癌药物的无机配合物）。 　　现在，利用组合化学的方法可以有效地寻找具有特殊功能的新型化合物材料，从而在光学、电学、磁学材料中具有广阔的应用前景。 二、温室和低热固相化学反应 　　“固相化学反应只能在高温下发生”这一认识，在化学家的头脑中已根深蒂固，而事实上许多固相反应在低温下便可发生。 研究低温固相反应并开发其合成应用价值的意义是不言而喻的。 　　1993 年Mallouk教授在Science 中的评述如下： 传统固相化学反应只能在较高温度下存在，它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。为了得到介稳态固相反应产物，扩大材料的选择范围，有必要降低固相反应温度。 由此可见，降低反应温度不仅可获得更新的化合物，为人类创造出更加丰富的物质财富，而且可以最直接地提供人们了解固相反应机理所需的实验佐证，为人类尽早地实现能动、合理地利用固相化学反应，进行定向合成和分子组装以及最大限度地发掘固相反应的内在潜力创造了条件。 室温下固----固反应的实例： 　　固体4--甲基苯胺与固体CoCl2.6H2O按2:1摩尔比在室温下（20 ℃ ）混合，一旦接触，界面即刻变蓝，稍加研磨反应完全，该反应甚至在0 ℃ 同样瞬间变色。 　　作为对比，在CoCl2的水溶液中加入4--甲基苯胺（摩尔比同上），无论是加热煮沸还是研磨、搅拌都不能使白色的4--甲基苯胺表面变蓝，即使在饱和的CoCl2水溶液中也是如此。 　　这表明虽然使用同样的起始反应物、同样的摩尔比，由于反应微环境的不同，从而使固、液反应有明显的差别，有的甚至如同上例，换一种状态进行，反应根本不发生，或者固、液反应的产物不同。 室温或低温下固--固反应的四步机理: 1、固相间的扩散； 2、反应物进行固相反应； 3、反应物开始形成晶核； 4、晶核进一步生长。 　　低温固相反应的特点： 作为绿色合成化学的低热化学反应，具有节能、高效、无污染及工艺过程简单等优点，它不仅使合成新的化合物成为可能，也为材料的制备提供了一种新的方法。 三、超微粒子与纳米相功能材料 在工程上，把粒径小于0.5 微米的粒子称为超微粒子。 科学家根据粒径对材料性质的影响，把粒径为0.1----0.001微米（即1~100 nm）的超微粒子称作纳米粒子。 　　“纳米”（nm）是一个尺度的度量，1 nm = 10