范文一:配位化学的研究
配
位
化
学
论
文
1
工业废水处理的配位化学
摘 要:环境污染是当今人类面临最大的危害之一,特别是工业生产的发展,排出了大量的废水,
这些废水如直接排放或处理不当,将影响水体的自净,因而使水质恶化。人们日益意识到环境污
染带来的危害,现在污水必须通过处理才能排放已成为人们的共识。人类对水的需求逐渐地增
加,而对全世界水资源缺乏的现状,人类正面临着水污染的严峻挑战;而此同时,水资源的浪
费、水土的流失、水体的污染,正威胁着人类的生存和发展,这其中以水体污染尤其严重。水
体污染分两个方面:一方面为生活污水;另一方面为工业废水。本文概括了应用于工业废水处
理的化学法、物理化学法和生物法的一般原理和最新进展,由于废水的组成复杂,往往需要由几
种方法组成一个处理系统,才能完成所要求的处理功能,因此指出不能认为某种方法是最好的,
最先进的。同时提出:尽管化学方法有其自身的缺点,但在某些方面仍然有不可替代的作用;研究
开发高效、经济的应用于工业废水处理新技术已成为环保工作者的热点。
关键词:工业废水处理;化学法;物理化学法;生物法;吸附;工业废水;再利用
The coordination chemistry of industrial wastewater treatment
Abstract: environmental pollution is one of the biggest harm human face today, especially the development of industrial production, discharge a large amount of wastewater, the wastewater such as direct emissions or improper handling, will influence the self-purification of water bodies, thus make the water quality deterioration. People increasingly aware of the dangers of environmental pollution, sewage must be emissions through processing has now become the consensus of people. Human demand for water gradually increased, and the current situation of water shortage for the world, human beings are facing the serious challenge of water pollution; And the same time, the waste water, soil and water loss, water pollution, is threatening human survival and development, the water pollution is
2
especially serious. Water pollution in two aspects: on the one hand for sewage; On the other hand for industrial wastewater treatment. This article summarized the chemical method is applied to industrial wastewater treatment, the general principles of the physical and chemical method and biological method and the latest progress, due to the complexity of the composition of wastewater, often need a processing system is composed of several kinds of methods, to complete the required processing functions, thus points out that cannot think some way is the best, the most advanced. At the same time puts forward: although chemical method has its own shortcomings, but still has an irreplaceable role in some way; Research and development high efficient and economic new technology applied to industrial wastewater treatment has become a hot spot of environmental workers. Key words: industrial waste water treatment; Chemical method; Physical and chemical method; Biological method; Adsorption; Industrial waste water; recycling
前言
随着现代工业技术的迅猛发展, 排入环境中的毒物品种和数量与日俱增, 导致了长期严重
选择最佳的实用技术, 组成有效的处理流的环境污染问题。对此, 各工业企业必须严加管理,
程, 进行积极的治理。由于工业生产的多样性、产生的排水污染性质也纷呈复杂,如有机污染、
无机污染热。水的污染有两类:一类是自然污染,另一类是人为污染,而后者是主要的。自然污染
主要是由自然原因所造成的,如特殊的地质条件使某些地区某种化学元素大量富积,天然植物在
腐烂过程中产生某种毒物,以及降雨淋洗大气和地面后携带各种物质流入水体等都会影响当地
的水质。目前国内各种高浓度有机工业废水的处理主要还是依赖物化和生化处理技术,但物化和
生化 处理工艺对被处理 废水水质( BOD、COD、SS 等) 有一定要求, 许多工业废水为了适应这
些处理要求, 在处理前增加了废水预处理工序, 但目前预处理工序如混凝沉淀、气浮等工艺除
需要大量基建投资外(沉淀池、气浮装置、泵等) , 还要花费巨额运行费用(絮凝剂、电耗等)。
深度处理如活性炭吸附、生物絮凝亦需价格昂贵的活性炭, 建造管理要求较严的生物絮凝池等。
采用废弃的燃煤锅炉渣在废水预处理阶段用炉渣吸附 COD、BOD、油脂等超标的已物化、生化工
艺处理的废水, 以达到废水后续处理要求或直接达标排放, 可以较大程度节省处理基建投资和
工艺运行费用, 提高废水处理经济效益。近年来, 一种处理含工业废水的崭新的方法 ———生
物吸附法以其高效、廉价的优点逐渐引起了人们的兴趣。生物吸附法就是利用某些生物体本身
的化学结构及成分特性, 吸附溶于水中的化学污染物, 通过固液两相分离来去除水溶液中污染
离子的方法。生物吸附法作为一种新兴的处理技术, 主要是以农作物废弃物作为生物吸附材料,
3
其在低浓度的重金属废水处理方面, 有着极为广阔的发展前景。水体受到污染,不仅妨碍工农业生产,影响水生生态系统,还直接或间接地危害人体的健康。现在,水环境必须治理,污水必须经过处理才能排放已成为人们的共识,因此研究开发高效、经济的污水处理技术成为环保工作者的热点。
1 工业废水的分类
1.1 按性质和成分的分类
(1)按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类,含无机污染物为主的,为无机废水;含有机污染物为主的,为有机废水。例如电镀废水和矿物加工过程的废水,是无机废水;食品或石油加工过程的废水,是有机废水。
(2)按工业企业的产品和加工对象分类,如冶金废水、造纸废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、化学肥料废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农药废水、电站废水等。
(3)按废水中所含污染物的成分分类,如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废水、含有机磷废水和放射性废水[1]等。
(4)前两种分类法,不涉及废水中所含污染物的主要成分,也不能表明废水的危害性。第三种分类法,明确地指出废水中主要污染物的成分,能表明废水一定的危害性。 1.2 按污染物归纳的分类
此外也有从废水处理的难易度和废水的危害性出发,将废水中主要污染物归纳为三类:(1)第一类为废热,主要来自冷却水,冷却水可以回用;(2)第二类为常规污染物,即无明显毒性而又易于生物降解的物质,包括生物可降解的有机物,可作为生物营养素的化合物,以及悬浮固体等;(3)第三类为有毒污染物,即含有毒性而又不易生物降解的物质,包括重金属、有毒化合物和不易被生物降解的有机化合物等。
2 治理的原则
工业废水的有效治理,应遵循如下原则:
(1)最根本的是改革生产工艺,尽可能在生产过程中杜绝有毒有害废水的产生。如以无毒用料或产品取代有毒用料或产品。
(2)在使用有毒原料以及产生有毒的中间产物和产品的生产过程中,采用合理的工艺流程和设备,并实行严格的操作和监督,消除漏逸,尽量减少流失量。
(3)含有剧毒物质废水,如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氰等废水,应与其
4
他废水分流,以便于处理和回收有用物质。
(4)一些流量大而污染轻的废水,如冷却废水,不宜排入下水道,以免增加城市下水道和污水处理厂的负荷。这类废水应在厂内经适当处理后循环使用。
(5)成分和性质类似于城市污水的有机废水,如造纸废水、制糖废水、食品加工废水等,可以排入城市污水系统。应建造大型污水处理厂,包括因地制宜修建的生物氧化塘、污水库、土地处理系统等简易可行的处理设施。与小型污水处理厂相比,大型污水处理厂既能显著降低基本建设和运行费用,又因水量和水质稳定,易于保持良好的运行状况和处理效果。
(6)一些可以生物降解的有毒废水如含酚、氰废水,经厂内处理后,可按容许排放标准排入城市下水道,由污水处理厂进一步进行生物氧化降解处理。
3 工业废水处理面对的问题
我国的工业用水效率低下,废水排放量大与我国水资源条件极不相适应。造成我国水资源不足 的重要原因是用水效率低下和污水排放量大。为了使我国经济和社会能 持续的增长与科学的发展,改变目前水资源利用的粗放方式,挖掘工业废水处理再利用的潜力,提高工业用水效率,
是摆在我们面前的一项紧迫任务。从国内外污水处理再利将工业废水作为新的水资源予以开发,
用现况看工业废水处理再利用的可行性目前国内外已有许多成功的污水处理厂出水供工业再回用的实绩与经验。工业废水处理再利用曾有一种认识上的误区,认为“工业废水处理再利用主要是针对缺少水资源 的西北、华北地区,而在沿海地区、长江三角洲等水网地带似乎没有必要,或者为时过早”。工业废水水质和回用水水质是确定回用工程处理流程的重要依据,关系到回用水
[2]的供水安全可靠性和技术经济合理性。工业废水排放水质应根据企业的产品品种、生产现状、排放周期与特点等进行有代表性的监测分析确定。
4 化工废水的处理
4.1 化工废水的基本特征
水质成分复杂,副产物多,反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物,增加了废水的处理难度;废水中污染物含量高,这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的;有毒有害物质多,精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的,如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等;生物难降解物质多,B/C 比低,可生化性差;废水色度高。
在选择处理工艺之前, 要充分了解废水的特征,包括废水的物理性质和化学组成, 判断其生物降解性能。同时确定废水的来源和流量变化。某些重要参数和预期的处理方案密切相关。
5
如石油化工厂废水主要涉及浮油、乳化油、硫化物、酚类和 COD 等。而电镀厂废水主要与铬含量有关。一般说废水浓度与所选择工艺有如下关系, 即废水浓度由低至高按活性污泥法、高负荷生物滤池、深井曝气、纯氧、厌氧工艺顺序选择。此外,对废水中存在的营养物、毒物或抑制性化合物也应予以考虑。
4.2 化工废水的化学处理方法
4.2.1 混凝法
在某些工业废水中有不易沉淀下来的细小颗粒物质,其表面往往由于吸附离子而带电荷,彼此间互相排斥而形成胶体,不易沉淀,用一般的沉淀法也不能除去,通常是向废水中投入混凝剂,混凝剂水解产生水合配离子及氢氧化物胶体,可中和原来的电荷,而使之发生凝集。近年来,新型无机化学混凝剂如聚合铝、聚合铁和复合型无机混凝剂的开发成功,以及有机高分子絮凝剂的开发,使化学混凝法处理可以采用较少的药剂,就可以达到较高的处理效果,并且产生较少污泥。 4.2.2中和法
中和法的目的是调节废水的pH值。化工厂、金属酸洗车间、电镀车间等排出酸性废水,有的含有无机酸如硫酸、盐酸等,有的含有有机酸如醋酸等。酸性废水可直接放入碱性废水进行中和,也可以采用石灰石、电石渣等中和剂;碱性废水的中和法是向废水中吹入二氧化碳或用烟道
[3]气中的SO来中和。此外,水中重金属离子的去除,最有效的方法是采用中和凝集法。栾兆坤的2
研究表明利用碱性矿水中和酸矿水是可行的,在混合过程中除了酸、碱中和外,还可以通过中和作用产生的铁、铝氢氧化物的共沉/吸附作用,有效地去除酸性矿水中的重金属离子,减轻对环境的污染。
4.2.3 氧化还原法
溶于水中的有毒物质,可利用它在化学过程中能被氧化或还原的性质,使之转化成无毒或毒性较小的新物质,从而达到处理的目的。最先应用是氯化法,有100多年的历史,起初是用漂白粉,
,能将水中的后来发展到用氯气、液氯、二氧化氯等。漂白粉、氯气、液氯在水中都能产生CLO-污染物氧化。
4.2.4 催化湿式氧化法
催化湿式氧化法是日本大阪煤气公司经过10多年努力于80年代中期研究开发成功的一种
[4]高浓度工业废水的高级处理方法。其采用自行研制的固体催化剂在高温高压下,废水不经稀释一次处理,即可将废水中高浓度的COD、TOC、氨及氰等污染物经催化氧化转变成CO、N和HO222等无害成分,从而达到净化处理的目的。废水经净化后可达到饮用水的标准,而且不产生污泥,还可同时脱色、除臭及杀菌消毒。
6
4.3 化工废水的物理处理方法
4.3.1吸附法
吸附法处理废水,就是利用多孔性吸附剂吸附废水中一种或几种溶质,使废水得到净化,常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等。废水进行吸附前,必须经过预处理,除去水中
以免阻塞吸附剂孔隙。吸附法可以与其他方法联用,如臭氧 —生物活性炭悬浮物及油类物质等,
工艺就是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术合为
[5]一体的工艺。活性炭还可以作为流化床的载体,活性炭表面的吸附作用能将包括底物、营养物和氧气在内的物质浓集在载体表面,这种浓集效应将会加速微生物的繁殖,并在载体表面进行生物降解。
4.3.2电解法
用电解法处理废水,就是利用阳极的氧化和阴极的还原作用,使有害物质通过氧化还原反应改变化学状态,变为无害或低害物质。电解法在直接氧化电镀工业废水中的CN-、还原脱氯、重金属回收等方面具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品。
4.3.3膜分离法
膜分离法是利用一种特殊的半渗透膜分离水中离子和分子的技术,它主要包括反渗透(RO)、纳滤(N F)、超滤(U F)、微滤(M F)等。大多数膜分离过程中物质不发生相变化,分离系数大,操作温度在室温左右,所有膜分离过程具有节能、高效的优点。它是一种发展较快的高新污水处理技术。
4.4 化工废水中的生物处理
4.4.1 好氧处理工艺
好氧处理工艺是通过生物培养, 分解水中的有机污染物。目前有4 种较为常见的工艺: 1) 活性污泥法: 包括传统的活性污泥法、延时曝气、SBR、A / O工艺、AB 工艺、氧化塘、纯氧和
有不规则填料和规则填料两种; 3) 生物转盘; 4) 接触氧化: 有深井等; 2) 高负荷生物过滤:
不规则填料和规则填料两种。好氧系统一般最适于处理低、中浓度的废水A/ O 法是缺氧和好氧的组合, 分泥法和膜法两种工艺。主要用于水中难生物降解的污染物的去除,通过缺氧水解可以
[6]提高 BOD/ COD 的比值。此外,含氮化合物经好氧硝化后可通过缺氧-反硝化从水中去除。
氧化塘负荷较低, 水深较浅, 占地面积大, 但处理后的水质较佳。由于布气充氧困难, 局部会产生厌氧,易发生臭味。只适于不太寒冷且地域广阔的地区。活性污泥法和接触氧化法能耗较大。高负荷系统, 如纯氧和深井曝气可以减小容积,与其它工艺相比, 得到同样的出水水质产生的剩余污泥少。但运行费用较高, 操作难度较大。
7
4.4.2废水生化处理
焦化废水、煤气废水、炼钒废水等都属于酚氰废水行业,酚氰废水具有高 COD、高色度、高含氨、含酚、含氰、含硫等污染物,该废水处理工艺比较复杂,根据全国所有处理该废水的工艺统计,所用的工艺是一致的,工艺流程大同小异,系将各分段进行组合,总体工艺流程为:蒸氨? 蒸酚?物化预处理?生化处理?物化处理?出水回用或排放。印染废水处理排出的生产废水中含有柠檬酸,冰醋酸,阳离子有机染料(R-7BW, R-3R R-4G XRL X2RL B-SG BK-NH 等二十余种)、柔软剂,缓染剂,平滑剂,消泡剂,保险粉,印花素,面糊料,硫酸,次氯酸钠等,约 20 种化工物料。其中柠檬酸,冰醋酸易溶于水,属易生化处理类物质。渗透剂,柔软剂等
[7]物料是表面活性剂,对微生物有毒害或抑制作用。漂白用的次氯酸钠属氧化剂,具有杀菌作用。树脂糊料属高分子类物质,属难生化降解类有机物。预处理?混凝?水解?生物接触氧化?化学氧化脱色?三级处理工艺。
5. 结束语
工业废水处理是一个迫在眉睫的问题,目前越来越多的受到人们的关注。但目前遇到的最大的问题是技术的改良和废水处理实际落实的问题。在水处理设备的宣传上,一些用于生活污水或中水处理工艺上的组合设备,自称可以处理石化、轻工、矿山等工业废水,可能对某些设计人员产生误导,应严格界定这些设备的应用参数,避免产生不良后果。在造纸、制革等行业中已出现这样事例。综上所述,工业废水处理应注重预处理,注重后处理,才能稳定达标排放。 参考文献:
[1]韩明山,浅谈化工废水的处理技术[J].《装备制造技术》.2011(3).173-174 [2]张勇,万金泉,工业废水污染控制方法的新进展.工业处理[J].2001(1).9-11 [3]刘念曾,关于工业废水处理和工艺选择.石油化工动态[J].1999.7(1).60-62 [4]张勇,万金泉,工业废水污染控制方法的新进展.工业水处理[J].2001 - 01 ,21 (1)
[5]曾添,工业废水生化处理方法及实例浅析.广东化工.2009(10).36(198).238 [6]刘精今,李小明,工业废水的直接过滤吸附处理.废水处理.2003(3).29 [7]余淦申,工业废水处理再利用若干问题的探讨.水工业市场,2007(3).24-25
8
范文二:配位化学的研究进展
配位化学的研究进展
配位化学的研究进展
摘 要:配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门边沿学科,主要研究对象为配位化合物(CoordinationCompounds,简称配合物)。本文介绍了配位化学的起源、研究范围,我国配位化学的研究现状,配位化学的研究方向。
关键词:配位化学;无机化学;配位化合物;研究方向
一、配位化学的起源与研究范围
配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门边沿学科。它所研究的主要对象为配位化合物(CoordinationCompounds,简称配合物)。早期的配位化学集中在研究以金属阳离子受体为中心(作为酸)和以含N、O、S、P等给体原子的配体(作为碱)而形成的所谓“Werner配合物”。第二次世界大战期间,无机化学家在围绕耕耘周期表中某些元素化合物的合成中得到发展,在工业上,美国实行原子核裂变曼哈顿(Manhattan)工程基础上所发展的铀和超铀元素溶液配合物的研究。以及在学科上,195l年Panson和Miler对二茂铁的合成打破了传统无机和有机化合物的界限。从而开始了无机化学的复兴。
当代的配位化学沿着广度、深度和应用三个方向发展。在深度上表现在有众多与配位化学有关的学者获得了诺贝尔奖,如Werner创建了配位化学,Ziegler和Natta的金属烯烃催化剂,Eigen的快速反应。Lipscomb的硼烷理论,Wnkinson和Fischer发展的有机金属化学,Hoffmann的等瓣理论Taube研究配合物和固氮反应机理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化学方面的贡献,Marcus的电子传递过程。在以他们为代表的开创性成就的基础上,配位化学在其合成、结构、性质和理论的研究方面取得了一系列进展。在广度上表现在自Werner创立配位化学以来,配位化学处于无机化学趼究的主流,
配位化合物还以其花样繁多的价键形式和空间结构在化学理论发展中。及其与其它学科的相互渗透中。而成为众多学科的交叉点。在应用方面,结合生产实践。配合物的传统应用继续得到发展。例如金属簇合物作为均相催化剂,在能源开发中C1化学和烯烃等小分子的活化,螯合物稳定性差异在湿法冶金和元素分析、分离中的应用等。随着高新技术的日益发展。具有特殊物理、化学和生物化学功能的所谓功能配合物在国际上得到蓬勃的发展。
自从Werner创建配位化学至今100年以来,以Lehn为代表的学者所倡导的超分子化学将成为今后配位化学发展的另一个主要领域。人们熟知的化学主要是研究以共价键相结合的分子的合成、结构、性质和变换规律。超分于化学可定义为分子间弱相互作用和分子组装的化学。分子间的相互作用形成各种化学、物理和生物中高选怿性的识别、反应、传递和调制过程。而这些过程就导致超分子的光电功能和分子器件的发展。
二、我国配位化学的研究现状
我国配位化学的研究在中华人民共和国成立前几乎属于空白。1949年后随着国家经济建设的发展,仅在个别重点高等院校及科研单位开展了这方面的教学和科研工作,60年代中期以前。主要工作集中在简单配合物的合成、性质、结构及其应用方面的研究。特别是在溶液配合物的平衡理论、混合和多核配合物的稳定性、取代动力学、过渡金属配位催化以及稀土和W、Mo等我国丰产元素的分离提纯以及配位场理论的研究。除了个别方面的研究外,总体来说与国际水平差距还较大。
80年代后。在改革开放政策指引下,我国的配位化学取得了突飞猛进的发展。我国配位化学研究已步入国际先进行列,研究水平大为提高。特别在下列几个方面取得了重要进展:
(1)新型配合物、簇合物、有机金属化合物和生物无机配合物,特别是配位超分子化合物的基础无机合成及其结构研究取得丰硕成果,丰富了配合物的内涵。
(2)开展了热力学、动力学和反应机理方面的研究,特别在溶液中离子萃取分离和均向催化等应用方面取得了成果。
(3)现代溶液结构的谱学研究及其分析方法以及配合物的结构和性质的基础研究水平大为提高。
(4)随着高新技术的发展,具有光、电、热、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得进展。它的很多成果还包含在其他不同学科的研究和化学教学中。
我国配位化学的进展具有一系列特点。作为化学的重要分支领域之一的配位化学。在其学科本身发展的同时创造出更为奇妙的新材料,揭示出更多生命科学的奥妙。在研究对象上日益重视与材 料科学和生命科学相结合。在从分子进到材料合成的研究中更加重视功能体系的分子设计。金属离子在生物体系中的成键。除维生素B12中的Co-C键以外,几乎都是以配位键形式结合。其功能体系组装是一个更为复杂的问题。这时要求将正确的物种放在正确的位置(在与动力学有关的问题中,还要按着正确的时间)才能发挥应有的功能。高效、经济和微量的组合化学的应用,将有助于分子合成和设计的实践。
从超分子之类的新观点研究分子的合成和组装,在我国日益受到重视。化学模板有助于提供组装的物种和创造有序的组装,但是其最大的困难在于克服热力学第二定律所要求的无序。这时配位化学家的任务之一就是和热力学进行妥协。尽管目前我们了解一些局部的组装规律和方法。但比起自然界长期进化而得到的完满而言。还有很大差距。正如有了一群能分别演奏各种乐器的音乐家。若没有很好的指挥。还不能演奏出一场满意的交响乐。其原因就是缺乏有意识地进行组装。对于组装的本质和规律。有很多基础性研究有待深入进行。
三、配位化学的研究方向
作为边沿学科的配位化学日益和其他相关学科相互渗透和交叉。正如Lehn所指出。超分子化学可以看作是广义的配位化学。另一方面,配位化学又是包含在超分子化学概念之中。配位化学的原理和规律,无疑将在分子水平上对未来复杂的分子层次以上聚集态体系的研
究起着重要作用。其概念及方法也将超越传统学科的界限。我国配位化学家在进一步促进它和化学内有杌化学、物理化学、分析化学、高分子化学、环境化学、材料化学、生物化学、以及凝聚态物理、分子电子学等学科的结合方面有了很好的开端。进一步的发展必将给配位化学带来新的发展前景。
中医是我国传统、独创的治疗方式,但是,中药制药的制药手段和方式正在突破传统工艺,如中药配位化学研究就是一个极有发展前途的新的研究方向。
我国幅员辽阔,资源丰富。经济建设中有备方面的要求。还存在一些无人问津的薄弱领域,例如配位光化学、界面配位化学、纳米配位化学、新型和功能配合物以及配位超分子化合物的研究。金属配合物的研究有明显的应用背景,具有开发成重大经济效益的潜力。它的基础和理论性研究也处在现代化学发展的前沿领域。对下一世纪我国化学学科的发展。必将产生深远影响。
【参考文献】
[1]翟慕衡.配位化学[M].北京:安徽人民出版社,2007-09
[2]李英华,吕秀阳,刘霄,柳叶.中药配位化学研究进展[J].中国中药杂志,2006年8月 31卷第16期
[3]配位化学.来源于http://baike.省略/view/119774.htm
fr=ala0_1
[4]关于从中药配位化学角度看中药治疗泌尿系结石的作用机制的问题.来源于http://topic.省略
/wenzhang/20060525/412541.html
[5]配位化学进展.来源于http://class.省略/wjhx/7/bzck.htm
[6]我国配位化学进展.来源于http://lw.省略
/h/lw_124251.html
范文三:配位化学的研究进展
20lO年第09期总第187期
职教园地
配位化学的研究进展
郭立年1赵紫犁z
(1.益阳职业技术学院湖南
益阳413000;
2.长沙麓山国际实验学校湖南
长沙410000)
摘要:配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门边
Lipsb的硼烷理论.Wnkinson和Fischer发展的有机金属化学,Hoffmann的等瓣理论Taube研究配合物和固氮反应机理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化学方面的贡献,Marcus的电子传递过程。在以他们为代.表的开创性成就的基础上。配位化学在其合成、结构、性质和理论的研究方面取得了一系列进展。在广度上表
沿学科,主要研究对象为配位化合物J(CoordinationCompounds,简称配合物)。本文介绍了配位化学的起源、研究范围,我国配位化
学的研究现状,配位化学的研究方向。
关键词:配位化学;无机化学;配位化合物;研究方向
一、配位化学的起源与研究范围
配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门边沿学科。它所研究的主要对象为配位化合物集中在研究以金属阳离子受体为中心(作为酸)和以含N、O、S、P等给体原子的配体(作为碱)而形成的所谓“Wemer配合物”。第二次世界大战期间,无机化学家在围绕耕耘周期表中某些元素化合物的合成中得到发展,在工业上,美国实行原子核裂变曼哈顿(Manhattan)工程基础上所发展的铀和超铀元素溶液配合物的研究。以及在学科上,1951年Panson和Miler对二茂铁的合成打破了传统无机和有机化合物的界限。从而开始了无机化学的复兴。
当代的配位化学沿着广度、深度和应用三个方向发展。在深度上表现在有众多与配位化学有关的学者获得了诺贝尔奖。如Wemer创建了配位化学,Ziegler和Natta的金属烯烃催化剂,Eigen的快速反应。
现在自Wemer创立配位化学以来.配位化学处于无机化学趼究的主流。配位化合物还以其花样繁多的价键形式和空间结构在化学理论发展中。及其与其它学科的相互渗透中。而成为众多学科的交叉点。在应用方面,结合生产实践。配合物的传统应用继续得到发展。
例如金属簇合物作为均相催化剂,在能源开发中Cl
化学和烯烃等小分子的活化。螯合物稳定性差异在湿法冶金和元素分析、分离中的应用等。随着高新技术的日益发展。具有特殊物理、化学和生物化学功能的所谓功能配合物在国际上得到蓬勃的发展。
自从Wemer创建配位化学至今100年以来。以Lehn为代表的学者所倡导的超分子化学将成为今后配位化学发展的另一个主要领域。人们熟知的化学主要是研究以共价键相结合的分子的合成、结构、性质和变换规律。超分于化学可定义为分子间弱相互作用和分子组装的化学。分子间的相互作用形成各种化学、物理和生物中高选怿性的识别、反应、传递和调制
实践。使单元知识得以进一步的巩固深化。进一步增强学生的阅读理解能力,从而达到不教自会的境界。这一步教学.要充分体现学生的主体地位。教师只作点拨提示。切忌越俎代庖。有时,为了帮助学生正确地理解自读课文.教师可以设计一些具有启发诱导性的思考题.引导学生深入钻研课文。例如,教学高中第一册第二单元的两篇白读课文《为了**的嘱托……》和《火刑》,根据单元理论知识和课文内容,我设计了
的方法,采用讨论的方式去完成。这样,既可以增强学生的读写能力,巩固深化单元知识。又可以锻炼学生的听说能力。
第五步:习作训练
作文教学是语文教学的重要组成部分.也是单元教学不可少的一步。写。是学以致用,把知识转化为能力的最佳形式。单元写作训练,就是运用单元理论知识,吸取单元课文写法.进行创造性的实践练习。进行完前四步教学后.学生已基本掌握了有关文体的写作方法,进行习作训练自然是水到渠成。高中语文教材几乎每一单元后都安排有与单元知识和课文同类文体的写作训练,只要我们认真指导学生练习。就能收到理想的效果。
?23?
以下几个问题供学生思考:①两文表现了吴‘吉昌和布鲁诺两位科学家怎样的精神和品质?(爹两文各采用了什么样的线索来组织材料?③西文各按什么样的顺序记叙的?④两文各采用了哪砦人物描写的方法来刻画
人物、表现主题的?以上问题,学生可以通过比较阅读
万方数据
新校冈
XinXiaoYtlan
过程。而这些过程就导致超分子的光电功能和分子器件的发展。
二、我国配位化学的研究现状
我国配位化学的研究在中华人民共和国成立前几乎属于空白。1949年后随着国家经济建设的发展,仅在个别重点高等院校及科研单位开展了这方面的教学和科研工作,60年代中期以前。主要工作集中在简
单配合物的合成、性质、结构及其应用方面的研究。特
别是在溶液配合物的平衡理论、混合和多核配合物的稳定性、取代动力学、过渡金属配位催化以及稀土和W、Mo等我国丰产元素的分离提纯以及配位场理论的研究。除了个别方面的研究外,总体来说与国际水平差距还较大。
80年代后。在改革开放政策指引下,我国的配位化学取得了突飞猛进的发展。我国配位化学研究已步入国际先进行列,研究水平大为提高。特别在下列几个方面取得了重要进展:
(1)新型配合物、簇合物、有机金属化合物和生物无机配合物。特别是配位超分子化合物的基础无机合成及其结构研究取得丰硕成果,丰富了配合物的内涵。
(2)开展了热力学、动力学和反应机理方面的研究.特别在溶液中离子萃取分离和均向催化等应用方面取得了成果。
(3)现代溶液结构的谱学研究及其分析方法以及配合物的结构和性质的基础研究水平大为提高。
(4)随着高新技术的发展,具有光、电、热、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得进展。它的很多成果还包含在其他不同学科的研究和化学教学中。
我国配位化学的进展具有一系列特点。作为化学的重要分支领域之一的配位化学。在其学科本身发展的同时创造出更为奇妙的新材料.揭示出更多生命科学的奥妙。在研究对象上日益重视与材料科学和生命科学相结合。在从分子进到材料合成的研究中更加重视功能体系的分子设计。金属离子在生物体系中的成键。除维生素B12中的Co—C键以外.几乎都是以配位键形式结合。其功能体系组装是一个更为复杂的问题。这时要求将正确的物种放在正确的位置(在与动力学有关的问题中,还要按着正确的时间)才能发挥应有的功能。高效、经济和微量的组合化学的应用,将有助于分子合成和设计的实践。
从超分子之类的新观点研究分子的合成和组装.在我国日益受到重视。化学模板有助于提供组装的物种和创造有序的组装。但是其最大的困难在于克服热.24.
薪赞宙上旬刊
万方数据
职教园地
力学第二定律所要求的无序。这时配位化学家的任务之一就是和热力学进行妥协。尽管目前我们了解一些局部的组装规律和方法。但比起自然界长期进化而得到的完满而言。还有很大差距。正如有了一群能分别演奏各种乐器的音乐家。若没有很好的指挥。还不能演奏出一场满意的交响乐。其原因就是缺乏有意识地进行组装。对于组装的本质和规律。有很多基础性研究有待深入进行。三、配位化学的研究方向
作为边沿学科的配位化学日益和其他相关学科相
互渗透和交叉。正如khn所指出。超分子化学可以看
作是广义的配位化学。另一方面,配位化学又是包含在超分子化学概念之中。配位化学的原理和规律,无疑将在分子水平上对未来复杂的分子层次以上聚集态体系的研究起着重要作用。其概念及方法也将超越传统学科的界限。我国配位化学家在进一步促进它和化学内有杌化学、物理化学、分析化学、高分子化学、环境化学、材料化学、生物化学、以及凝聚态物理、分子电子学等学科的结合方面有了很好的开端。进一步的发展必将给配位化学带来新的发展前景。
中医是我国传统、独创的治疗方式。但是,中药制药的制药手段和方式正在突破传统工艺.如中药配位化学研究就是一个极有发展前途的新的研究方向。
我国幅员辽阔,资源丰富。经济建设中有备方面的要求。还存在一些无人问津的薄弱领域,例如配位光化学、界面配位化学、纳米配位化学、新型和功能配合物以及配位超分子化合物的研究。金属配合物的研究有明显的应用背景,具有开发成重大经济效益的潜力。它的基础和理论性研究也处在现代化学发展的前沿领域。对下一世纪我国化学学科的发展。必将产生深远影响。
【参考文献】
【l】翟慕衡.配位化学【M】.北京:安徽人民出版社,2007—09【21.英华,吕秀阳,刘霄,柳叶.中药配位化学研究进展【J】.中国中药杂志,2006年8月31卷第16期
【3】配位化学.来源于:Hbaike.baidu.eom/view/119774.htm
fr=alaO__l
【4】关于从中药配位化学角度看中药治疗泌尿系结石的作用机制的问题.来源于://topie.xywy.eomlzhan91200605251
412541.html
【5】配位化学进展.来源于://elass.ibucm.eom/wjhx/7/bzek.
htm
【6】我国配位化学进展.来源于://1w.3edu.net/h/1w_124251.
htnd
配位化学的研究进展
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
郭立年, 赵紫犁
郭立年(益阳职业技术学院,湖南,益阳,413000), 赵紫犁(长沙麓山国际实验学校,湖南,长沙,410000)新校园(上旬刊)XIN XIAOYUAN2010(9)
参考文献(6条)1. 我国配位化学进展2. 配位化学进展
3. 关于从中药配位化学角度看中药治疗泌尿系结石的作用机制的问题4. 配位化学
5. 李英华;吕秀阳;刘霄;柳叶 中药配位化学研究进展[期刊论文]-中国中药杂志 2006(16)6. 翟慕衡 配位化学 2007
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xxy-s201009013.aspx
范文四:配位化学现状及发展
配位化学的现状及发展
专业班级:化学(师范类)一班 姓名:刘楠楠 课程名称:配位化学 摘 要:配位化学已成为当代化学的前沿领域之一。它的发展打破了传统的有机化学和无机化学之间的界线。其新奇的特殊性能在生产实际中得到了重大的应用,花样繁多的价健理论及空间结构引起了结构化学和理论化学家的深切关注。它和物理化学、有机化学、生物化学、固体化学、环境化学相互渗透,使其成为贯通众多学科的交叉点。本文将介绍配位化学在近几年的现状和发展。 关键词:配位化学;现状;发展
配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门交叉学科,50年代以来配位化学以其与有机合成化学和结构化学相结合为特点,开始了无机化学的复兴时期,从而在实际上打破了传统的无机、有机和物理化学间的界限,进而成为各化学分支的结合点。配合物以其花样繁多的价键和空间结构促进了基础化学的发展,又以其特殊的性质在生产实践和科学实验中取得了重大的应用。配位化学是化学学科中最活跃的,具有很多生长点的前沿学科之一,它的近期发展趋势如下。
1. 具有特殊性质和特殊结构配合物的合成、结构及性能的研究 各种大环、夹心、多核、簇状、非常氧化态、非常配位数、混合价态及各种罕见构型配合物的合成、结构、热力学、动力学和反应性的研究正在深入。其中巨型原子簇的研究已成为阐明金属原子化学和固体金属化学异同的桥梁; 新型球型大环,聚邻苯酚脂大环配体对某些金属离子具有特殊高的选择性; 在CO ,CO 2,H 2和CH 4等小分子配合物及活化方面,已发现用Co + ,Li + 双核配合物不仅可与CO 2配位,并使其活化,而形成C —C 键; 此外H 2的配合物研究及H 2的活化亦在深入。
配合物合成、结构和性能研究方面,近年来的一个引人注目的动向是配位化学和固体化学的交叉[1]。一系列具有链状、层片状和层柱状特殊结构的配合物已经合成。对它们的性质和结构,正在进行系统研究。
2. 溶液配位化学研究
溶液配位化学研究正在继续深入,但已具有新的内容。在取代反应动力学及机理方面,近年工作集中在金属碳基配合物的研究上。已知配体的空间效应,电
子效应和反馈键的形成以及配合物的电子结构是决定反应机理和速率的重要因素。多核、异多核碳基簇的反应机理涉及金属—金属键断裂过程,反应复杂,有待进一步研究。在催化、生命过程中更为重要的电子转移过程和机理的研究受到重视[2]。Taube 对简单配合物分子间的电子过程提出了内界和外界的机理,获得了诺贝尔化学奖。但实际体系远为复杂,为简化分子间电子转移过程中包含的前期化合物生成和后期复合物分解二个过程,分子内电子转移过程已成为研究热点。
3. 超分子化学研究
人们熟悉的化学主要是研究以其价键相结合的分子的合成、结构、性质和变化规律。而超分子化学则可定义为由多个分子通过分子间作用而形成的复杂但有组织的体系。事实上,超分子体系所具有的独特有序结构从配位化学观点看是以配合物分子中配体间非共价弱相互作用为基础的。目前,对这种分子间“弱相互作用”而形成的超分子研究日益受到重视,它们的键能虽然不及一般共价键的5%—10%,但它具有累加性,因而大分子间的分子间键能也可能相当大。超分子概念的根源可以追溯到100年前Werner 所提出的配位化学的概念。事实上,超分子的名词,类似于生物学中的情况,它可以看成是由底物和接受体组成。其含义对应于配位化学中的受体和给体、锁和钥匙、主体与客体甚至金属与配体等概念。如果将配位化合物看作是由两种或多种可以独立存在的简单物种结合起来的一种化合物,则不难理解它和超分子间的相依关系。超分子配合物可看成是2个或2个以上简单配合物分子通过非共价分子间力(静电作用、氢键、范氏引力、疏水作用等) 形成的具有明确结构和功能的“超分子”[3]。 Lehn 曾经从两方面来分析超分子化学和配位化学的互补关系。即既可以把超分子化学看作是广义的配位化学,也可以把配位化学包括在超分子化学的概念中。
4. 功能性配合物
功能性配位化合物中指具有光、电、磁等物理功能的配位化合物。广义地讲是指具有特定的物理、化学和生物特征的配位化合物[4]。由于配合物种类繁多、结构多变、兼具无机化合物和有机化合物的特征,可以通过无机化学和有机化学的方法来改变它们的组成和结构,调节其性能,因而功能性配合物的研究成为当今化学和材料科学的热点。
结 论
综上所述,可见,近几年来,配位化学的发展应用到不仅仅是化学方面,而是深入到各个领域,为各个领域的研究及发展提供了一定的依据,和理论知识。相信在科技不断发展的今天,配位化学所能够涉及的领域将会越来越多,也会涌现出更多的专业人才。
参考文献
[1] 唐雯霞等, 化学通报,(1991):11, 1
[2] 游效曾等, 化学通报,(1993):12, 24
[3] 超分子化学, 吉林大学出版社,(1996)
[4] 刘祁涛等, 化学通报,(1998) :17, 21
范文五:现代配位化学研究的领域及配位化学的应用
现代配位化学研究的领域及配位化学的应用
一、 现代配位化学研究的领域
我国配位化学的研究在中华人民共和国成立前几乎属于空白。1949年后随着国家经济建设的发展,仅在个别重点高等院校及科研单位开展了这方面的教学和科研工作,60年代中期以前。主要工作集中在简单配合物的合成、性质、结构及其应用方面的研究。特别是在溶液配合物的平衡理论、混合和多核配合物的稳定性、取代动力学、过渡金属配位催化以及稀土和W、Mo等我国丰产元素的分离提纯以及配位场理论的研究。除了个别方面的研究外,总体来说与国际水平差距还较大。80年代后。在改革开放政策指引下,我国的配位化学取得了突飞猛进的发展。我国配位化学研究已步入国际先进行列,研究水平大为提高。特别在下列几个方面取得了重要进展:
(1)新型配合物、簇合物、有机金属化合物和生物无机配合物。特别是配位超分子化合物的基础无机合成及其结构研究取得丰硕成果,丰富了配合物的内涵。
(2)开展了热力学、动力学和反应机理方面的研究.特别在溶液中离子萃取分离和均向催化等应用方面取得了成果。
(3)现代溶液结构的谱学研究及其分析方法以及配合物的结构和性质的基础研究水平大为提高。
(4)随着高新技术的发展,具有光、电、热、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得进展。它的很多成果还包含在其他不同学科的研究和化学教学中。
我国配位化学的进展具有一系列特点。作为化学的重要分支领域之一的配位化学。在其学科本身发展的同时创造出更为奇妙的新材料.揭示出更多生命科学的奥妙。在研究对象上日益重视与材料科学和生命科学相结合。在从分子进到材料合成的研究中更加重视功能体系的分子设计。金属离子在生物体系中的成键。除维生素B12中的Co—C键以外.几乎都是以配位键形式结合。其功能体系组装是一个更为复杂的问题。这时要求将正确的物种放在正确的位置(在与动力学有关的问题中,还要按着正确的时间)才能发挥应有的功能。高效、经济和微量的组合化学的应用,将有助于分子合成和设计的实践。从超分子之类的新观点研究分子的合成和组装.在我国日益受到重视。化学模板有助于提供组装的物种和创造有序的组装。但是其最大的困难在于克服
二、 配位化学的应用
1、分析化学中的应用
在分析化学中,常应用许多配合物具有特征的颜色来鉴定某些离子的存在。例如:[Fe(NCS)n]3-n呈血红色,[Cu(NH3)4]2+为深蓝色,[Co(NCS)4]2-在丙酮中显鲜蓝色,等等。它们形成时产生的特征颜色常被认为是有关金属离子存在的依据。又如螯合物中介绍的丁二肟可与Ni2+形成鲜红色的沉淀,这个反应在氨碱性条件下具有灵敏度高、选择性强的特点,这种配位剂也可称为特效剂。 在分析鉴定中,常会因某种金属离子的存在而发生干扰,影响鉴定工作的正常进行。例如,Fe3+的存在对用NCS-鉴定Co2+就会发生干扰,因为NCS-与Fe3+和Co2+都能配位分别形成血红色和鲜蓝色的配合物,所以鉴定Co2+受到Fe3+的妨碍而无法观察清楚。但只要在溶液中加入NaF ,F-与Fe3+可以形成更稳定的无色的
[FeF6]3-,使Fe3+不再与NCS-配位,也就是说,把Fe3+“掩蔽”起来,避免了对Co2+鉴定的干扰。 容量分析中的配位滴定法(络合滴定法),是测定金属含
量的常用方法之一,依据的原理就是配合物的形成与相互转化,而最常用的分析试剂就是EDTA , 即
2、电镀工业中的应用
许多金属制件,常用电镀法镀上一层既耐腐蚀又增加美观的Zn 、Cu 、Ni 、Cr 、Ag 等金属。在电镀时必须控制电镀液中的上述金属离子以很小的浓度,并使它在作为阴极的金属制件上源源不断地放电沉积,才能得到均匀、致密、光洁的镀层,配合物能较好地达到此要求。CN-可以与上述金属离子形成稳定性适度的配离子,所以,电镀工业中曾长期采用氰配合物电镀液,但是,由于含氰废电镀液有剧毒、容易污染环境,造成公害,近年来已逐步找到可代替氰化物作配位剂的焦磷酸盐、柠檬酸、氨三乙酸等,并已逐步建立无毒电镀新工艺。
3、湿法冶金中的应用
配合物的形成,对于一些贵金属的提取起着重要作用。我们知道,贵金属很难氧化,但有配位剂存在时,可形成配合物而溶解。Au 、Ag 等贵金属的提取就是应用这个原理。用稀的NaCN 溶液在空气中处理已粉碎的含Au 、Ag 的矿石,Au 、Ag 便可形成配合物而转入溶液:
4Au +8NaCN +2H2O +O2--->4Na[Au(CN)2]+4NaOH
4Ag +8NaCN +2H2O +O2--->4Na[Ag(CN)2]+4NaOH
2[Ag(CN)2]-+Zn--->[Zn(CN)4]2-+2Ag
然后用活泼金属(如Zn )还原,可得单质Au 或Ag : 2[Au(CN)2]-+Zn--->[Zn(CN)4]2-+2Au 贵金属Pt 的提取是利用王水溶解含Pt 矿粉,Pt 便转化为H2[PtCl6],再将H2[PtCl6]转化为氯铂酸铵沉淀,将沉淀分离出来在高温下分解便可制得海绵状Pt : 3Pt+18HCl+4HNO3--->3H2[PtCl6]+4NO+8H2O
H2[PtCl6]+2NH4Cl--->(NH4)2[PtCl6]+2HCl
3(NH4)2[PtCl6]-800℃->3Pt+16HCl +2NH4Cl +2N2
上述提取贵金属的过程,不同于高温火法冶炼金属,这是在溶液中进行的,因而称为湿法冶金。除Au 、Ag 、Pt 以外,一些稀有金属的提取,也有采用湿法进行的。
4、配位催化
利用配合物的形成,对反应所起的催化作用称为配位催化(络合催化),有
些已应用于工业生产。例如,以PdCl2作催化剂,在常温常压下可催化乙烯氧化为乙醛: C2H4+PdCl2+H2O--->[PdCl2H2O(C2H4)]--->CH3CHO+Pd+2HCl
2CuCl2+Pd--->2CuCl+PdCl2
2CuCl +(1/2)O2+2HCl--->2CuCl2+H2O
三式相加得总反应:C2H4+(1/2)O2--->CH3CHO。 配位催化反应具有活性高、反应条件温和(常不需要高温高压)等优点,在有机合成、高分子合成中已有重要的工业化应用。
5、生物化学中的作用
金属配合物在生物化学中具有广泛而重要的应用。生物体中对各种生化反应起特殊作用的各种各样的酶,许多都含有复杂的金属配合物。由于酶的催化作用,使得许多目前在实验室中尚无法实现的化学反应,在生物体内实现了。生命体内的各种代谢作用、能量的转换以及O2的输送,也与金属配合物有密切关系。以Mg2+为中心的复杂配合物叶绿素,在进行光合作用时,将CO2、H2O 合成为复杂的糖类,使太阳能转化为化学能加以贮存供生命之需。使血液呈红色的血红素结构是以Fe2+为中心的复杂配合物,它与有机大分子球蛋白结合成一种蛋白质称为血红蛋白。氧合血红蛋白具有鲜红的颜色,而血红蛋白本身是蓝色的。这就解释了为什么动脉血呈鲜红色(含氧量高),而静脉血则带蓝色(含氧量低)。 血红蛋白 H2O(蓝色)+O2 血红蛋白 O 2(鲜红色)+H2O 上述平衡对O2的浓度很敏感。在肺部因有大量的O2,平衡右移。O2以血红蛋白配合物的形式为红血球所吸收,并输送给各种细胞组织,以供应新陈代谢所需要的O2。某些分子或负离子,如CO 或CN-,可以与血红蛋白形成比血红蛋白?O2更稳定的配合物,从而使血红蛋白中断输O2,造成组织缺O2而中毒,这就是煤气(含CO )及氰化物(含CN-)中毒的基本原理。 另外,人体生长和代谢必需的维生素B12是Co 的配合物,起免疫等作用的血清蛋白是Cu 和Zn 的配合物;植物固氮菌中的的固氮酶含Fe 、Mo 的配合物等。目前,世界各国的科学界都在致力于这些配合物的组成、结构、性能和有关反应机理的研究,探索某些仿生新工艺,这显然是一个十分重要和倍受关注的科学研究领域。 除上述各领域外,在医药领域中,配合物已成为药物治疗的一个重要方面。例如:EDTA 已用作Pb2+、Hg2+等中毒的解毒剂;顺式[Pt(NH3)2Cl2](又称顺铂)具有抗癌作用而用作治癌药物。这方面的研究和发展也很快。再如原子能、半导体、激光材料、太阳能储存等高科技领域,环境保护、印染、鞣革等部门也都与配合物有关。