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無機化學 版權信息
- ISBN:9787030550811
- 條形碼:9787030550811 ; 978-7-03-055081-1
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
無機化學 本書特色
在文字表述上力求語言精練、概念準確,例題盡量與醫藥學相關領域緊密貼合,使讀者在使用本教材時,容易讀懂基本內容,并通過看例題、做習題掌握無機化學課程所介紹的基本原理和基本知識。
無機化學 內容簡介
無機化學是高等醫藥院校藥學專業學生的一門必修課。是藥學、藥物制劑、制藥工程、中藥學等專業的主要基礎課程之一。本教材共15章內容,在編寫時考慮到大學一年級學生的實際水平和與高中知識的銜接問題,在保證無機化學的基本原理、基本知識的基礎上,盡量減少與高中知識的重疊,對每個知識點的表達力求簡潔,每個知識點的銜接力求流暢。同時教材中突出無機化學與藥學的緊密聯系,增加了一些學科的前言內容和發展方向。
無機化學 目錄
緒論 1
一、無機化學的發展進程簡介 1
二、化學與藥學 1
三、無機化學是藥學專業的重要基礎 2
四、本教材特點 2
五、學好無機化學 2
**章 溶液 3
**節 溶解 3
一、溶解和溶劑化作用 3
二、溶解度和相似相溶 3
第二節 溶液的濃度 4
一、溶液濃度表示方法 4
二、溶液濃度之間的換算 5
第三節 稀薄溶液的依數性 6
一、溶液蒸氣壓下降 6
二、溶液沸點升高 8
三、溶液凝固點降低 9
四、溶液滲透壓 10
五、滲透壓在醫藥學領域的應用 12
第四節 強電解質溶液 13
一、電解質稀溶液的依數性 13
二、強電解質溶液理論簡介 14
三、離子的活度和活度因子 14
知識導圖 16
習題 16
習題詳解 17
第二章 化學熱力學基礎 19
**節 熱力學的一些基本概念 19
一、系統與環境 19
二、狀態與狀態函數 20
三、過程與途徑 20
第二節 熱力學**定律與化學反應熱效應 20
一、熱力學**定律 20
二、化學反應的熱效應 22
第三節 化學反應的方向性 27
一、熱力學第二定律 27
二、化學反應的Gibbs自由能變 29
知識導圖 31
習題 32
習題詳解 32
第三章 化學反應速率與化學平衡 34
**節 化學反應速率及其表示方法 34
一、平均速率和瞬時速率 34
二、化學反應速率 35
第二節 化學反應速率理論簡介 35
一、碰撞理論 36
二、過渡態理論 38
第三節 影響化學反應速率的因素 38
一、濃度對化學反應速率的影響 38
二、溫度對化學反應速率的影響 41
三、催化劑對化學反應速率的影響 42
第四節 化學平衡及化學平衡常數 43
一、可逆反應與化學平衡 43
二、實驗平衡常數 44
三、標準平衡常數 44
四、多重平衡 47
第五節 化學平衡的移動 47
一、濃度對化學平衡的影響 47
二、壓力對化學平衡的影響 48
三、溫度對化學平衡的影響 49
四、生物體系中的穩態和內穩態 49
知識導圖 50
習題 50
習題詳解 52
第四章 酸堿平衡 55
**節 酸堿理論 55
一、酸堿質子理論 55
二、酸堿電子理論 57
三、軟硬酸堿原則 57
第二節 弱電解質的解離平衡 58
一、弱電解質的解離平衡和解離常數 58
二、弱電解質解離平衡的移動 60
第三節 酸堿溶液pH的計算 62
一、一元弱酸或一元弱堿溶液 62
二、多元弱酸或多元弱堿溶液 64
三、兩性物質溶液 64
知識導圖 65
習題 65
習題詳解 66
第五章 緩沖溶液 69
**節 緩沖溶液的組成及其作用原理 69
一、緩沖溶液及其組成 69
二、緩沖作用原理 70
第二節 緩沖溶液的pH 70
一、緩沖溶液pH的近似計算公式 70
二、緩沖溶液pH計算公式的校正 72
第三節 緩沖容量和緩沖范圍 73
一、緩沖容量的概念 73
二、影響緩沖容量的因素 73
三、緩沖范圍 74
第四節 緩沖溶液的配制 74
一、緩沖溶液的配制方法 74
二、標準緩沖溶液 77
第五節 緩沖溶液在醫藥上的應用 77
一、血液中的緩沖系 77
二、緩沖溶液在藥物制劑中的應用 78
知識導圖 79
習題 79
習題詳解 80
第六章 難溶強電解質溶液的沉淀溶解平衡 82
**節 溶度積和溶度積規則 82
一、溶度積 82
二、溶度積與溶解度的關系 83
三、溶度積規則 83
第二節 沉淀-溶解平衡的移動 84
一、沉淀的生成 84
二、分步沉淀 86
三、沉淀的溶解 87
四、沉淀的轉化 89
第三節 沉淀-溶解平衡在醫藥學中的應用 90
一、在醫學中的應用 90
二、在藥學中的應用 91
知識導圖 92
習題 92
習題詳解 93
第七章 氧化還原反應 96
**節 基本概念 96
一、化合價、氧化數及確定規則 96
二、氧化還原反應的基本概念 97
三、氧化還原電對 97
第二節 氧化還原方程式的配平 98
第三節 原電池與電極電勢 98
一、原電池 98
二、電極電勢 100
三、標準電極電勢 101
四、電池電動勢和化學反應Gibbs自由能的關系 104
第四節 影響電極電勢的因素 105
一、Nernst方程 105
二、影響電極電勢的因素 106
第五節 電極電勢的應用 108
一、判斷氧化劑及還原劑的相對強弱 108
二、判斷反應進行的方向 109
三、計算氧化還原反應平衡常數 110
第六節 元素電勢圖及應用 111
一、元素電勢圖及應用 111
二、電勢-pH圖 113
第七節 疾病與氧化還原反應簡介 114
一、癌癥發生、治療與氧化還原反應 114
二、糖尿病發生、治療與氧化還原反應 114
知識導圖 115
習題 115
習題詳解 117
第八章 原子結構 122
**節 氫原子的Borh模型 122
一、氫原子光譜及氫原子的Borh模型 122
二、電子的波粒二象性 123
三、Heisenberg不確定原理 124
第二節 氫原子的量子力學模型 124
一、波動方程及相關量子數 124
二、原子軌道及電子云角度分布圖 126
三、原子軌道徑向分布函數圖 129
第三節 多電子原子結構 130
一、多電子原子軌道能級 130
二、原子核外電子組態 132
第四節 原子的電子組態與元素周期表 133
一、能級組與元素的周期 133
二、價層電子組態與族 134
三、元素分區 134
第五節 元素性質的周期性 135
一、有效核電荷 135
二、原子半徑 135
三、電離能 136
四、電子親和能 138
五、元素的電負性 138
知識導圖 139
習題 139
習題詳解 141
第九章 分子結構 142
**節 離子鍵 142
一、離子鍵 142
二、離子極化 143
第二節 共價鍵理論 145
一、現代價鍵理論 145
二、雜化軌道理論 149
三、價層電子對互斥理論 153
四、分子軌道理論 156
第三節 分子間作用力和氫鍵 163
一、分子的極性 163
二、分子間作用力 164
三、氫鍵 166
知識導圖 170
習題 170
習題詳解 172
第十章 配位化合物 177
**節 基本概念 177
一、配位化合物的定義 177
二、配位化合物的組成 177
三、配位化合物的命名 179
四、配位化合物的異構現象 179
五、螯合物 180
第二節 配合物的化學鍵理論 181
一、配合物的價鍵理論 181
二、晶體場理論 185
第三節 配合物的穩定性 190
一、影響配合物穩定性的主要因素 190
二、配合物的氧化還原穩定性 193
第四節 生物配體和配合物藥物 194
一、生物體內的配體 194
二、無機配合物藥物 195
知識導圖 196
習題 197
習題詳解 197
第十一章 s區元素 202
**節 氫 202
一、物理性質 202
二、化學性質 203
三、氫氣的用途 203
四、氫化物 204
第二節 堿金屬和堿土金屬的單質 205
一、s區金屬元素概述 205
二、單質的物理性質 207
三、單質的化學性質 207
四、焰色反應 208
第三節 堿金屬和堿土金屬的化合物 208
一、氧化物 208
二、氫氧化物 211
三、重要鹽類及其性質 212
四、配位化合物 215
第四節 鋰和鈹的特殊性及對角線規則 216
一、特殊性 216
二、對角線規則 216
第五節 堿金屬和堿土金屬的生物學效應及常見藥物 217
一、堿金屬和堿土金屬的生物學效應 217
二、含s區元素的常見藥物 218
知識導圖 219
習題 219
習題答案 219
第十二章 p區元素 221
**節 p區元素概述 221
第二節硼族和碳族元素 221
一、硼族元素的單質及其理化性質 222
二、硼族元素的主要化合物 223
三、碳族元素的單質及其理化性質 224
四、碳族元素的簡單化合物 226
五、硼族和碳族元素的生物學效應及其常見藥物 227
第三節 氮族元素 228
一、氮族元素的單質及其理化性質 229
二、氮族元素的簡單化合物 230
三、氮族元素的生物學效應及其常見藥物 234
第四節 氧族元素 235
一、氧族元素的單質及其理化性質 236
二、氧族元素的簡單化合物 236
三、氧族元素的生物學效應及其常見藥物 240
第五節 鹵素 240
一、鹵素元素單質及其理化性質 241
二、鹵素元素的簡單化合物 242
三、類鹵素和類鹵化物 244
四、鹵族元素的生物學效應及其常見藥物 246
第六節 稀有氣體 246
一、稀有氣體的單質及其理化性質 246
二、稀有氣體的簡單化合物 247
知識導圖 247
習題 247
習題詳解 249
第十三章 d區元素 253
**節 過渡元素概述 253
一、過渡元素的原子結構特征與元素性質通性 253
二、單質的性質 255
三、含氧化合物及其水合物酸堿性 255
四、過渡元素金屬離子及化合物的顏色 256
五、配合物 256
第二節 鈦和釩 256
一、鈦的性質及用途 257
二、釩的性質及用途 258
三、鈦和釩離子的鑒定 259
第三節 鉻、鉬和鎢 260
一、鉻、鉬和鎢的性質及用途 260
二、鉻的重要化合物 261
三、鉬和鎢的重要化合物 262
四、鉻、鉬和鎢離子的鑒定 263
第四節 錳 263
一、錳的性質及用途 264
二、錳的重要化合物 264
三、錳離子的鑒定 267
第五節 鐵系元素 267
一、單質的性質及用途 268
二、重要化合物 268
三、鐵、鈷和鎳離子的鑒定 271
第六節 鉑系元素 272
一、鉑系元素的性質及用途 272
二、鉑系元素的重要化合物 273
第七節 d區元素的生物學效應及常用藥物 275
一、d區元素的生物功能 275
二、含d區元素的常用藥物 277
知識導圖 278
習題 279
習題詳解 280
第十四章 ds區元素 282
**節 ds區元素概述 282
第二節 銅
無機化學 節選
緒論 一、無機化學的發展進程簡介 人類自遠古就因制陶、冶金、釀酒、染色等生活的需求,一直對涉及化學問題的生活實踐進行著長期的摸索,并孕育了化學實驗的萌芽,但那時遠沒有形成系統的化學知識。到 16世紀中葉之后的一百多年時間里,先人們為求長生不老煉仙丹,為求貴求榮獲取黃金,開啟了*早的化學實驗,并因為大力推崇令其非常興盛,幾大文明古國對此都有記載。這一時期積累了豐富的關于諸多物質間發生化學變化的經驗,特別是那些需求目的非常明晰的化學實驗的方法,逐漸在冶金和醫藥方面獲得的長足進步,為后來形成更加完善的化學學科奠定了重要的基礎。英語的chemistry一詞起源于Alchemy(煉金術),至今chemist依然包含了化學家和藥劑師兩個重要內涵,這也表明化學源于煉金術和制藥業。 直到17世紀,人們陸續發明了蒸餾器、燒杯、冷凝器和過濾器等化學實驗儀器,并總結提煉出諸如溶解、過濾、結晶、升華、蒸餾等化學實驗操作方法,人們也意識到了其中潛藏的一些粗淺的化學反應規律,實踐經驗和提煉出的初步理論經反復印證和不斷充實完善,在經歷了漫長的積累和發展后,才*終向自然科學的道路邁進。 仰賴于技術的進步,現代化學實驗具備了更多靈敏、精確和快速的高級實驗手段,能夠準確地進行定性定量的化學檢測,特別是計算機的應用,使化學工作的自動化程度大大提高。 我國的化學實踐發展史源遠流長,距今一萬年的新石器時代,我們的祖先在全世界率先制作了瓷器,到清代名傳海外。我國早在殷代 (公元前2500—前2000年)就已有高超的青銅器熔煉技藝,春秋時期 (公元前770—前476年)冶煉技術也迅速興起,不僅較早煉出了生鐵,還是世界*早的煉鋼國之一。 系統的近代化學知識和化學理論,是在19世紀中葉從歐洲傳到中國來的。20世紀初,為數不多的留學人回國后開始興辦化學教育,籌辦與化學相關的刊物、工廠, 1932年 8月成立中國化學會。他們是我國現代化學學科的開拓者和化學工業的先驅者,是我國現代化學各分支學科的帶頭人、奠基者。 二、化學與藥學 15~16世紀,化學實驗開始在醫藥學等一些實用工藝中發揮作用,并不斷得到發展。代表性人物是瑞士醫生及醫藥化學家 P.A. Paracelsus(1493—1541),他致力于把化學知識應用于醫療實踐,制取藥物,為人類解除病痛服務。在制備新藥劑的過程中,探討了許多無機物的分離、提純方法,進行了一些合成實驗,并總結出這些物質的性質。 Paracelsus被認為是“從根本上改變了醫療和化學的發展道路”的人。德國醫生和醫藥化學家Andreas Libavius(1540—1616)著重強調化學的實用意義,為推進化學成為一門獨立學科做出了重要貢獻。那個時期的許多醫藥化學家對化學實驗的發展貢獻卓著,歐洲資本主義生產方式的建立和發展,使近代化學實驗作為一種相對獨立的科學實踐活動,從生產實踐中分化出來,隨著技術的不斷進步,化學實驗無論從廣度上的拓寬還是深度上的推進,都取得了突飛猛進的發展,先進的實驗儀器和裝置把化學科學研究帶入了一個又一個嶄新的領域,為近代化學科學的發展奠定了基礎。 17世紀中葉后的一百多年,冶金工業快速發展,直到19世紀末,一直處于總結經驗性的化學,由于科學元素論和原子、分子論的相繼提出,元素周期律被發現,這期間建立了許多化學基本定律,使化學向著更精確的定量化學方向進步。對一些物質結構的研究和發現,使有機化學得以迅速發展。為測定相對原子質量和測定物質的組成及含量,促進建立了分析化學。將物理學的普遍規律用于化學問題的研究,確立了物理化學學科。由此,相繼形成的無機化學、有機化學、分析化學、物理化學成為現代化學全面且重要的基礎。 化學這門學科終于確立了是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質和變化規律的明確范疇。縱觀化學發展歷史不難發現,無機化學是化學這門科學的母體,其他化學的分支基本是從無機化學中分化、衍生而來的。 化學是藥學毋庸置疑的基礎,與無機化學有著密不可分的聯系。化學家一直都致力于化學藥物的研制和天然藥物的提取,從而推動了化學和藥學的共同發展,實際上,藥物生產是化工行業重要的組成部分。藥物的化學結構、構效關系、新藥研發、天然藥物提取、藥物制劑、藥理和毒理研究等問題,都要用化學知識和化學原理及化學方法解決,可以說沒有化學,現代藥學和現代藥物也無從談起。 三、無機化學是藥學專業的重要基礎 學生們在未來的職業生涯中將致力于生物、醫藥工程、環境或者農業等應用學科方面的工作,無機化學作為藥學專業必修的重要基礎課,主要目的是讓學生學習和理解重要的化學原理,熟知重要的化學知識,掌握重要的化學實驗技能,培養學生發現問題、思考問題的科學思維模式,以及力求應用所學來自主解決問題的能力,并為后續諸多其他基礎課和專業課的學習,以及將來能有持續發展進步的能力奠定不可或缺的全面的基礎。 四、本教材特點 本教材作為藥學及相關專業學生的基礎課,重點闡述基本化學理論及其應用、重要的化學原理及基本化學知識等。其中化學熱力學基礎、化學反應速率與化學平衡,是貫穿全書甚至對今后所有化學課程及其他課程都非常重要的基本化學原理;溶液、酸堿平衡、緩沖溶液、難容電解質的沉淀 -溶解平衡,以及氧化還原與電極電勢諸章,闡述了重要的化學基礎知識;原子結構、分子結構和配位合物,闡述如何掌握物質主要結構特征的重要學說和主要理論; s區元素、p區元素、d區元素、ds區元素及f區元素這五章,闡述了元素周期表中幾乎所有元素的一般性質,以及這些性質的遞變規律,從化學鍵、化學結構及其與化學性質之間關系的角度,介紹了一些主要元素重要的化合物及其性質,并適當拓展了一些內容供讀者做進一步的閱讀學習。 五、學好無機化學 本教材涵蓋了藥學及相關專業讀者應掌握的無機化學的全部內容,并將重要的關鍵詞用黑體和對應的英文標示出來,便于在文中快速發現他們,感興趣的讀者還可以從相關網站等媒介上進一步查閱與所學內容相關聯的信息;每一章*后的知識導圖幫助讀者了解該章的主要內容,以及清晰這些內容之間的相互聯系,便于讀者自學或歸納理順所學內容。 教材中每一章主要的基本概念及其應用,都通過對應的具體例題進一步闡明,仔細研讀和分析解題的過程,特別有助于學習和理解如何用抽象的概念解讀理解具體問題,并*終解決問題。文中的圖、表、曲線,有助于讀者更翔實地了解除文字以外的其他信息,發現可能的發展規律和變化規律。 實際學習的過程中,注意關聯前后所學知識,發現他們內在的關系,逐漸使所學成為全面的知識網。需要指出的是,學習自然學科應特別注意有關的定律、理論、學說、假說等的設定含義、應用條件和他們各自能解決什么問題,這非常有助于準確系統地掌握本學科涵蓋的內容。*后,祝讀者學習愉快。 (傅迎 章小麗) **章 溶液 溶液(solution)是由一種或幾種物質分散于另一種物質中形成的均勻穩定的混合物分散體系。其中,能分散其他物質的稱作溶劑(solvent),被分散的物質是溶質(solute)。溶液不僅有液態,也有固態,如銀-汞或金-銀合金等;此外,還有空氣、霧和煙等氣態溶液,被分散的溶質有氣態、液態和固態物質,所形成的溶液對應的分別如汽水、75%的乙醇溶液和葡萄糖溶液等。通常,液態溶液是*常見的溶液,其中含量較少的組分是溶質,含量較多的組分是溶劑。沒有特殊指明溶劑時,一般指的是水。 **節 溶解 一、溶解和溶劑化作用 溶解(dissolve)是將一種物質 (溶質)均勻地分散在另一種物質 (溶劑)中的過程。溶解過程常會伴隨能量或混合物體積變化,甚至還會有顏色變化。例如,NaOH固體溶解于水的過程放熱;NH4NO3固體溶于水吸熱;乙醇和水形成溶液時總體積變小;但HAc和水形成的溶液總體積增大;白色的無水CuSO4粉末溶解在水中后溶液變成藍色。這些現象說明溶解不是簡單的混合過程,有的還伴隨了一定程度的化學變化,但又與通常的化學變化不完全相同。溶解過程是一種特殊的物理化學過程。 一般的溶解包括兩個過程:一是溶質分子或者離子的分散,即溶質粒子 (分子或離子 )在溶劑分子的作用下克服相互間的作用力,向溶劑中分散的過程,這一過程需要吸收熱量以克服溶質粒子之間的相互吸引力,是物理變化過程;二是溶質粒子與溶劑分子作用形成溶劑化分子或溶劑化離子的過程,也叫溶劑化(solvation)作用,通常是放熱的化學過程。若水為溶劑,該溶劑化作用就稱為水合作用 (hydration)。溶解過程中,分散和溶劑化同時存在,溶解過程中能量、體積和顏色的變化,都受分散和溶劑化作用的影響。盡管有的溶解過程會伴隨有化學變化,但通常溶質是單一的物質,有特定的組成、結構和摩爾質量等。 二、溶解度和相似相溶 溶液是混合物,溶質和溶劑的相對含量可以在一定范圍內變化。在 293.15K時,100g水中*多能溶解34.4g KC1固體,繼續加入KCl,會出現固體KCl和溶液共存的現象。此時溶液中的 K+、Cl.的含量和固體KCl的量均不再改變,但是微觀來看,固體KCl仍不斷溶解,溶液中的 K+和 Cl.也不斷再結合而析出結晶,溶液中存在溶解 -結晶的動態平衡,這種與溶質固體共存的溶液被稱為飽和溶液(saturated solution)。一定溫度和壓力下,溶質在一定量溶劑中形成飽和溶液時,被溶解溶質的量稱為該溶質的溶解度 (solubility)。 固體溶質的溶解度幾乎不受壓力的影響,但受溫度影響明顯。絕大多數固體物質的溶解度隨溫度的升高而增大,如NaNO3、CaCl2;但也有少數固體溶解度隨溫度升高而減小,如 Ce2(SO4)3;有的物質如NaCl的溶解度隨溫度升高改變很小。液體溶質的溶解度通常隨溫度的升高而增大,溫度升高時,液體的分子間距明顯增大,溶劑和溶質分子容易互溶。氣體溶質的溶解度隨溫度升高而減少;壓力對氣體物質溶解度的影響很大,當氣體壓力增加時,氣體進入液體的機會也增加,所以,考慮氣體的溶解度時,必須注明溶液的溫度和氣體壓力。 目前,尚沒有完整闡明物質溶解度大小規律的理論。但大量的實驗事實表明,溶解過程具有相似相溶 (like dissolve like)規律,即溶質分子與溶劑分子的結構及分子間力的類型和大小越相近,溶解過程越容易。例如,H2O和CH3OH、C2H5OH之間互溶性較好;但 H2O和 C6H6或 CCl4之間幾乎不互溶。藥物合成和中草藥有效成分的提取,常利用相似相溶規律選擇適當的溶劑,以提高產率或提取率。 溶解度是反映物質溶解性的重要參數,也是影響藥物生物利用度的重要因素之一。《中華人民共和國藥典》 (簡稱藥典)中對藥品的溶解度有別于通常化學上的表示方法,見表 1-1。 表1-1 藥典中關于溶解度的描述方法 注:參考《中華人民共和國藥典》2015年版。 藥典對上述溶解度的檢測方法也有規定:稱取研成細粉的供試品,或量取液體供試品,置于(25℃±2℃)的一定容量溶劑中,每隔5min強力振搖 30s,觀察 30min內的溶解情況,如沒有目視可見的溶質顆粒或液滴時,即視為完全溶解 (除非另有規定 )。 第二節 溶液的濃度 溶液中各組分的比例發生變化時,溶液性質也會發生改變。例如, C2H5OH在 H2O中的比例為70%~75%時,才有殺菌消毒功能;稀 H2SO4沒有氧化性,濃 H2SO4卻有強氧化性。顯然,溶質的含量會影響溶液的性質或者效能。對于飽和溶液,溶質的含量用溶解度表示;非飽和溶液溶質的含量以濃度表示,溶液中所含溶質的多少就是溶液的濃度(concentration)。 一、溶液濃度表示方法 (一) 質量摩爾濃度
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