无机化学

  无机化学,研究无机物的组成、结构、性质和变化规律的科学。它的研究范围极其广泛,涵盖了除有机物以外的整个元素周期表中所有元素及其化合物,涉及的物质结构类型众多,化学键型复杂,化学反应多式多样。现代化学中的许多新发现,新理论都与无机化学有关,可以认为无机化学在化学科学中是处于基础和母体地位。  当前无机化学的发展趋势和方向的特点是:无机化学与材料科学和生命科学的交叉、融合越来越突出并可能孕育着新的突破。无机化学在合成和制备研究中,力求在发展新的合成方法及路线上下功夫;强调运用分子设计和分子工程思想,推进新型化合物的合成及特殊物质聚集状态的研究;重视无机功能材料的复合,组装及杂化的研究;加强功能性无机物质的结构与性能关系研究,理论研究深入到微观过程;无机化学与生命科学的交叉要进一步深化研究的内涵,突出无机元素生物效应的化学基础的研究;大力开展新型金属元素结合生物大分子、无机仿生过程及分子以上层次生物无机化学基础研究。

古代无机化学知识和工艺

   原始人类即能辨别自然界存在的无机物质的性质而加以利用。后来偶然发现自然物质能变化成性质不同的新物质,于是加以仿效,这就是古代化学工艺的开始。如至少在公元前6000年,中国原始人即知烧粘土制陶器,并逐渐发展为彩陶、白陶、釉陶和瓷器。公元前5000年左右,人类发现天然铜性质坚韧,用作器具不易破损。后又观察到铜矿石如孔雀石(碱式碳酸铜)与燃炽的木炭接触而被分解为氧化铜,进而被还原为金属铜,经过反复观察和试验,终于掌握以木炭还原铜矿石的炼铜技术。以后又陆续掌握炼锡、炼锌、炼镍等技术。再后又有青铜(铜锡合金)、黄铜(铜锌合金)、镍白铜(铜镍合金)、砷白铜(铜砷合金)等冶铸工艺的发展。铁的熔点高,它的冶炼发展较晚,中国在春秋战国时代即掌握了从铁矿冶铁和由铁炼钢的技术,公元前2世纪中国发现铁能与铜化合物溶液反应产生铜,这个反应成为后来生产铜的方法之一。    化合物方面,在公元前17世纪的殷商时代即知食盐(氧化钠)是调味品,苦盐(氯化镁)的味苦。公元前5世纪已有琉璃(聚硅酸盐)器皿。公元7世纪,中国即有焰硝(硝酸钾)、硫黄和木炭做成火药的记载,火药是中国的重要发明之一。    明朝宋应星在1637年刊行的《天工开物》中详细记述了中国古代手工业技术,其中有陶器、瓷器、铜及各种铜合金、钢铁、金、银、锡、铅、锌(倭铅)、硫黄、食盐、焰硝、石灰、皂矾(水合硫酸亚铁)、红矾(水合氧化铁)、黄矾(水合硫酸铁)、胡粉(碱式碳酸铅)、黄丹(一氧化铅)、铜绿(乙酸铜)、明矾(硫酸铝钾)、枯矾(无水明矾)、硼砂(十水合四硼酸钠)、硇砂(氯化铵)、砒霜(三氧化二砷)、朱砂(硫化汞)、芒硝(十水合硫酸钠)、雄黄(四硫化四砷)、雌黄(三硫化二砷)、轻粉(氯化亚汞)等无机物的生产过程。    由此可见,在化学科学建立前,人类已掌握了大量无机化学的知识和技术。  

化学科学的前驱──金丹术

   金丹术就是企图将丹砂(硫化汞)之类药剂变成黄金,并炼制出长生不老之丹的方术。中国金丹术始于公元前2、3世纪的秦汉时代。公元 142年中国金丹家魏伯阳所著的《周易参同契》是世界上最古的论述金丹术的书,约在 360年有葛洪著的《抱朴子》,这两本书记载了60多种无机物和它们的许多变化。约在公元8世纪,欧洲金丹术兴起,后来欧洲的金丹术逐渐演进为近代的化学科学,而中国的金丹术则未能进一步演进。    金丹家关于无机物变化的知识主要从实验中得来。他们设计制造了加热炉、反应室、蒸馏器、研磨器等实验用具。金丹家所追求的目的虽属荒诞,但所使用的操作方法和积累的感性知识,却成为化学科学的前驱。  

近代无机化学的建立

   最初化学所研究的多为无机物,所以近代无机化学的建立就是近代化学的创始。建立近代化学贡献最大的化学家有三人,即英国的R.玻意耳、法国的A.-L.拉瓦锡和英国的J.道尔顿。    玻意耳在物理方面发现气体体积与压力的关系,从而创立玻意耳定律。在化学方面,他进行过很多实验,如磷、氢的制备,金属在酸中的溶解以及硫、氢等物的燃烧。在他所著的《怀疑派化学家》一书中,他强调化学家不应以炼丹制药为目的,而应以研究物质本身的组成、性质和变化的本质为职责,而且研究要以实验为唯一途径。他从实验结果阐述了元素和化合物的区别,提出元素是一种不能分出其他物质的物质。这些新概念和新观点,把化学这门科学的研究引上了正确的路线,对建立近代化学作出了卓越的贡献。    拉瓦锡采用天平作为研究物质变化的重要工具,进行了硫、磷的燃烧,锡、汞等金属在空气中加热而变化的定量实验,确立了物质的燃烧是氧化作用的正确概念,推翻了盛行达百年之久的燃素说。拉瓦锡在大量定量实验的基础上。于1774年提出质量守恒定律,即在化学变化中,物质的质量不变。1789年在他所著的《化学概要》中,提出第一个化学元素分类表和新的化学命名法,并运用正确的定量观点,叙述当时的化学知识,从而奠定了近代化学的基础。由于拉瓦锡的提倡,天平开始普遍应用于化合物组成和变化的研究。    1799年法国化学家J.-L.普鲁斯特归纳化合物组成测定的结果,提出定比定律,即每个化合物各组分元素的重量皆有一定比例。结合质量守恒定律,1803年道尔顿提出原子学说,宣布一切元素都是由不能再分割、不能毁灭的称为原子的微粒所组成。同一元素的原子的性质皆相同,不同元素的则不同。并从这个学说引伸出倍比定律,即如果两种元素化合成几种不同的化合物,则在这些化合物中,与一定重量的甲元素化合的乙元素的重量必互成简单的整数比。这个推论得到定量实验结果的充分印证。原子学说建立后,化学这门科学开始宣告成立。  

无机化学的系统知识和研究方法

   无机化学在成立之初,其知识内容已有四类,即事实、概念、定律和学说。用感官直接观察事物所得的材料,称为事实。对于事物的具体特征加以分析、比较、综合和概括得到概念,如元素、化合物、化合、化分、氧化、还原、原子等皆是无机化学最初明确的概念。组合相应的概念以概括相同的事实则成定律,例如,不同元素化合成各种各样的化合物,总结它们的定量关系得出质量守恒、定比、倍比等定律。建立新概念以说明有关的定律,该新概念又经实验证明为正确的,即成学说。例如,原子学说可以说明当时已成立的有关元素化合重量关系的各定律。化学知识的这种派生关系表明它们之间的内在联系。定律综合事实,学说解释并贯串定律,从而把整个化学内容组织成为一个有系统的科学知识。人们认为近代化学是在道尔顿创立原子学说之后建立起来的,因为该学说把当时的化学内容进行了科学系统化。    系统的化学知识是按照科学方法进行研究的。科学方法主要分为三步:  

·搜集事实

   搜集的方法有观察和实验。实验是控制条件下的观察。化学研究特别重视实验,因为自然界的化学变化现象都很复杂,直接观察不易得到事物的本质。例如,铁生锈是常见的化学变化,若不控制发生作用的条件,如水气、氧、二氧化碳、空气中的杂质和温度等,就不易了解所起的反应和所形成的产物。无论观察或实验,所搜集的事实必须切实准确。化学实验中的各种操作,如沉淀、过滤、灼烧、称重、蒸馏、滴定、结晶、萃取等等,都是在控制条件下获得正确可靠事实知识的实验手段。正确知识的获得,既要靠熟练的技术,也要靠精密的仪器,近代化学是由天平的应用开始的。通过对每一现象的测量,并用数字表示,才算对此现象有了确切知识。  

·建立定律

   古代化学工艺和金丹术积累的化学知识虽然很多,但不能称为科学。要知识成为科学,必须将搜集到的大量事实加以分析比较,去粗取精,由此及彼地将类似的事实归纳成为定律。例如普鲁斯特注意化合物的成分,他分析了大量的、采自世界各地的、天然的和人工合成的多种化合物,经过八年的努力后发现每一种化合物的组成都是完全相同的,于是归纳这类事实,提出定比定律。  

·创立学说

   化学定律虽比事实为少,但为数仍多,而且各自分立,互不相关。化学家要求理解各定律的意义及其相互关系。道尔顿由表及里地提出物质由原子构成的概念,创立原子学说,解释了关于元素化合和化合物变化的重量关系的各个定律,并使之连贯起来,从而将化学知识按其形成的层次组织成为一门系统的科学。

无机化学基础

  区别于有机化学,无机化学主要探讨关于无机物(主要为非含碳物)的性质与反应。
  无机化学的基础是物质。在无机化学中,物质被分为三类:单质、化合物与混合物。请注意化合物(compound)与混合物(mixture)之间存在很大的差别。化合物与单质都是由单种分子(或由离子键结合的离子)构成的,它们也被统称为纯净物。纯净物可以用化学式表示它们的组成成份,如氢气(H2)、碳酸氢钠(NaHCO3)。混合物没有化学式,也可以将它们的主要成份的化学式写出,如王水(HNO3、HCl)等。
  化学研究已经表明,所有物质都是由一些元素以特定方式组成的。如氧气由氧元素组成,氧化钙由氧元素和钙元素组成。但其具体构成方式有所不同,金属以及稀有气体直接由原子构成,而非金属及一部分化合物由分子构成。另一部分化合物则由离子或原子团构成。

·原子的构成

  原子的构成主要在物理化学中有所探讨。简略来说,原子的中央有一个密度极大的核心,即原子核。许多电子围绕原子团转动。原子核由质子与中子构成,质子带+1电荷,中子不带电。电子带-1电荷,因此会被核内质子吸引。电子所带能量决定该电子主要在离核多远的地方运行,一般我们将其划分为区域,称之为能级。我们也可以用轨道表示电子运行的趋势,但电子并不是按照一定轨道运行的。实际上,根据海森堡不确定性原理,没有人能预测一个电子在某一时刻的位置,但其总会遵循一定趋势。
  在原子中,核内带多少质子,核外即有多少个电子。电子的能级可以用阿拉伯数字表示,也可以用K、L、M、N、O、P、Q等字母表示。K层最多可容纳2个电子,L层可容纳8个,M层可容纳18个。也即,第n层最多可容纳2n2个电子。特别地,最外层电子(即价电子)不可超过8个。
  例如,3号元素锂(Li)的原子中有3个电子,也即:K层2个,L层1个。在物理化学中,还会介绍价电子排布(锂的价电子排布为[He]2s1),这里不加介绍。又如20号元素钙(Ca),其原子中有20个电子,即2、8、8、2。注意其电子排布不是2、8、10,因为这样不满足价电子不超过8个。
  稀有气体的价电子数刚好为8,因此其化学性质稳定。具有8个价电子的结构被称为相对稳定结构。

·离子与离子键

  离子是失去电子而形成相对稳定结构的原子。如钠(Na)原子有11个电子,即2、8、1。显然其失去一个电子后,即形成具有最外层8个电子的 稳定结构。我们将其称为钠离子(Na+)。由于钠离子失去了电子,因此我们称之为阳离子。氯(Cl)原子有17个电子(2、8、7),它在得到一个电子后会形成相对稳定结构,即氯离子(Cl-)。它得到了电子,因此我们称之为阴离子。
  钙(Ca,2、8、8、2)原子在形成离子时,需失去两个电子,因此我们称之为二价阳离子。钙离子记作Ca2+。相似地,镁离子记作Mg2+。由于失一个电子比失两个电子容易,所以钠的化学性质比钙活泼。
  原子由于电子与质子电性相对消,因此不显电性。离子则显电性,阳离子显正电,阴离子显负电。阳离子与阴离子互相吸引,使它们维持在一起,这种联系(化学键)被称作离子键。如钠原子给氯原子一个电子,两者均成为离子,而后Na+与Cl-互相吸引,即形成离子键,产生化合物NaCl(氯化钠)。这些化合物被称作离子化合物。

·共价键

  在氯化氢(HCl)分子中,不存在离子键。氢原子将它仅有的一个电子共享给氯原子,氯原子也拿出一个电子作为共享。这两个电子被视作一个共价电子对,在两者中间运行,这样的化学键叫做共价键。由共价键连接的原子被合称分子。显然,氯原子核带正电荷比氢原子核带正电荷多,因此吸引电子的能力也强,这样共价电子对就会偏向氯原子核,故氯相对显负电,氢相对显正电。这种共价键叫做极性键。
  氧分子(O2)由两个氧原子构成。这两个氧原子共用两个共价电子对,但其原子核吸引电子的能力相同,故这种共价键叫做非极性键。所有仅由共价键构成的化合物叫做共价化合物。
  化合物中可以既有共价键,又有离子键,如硫酸锌(ZnSO4)。它们也被算作离子化合物,其中由共价键连接的部分被称为原子团。

·化合价

  化合价是一种化合物中某种元素的分子所形成化学键的总数。例如碳酸钠(Na2CO3)中,每个钠离子与碳酸根间由一个离子键连接,且钠离子为阳离子。因此我们说,碳酸钠中钠的化合价为+1。而其中的碳原子共形成4个共价键,且共价电子对均偏向氧原子,故化合价为+4。一个氧原子与碳原子形成两个共价键,另外两个氧原子分别与碳原子形成一个共价键,与钠形成一个离子键,故显-2价。化合价在氧化还原反应(下文将讲述)中有很重要的作用。

化学反应

  一种(或数种)物质在一定条件下发生反应生成新的物质,叫做化学反应,也叫化学变化。反应之前的物质叫做反应物,反应所生成的物质叫做生成物。

·基本化学反应

  基本化学反应类型共有四种:化合反应、分解反应、置换反应与复分解反应。但是,这四种反应并不能包括所有的化学反应。

·化合反应

  化合反应是两种以上物质反应生成一种化合物的反应。它可以用A+B=AB表示。
  例如,碳在氧气中燃烧生成二氧化碳,是一个化合反应:
\mbox{C} + \mbox{O}_2 \longrightarrow{} \mbox{CO}_2
  氢气在氧气中燃烧生成水,也是化合反应。
\mbox{2H}_2 + \mbox{O}_2 \longrightarrow{} \mbox{2H}_2\mbox{O}

·分解反应

  分解反应是一种化合物分解为两种以上物质(单质或化合物均可)的反应。它可以用AB=A+B表示。
  例如,碳酸分解成二氧化碳与水:
\mbox{H}_2\mbox{CO}_3 \longrightarrow{} \mbox{CO}_2\uparrow + \mbox{H}_2\mbox{O}
  高锰酸钾加热分解:
\mbox{2KMnO}_4 \longrightarrow{} \mbox{K}_2\mbox{MnO}_4 + \mbox{MnO}_2 + \mbox{O}_2\uparrow

·置换反应

  置换反应是一种单质将某一种化合物里的某一元素置换出,并生成另一单质与另一化合物的反应。它可以用A+BC=AC+B表示。
例如,氧化铜粉末与碳粉在高温条件下发生反应,生成铜单质:
\mbox{C} + \mbox{2CuO} \longrightarrow{} \mbox{2Cu} + \mbox{CO}_2\uparrow
  硫酸铜溶液与铁反应生成铜:
\mbox{CuSO}_4 + \mbox{Fe} \longrightarrow{} \mbox{FeSO}_4 + \mbox{Cu}

·复分解反应

  复分解反应是两种化合物交换成份形成另外两种化合物的反应。
  例如,碳酸氢钠中和盐酸(作为盐酸误伤救治):
\mbox{NaHCO}_3 + \mbox{HCl} \longrightarrow{} \mbox{NaCl} + \mbox{H}_2\mbox{CO}_3
  注意,在上述反应中,生成碳酸(H2CO3)的浓度很高,会自动分解成水与二氧化碳。因此,通常情况下我们直接将水和二氧化碳写入反应生成物中。
\mbox{NaHCO}_3 + \mbox{HCl} \longrightarrow{} \mbox{NaCl} + \mbox{CO}_2\uparrow + \mbox{H}_2\mbox{O}

·氧化还原反应

  一切化学反应根据反应中是否有电子转移可分为氧化还原反应和非氧化还原反应.有电子转移的反应叫氧化还原反应,反之亦然.判断一个反应是否是氧化还原反应的方法是看参加反应的各物质中的各元素是否有化合价变化。

离解与电解质

  离解是指物质在水溶液中化学键断裂形成离子或原子团的作用。一些物质在水中可以几乎完全离解,而另一些则只能部分离解。我们将前者称为强电解质,后者称为弱电解质。在水中不能离解的物质是非电解质。例如,氯化钠在水中解离出氯离子(Cl-)与钠离子(Na+)。氯化钠可完全离解,因此它是强电解质。
  共价化合物的离解稍复杂,如醋酸(CH3COOH)在水中会解离出醋酸根离子(CH3COO-)。剩余的一个氢“离子”──实际上只是一个裸露在外的质子──不可以单独存在,因此它与水结合形成H3O+。为了简便,通常我们只记作H+

·电离平衡

  在离解的过程中,也有一部分离子重新结合。在强电解质中,离解的过程足够快,以至于离子根本来不及重新结合,即使在完全离解后它们又结合了,也马上就会分解掉。然而弱电解质没有这样快的离解过程,它们的反应速率逐渐减慢,直至某一时刻,离解的速度与重化合的速度同样快,即形成平衡状态。
  水是典型的弱电解质。在水中存在如下电离平衡:
    \mbox{H}_2\mbox{O} \rightleftharpoons \mbox{H}^\mbox{+} + \mbox{OH}^\mbox{-}

酸与碱

  硫酸、盐酸、醋酸等物质都是酸,都具有一定腐蚀性。氢氧化钠、氢氧化钙、氨水等物质都是碱,它们也有腐蚀性。  酸与碱都是共价化合物。我们发现,酸在水中离解,会生成H+;碱在水中离解,会生成OH-
  在水中(或融灼状态下)解离出H+的物质叫做酸,在水中解离出OH-的物质叫做碱。

·pH值

  水是弱电解质,其中存在电离平衡。当在水中的其他物质解离出H+或OH-时,这一电离平衡将被打破,导致其中某一种离子的浓度增大。
  溶液在特定温度下,其H+的浓度(记作c(H+))与OH-的浓度(记作c(OH-))之积是一个常数,记作Kw,即水的离子积常数。室温(25°C)下,Kw约等于1×10-14mol/L。当c(H+)=c(OH-)时,溶液呈中性,而c(H+)若大于c(OH-)溶液则呈酸性,反之呈碱性。
  为了便于计量,定义pH=-lg(c(H+))。如某一溶液中H+离子浓度为1×10-4mol/L,则其pH值为4。水的pH值为7。
  pH值不适用于H+离子浓度大于1mol/L的溶液,这些溶液一般直接用c(H+)计量。

·酸碱指示剂

  一些物质(多为有机物)可与H+或OH-离子结合生成不同颜色的化合物,又可在浓度降低时还原。这些物质因加在溶液里可判断溶液酸碱性,故称为酸碱指示剂。酸碱指示剂其实是一类弱酸或弱碱,他们在ph不同的溶液中电离度不同,故而形成不同颜色的离子或分子,所以显示不同颜色.
  常用石蕊与酚酞做酸碱指示剂。石蕊溶液平常呈紫色,遇酸变红,遇碱变蓝。酚酞溶液平常呈无色,遇碱变为粉红或红色。
  将不同的酸碱指示剂按一定比例混合并制成试纸,即可测量精确到整数的pH值,这些试纸被称作pH试纸。

·酸根与金属离子

  通常酸是由氢离子和另一部分构成,这另一部分通常称作酸根.常见的酸根有硫酸根,碳酸根等.碱通常由氢氧根离子和另一部分构成,这另一部分通常是金属离子或铵根离子(铵根离子部分化学性质与金属离子相似).在一定条件下,金属离子可以与酸根离子结合,生成盐类化合物.

·氨水的碱性

  值得注意的是,并非只有含氢氧根的化合物溶液呈碱性,氨水(NH3·nH2O)就是一个反例。氨水是弱电解质,其中存有以下电离平衡:\mbox{NH}_3 + \mbox{H}_2\mbox{O} \iff \mbox{NH}_4^\mbox{+} + \mbox{OH}^\mbox{-}
  因此,不含氢氧根的氨气溶于水,也呈碱性。

盐与酸碱中和反应

·

  酸根通过离子键与金属结合,形成的离子化合物叫做盐。注意,生活中所说的盐多指食盐,其主要成分是氯化钠。

·酸碱中和反应

  酸是由氢离子与酸根离子构成的,碱则是由金属与氢氧根离子构成的。在酸与碱混合时,酸中的氢离子与碱中的氢氧根离子反应生成水,而剩下的酸根离子与金属离子则反应生成盐。这种反应称为酸碱中和反应。酸碱中和反应都是复分解反应,因此都不是氧化还原反应。此反应是放热反应。  例如,氢氧化钠与盐酸反应生成氯化钠与水:\mbox{NaOH} + \mbox{HCl} \longrightarrow{} \mbox{NaCl} + \mbox{H}_2\mbox{O}  

·盐的酸碱性

  盐的酸碱性取决于它在水中是否破坏水的电离平衡。如氯化钠(NaCl),生成氯离子与钠离子均不破坏水的电离平衡。因此,它是中性盐。亚硝酸钠(NaNO2)生成钠离子与亚硝酸根离子(NO2-),亚硝酸根离子进一步与水中的H+离子发生反应,导致水的电离平衡向OH-偏移。因此,亚硝酸钠的水溶液呈碱性。亚硝酸钠与氯化钠外形、味道均相似,却有毒性,因此可用酸碱指示剂判定。  此外,酸硷性亦可依据其酸根及金属离子作粗略判断,如:强酸弱硷之盐呈酸性;强硷弱酸之盐呈硷性;强酸强硷之盐呈中性;弱酸弱硷之盐则依阴阳离子之相对水解度大小断定酸硷。NaNO2,由亚硝酸根与钠离子构成,盖亚硝酸为弱酸,氢氧化钠则为强硷,故亚硝酸钠之水溶液乃为硷性。

现代无机化学

   19世纪末的一系列发现,开创了现代无机化学:1895年W.K.伦琴发现X射线;1896年H.贝可勒尔发现铀的放射性;1897年J.J.汤姆孙发现电子;1898年,M.居里和P.居里发现钋和镭的放射性。20世纪初E.卢瑟福和N.玻尔提出原子是由原子核和电子所组成的结构模型,改变了道尔顿原子学说的原子不可再分的观念。1916年W.科塞尔提出电价键理论,G.N.路易斯提出共价键理论,圆满地解释了元素的原子价和化合物的结构等问题。1924年,L.-V.德布罗意提出电子等物质微粒具有波粒二象性的理论;1926年,E.薛定谔建立微粒运动的波动方程;次年,W.H.海特勒和F.W.伦敦应用量子力学处理氢分子,证明在氢分子中的两个氢核间,电子几率密度有显著的集中,从而提出了化学键的现代观点。此后,经过几方面的工作,发展成为化学键的价键理论、分子轨道理论和配位场理论。这三个基本理论是现代无机化学的理论基础。现代物理实验方法如:X射线、中子衍射、电子衍射、磁共振、光谱、质谱、色谱等方法的应用使无机物的研究由宏观深入到微观,从而将元素及其化合物的性质和反应同结构联系起来,形成现代无机化学。现代无机化学就是应用现代物理技术及物质微观结构的观点来研究和阐述化学元素及其所有无机化合物的组成、性能、结构和反应的科学。无机化学的发展趋向主要是新型化合物的合成和应用,以及新研究领域的开辟和建立。  

·新型化合物

   是一些结构新和成键方式新的化合物,其中不少是有机金属化合物。    1.夹心化合物  由片状配位体以大π键把金属原子夹在中间所形成的配位化合物。1951年发现二茂铁,不久发现苯和铬、环辛四烯和铀可形成类似的稳定化合物。实际上,几乎所有的过渡元素皆可作为这类化合物的中心原子。夹合中心金属原子的配位体也不必是共轭环化合物,非共轭环如环辛二烯和直链不饱和化合物如丙烯基,皆可形成这类化合物。两个环可平行,也可不平行,可以是大π键的多搭,也可以是σ 键的单搭;中心原子可一面与共轭环结合,另一面与一般配体如羰基配位,也可形成多核聚合物(图1h)等。    2.穴状化合物  包括冠醚金属化合物。 属于巨环多齿配体的有机金属化合物。第一个冠醚二苯并18-冠-6是在1967年合成的: 
它是18原子环,其中6个为氧原子,它对碱金属离子有强的配位力。 冠醚环的大小不同时, 对金属离子的配位能力就不同。 现在已合成出有3~20个氧原子的冠醚。N、O巨环化合物可形成多环配体,例如具有双环结构的N(CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2)3N,结构式如下。商品名称为穴合剂 222,对碱金属和碱土金属离子皆有配位能力,形成稳定度不同的穴状化合物。
               3.簇状化合物 又称原子簇金属化合物, 简称簇合物。最先合成并经充分研究的金属簇合物是 Re2Cl82-。簇合物的特征是分子中存在金属键。这类化合物多为低价金属的卤化物或氧化物,以及零价金属的羰基、亚硝酰基等配体的化合物。过渡元素中部的金属Ti~Ni、Zr~Pd和Hf~Pt容易形成簇合物。簇合物既保持细粒金属的性质,也具有单核金属配合物的性质,兼有多相催化和均相催化的作用,可成为一类活性高和选择性好的催化剂。  

·新兴研究领域

   由于各学科的深入发展和学科间的相互渗透,形成许多跨学科的新的研究领域。无机化学与其他学科结合而形成的新兴研究领域很多,例如:    1.生物无机化学 是无机化学与生物化学结合的边缘学科。现在已知动植物生命中有30多种元素,其中19种为金属。在许多生物过程中,金属起着核心作用,如动物体中运送氧气的作用是靠血红蛋白中的铁元素,植物的光合作用是靠含有镁原子的叶绿素吸收太阳能将二氧化碳和水转变为氧气和碳水化合物。植物的固氮菌是一种酶,它能在常温常压下以水和空气中的氮为原料合成氨,这种酶是由含铁、钼和仅含铁的两种蛋白质所组成。其他重要的金属酶有:促进蛋白质中肽键断裂的羧肽酶,促进水和二氧化碳形成碳酸的碳酸酐酶,这两种酶皆含锌。现知含各种金属的酶有数百种之多,它们的功能皆和金属元素与生物体内物质的反应有关。    2.有机金属化学  有机金属化合物是金属元素与有机物的碳原子成键的化合物。发现较早的有以下几种反应的产物: 
式中RX为卤代烃。一般地说,周期系的主族金属容易与碳成键;过渡金属具有d电子,除能与有机配体形成σ或π 键外,还有反馈作用,使化合物稳定。前面所提的新型化合物,如夹心化合物和簇合物,多数都是有机金属化合物。这类化合物广泛用作有机合成的试剂、化工生产的催化剂、医药、农药和特种材料等。通过对这类化合物的研究,已从理论上将无机化学和有机化学沟通了。    3.无机固体化学 是化学和物理学结合的新兴研究领域。现代科学技术需要耐高温、耐腐蚀、耐老化、高强度、高韧性的结构材料和具有良好的光、电、声、磁、热、力等性质的功能材料。这些材料多数为无机固体物质,很多材料是非整比的化合物,常由固相反应制备。在合成中要使用高温、高压、高真空等技术。如在2500℃和200000大气压下,碳(石墨)可以转变成金刚石。无机固体化学就是研究功能材料在制备过程中的变化和控制机理,以及在晶体生长、固体腐蚀、氧化、电化学等过程中,涉及缺陷和杂质对固体中原子、电子和晶格运动的影响等物理过程的学科。