配位化学的发展进程

1配位化学论文2工业中的配位化学摘要:配位化学从1704年发展至今，不断创造出许多富有生命力的新领域，为化学工业的发展带来新的契机。配位化学在化学化工方面显示出了不可替代的实用优越性。配位化学又称络合物化学,它是近三十年来发展最迅速的化学学科之一，其研究已渗透到无机化学、分析化学、有机化学、生物化学、电化学等学科中,并在金属的提取和富集、工业分析、催化、制药、染料、水质处理等方面得到广泛的应用。本文综述了配位化学在工业方面的应用，浅议配位化学的新发展及其近几年在化学化工工业中的发展前景。关键词:配位化学；配合物；发展；化学化工；应用1前言配位化学又称络合物化学，配位化合物简称配合物或络合物。配合物是由一个或几个中心原子或中心离子与围绕着它们并与它们键合的一定数量的离子或分子（这些称为配位体）所组成的。本世纪五十年代后,配位化学的发展突飞猛进，大量新配合物的制得及其结构研究,配合物中价键理论的研究,配合物的反应动力学的研究等方面在世界化学文献中占有重要的地位。配位化学之所以有今日的进展,固然和近代科学技术及侧试设备的进步有关，而更重要的是配位化学在科学技术及工农业生产上有极广泛和重要的应用。在工业生产中，多数应用到金属(或金属离子)的部门、工艺技以及原料、产品的分析皆或多或少地涉及到配合物。由于配位化学在工业中的应用面广、量大不能一一详述,下面拟几个方面做扼要介绍。2配位化学的前期发展历程配合物在自然界中普遍存在，历史上最早有记载的是1704年斯巴赫（Diesibach）偶然制成的普鲁士蓝KCN·Fe(CN)2·Fe(CN)3，其后1798年塔斯赫特（Tassert）合成[Co(NH3)6]Cl3。十九世纪末二十世纪初，A.Werner创立了配位学说，成为化学历史中重要的里程碑。二十世纪以来，配位化学作为一门独立的学科，以其蓬勃发展之势，使传统的无机化学和有机化学的人工壁垒逐渐消融，并不断与其他学科如物理化学、材料科学及生命科学交叉、渗透，孕育出许多富有生命力的新兴边缘学科，为化学学科的发展带来新的契机[2]。1缓蚀剂原则上讲,缓蚀剂的缓蚀作用,是由子水中加入它后，在金属材质表面形成了钝化型膜、沉淀型膜或吸附型膜，因而有效地阻止或降低水中腐蚀介质对金属的腐蚀速度。多数情况下成膜和形成配合物有关。例如，长久以来，应用铬酸盐作为缓蚀剂，它形成钝化型膜迅速、膜层牢固、缓蚀率高，但由于它对许多水生物有毒性,故近年来，国内外都在研究用钼酸盐、钨酸盐来代替铬酸盐，当水中存在一定量的O2时，钼酸盐在金属表面的成膜机理可表示为:3最终在钢铁表面形成了〔FeMoO42--Fe2O3〕的配合物钝化膜。又如,六偏磷酸钠和三聚磷酸钠等线型聚磷酸盐，它的阴离子中氧原子端螯合水中Ca2+离子，而形成一个胶溶状带电荷的配离子。钢铁在水中腐蚀时,阳极反应的产物Fe2+离子将向阴极方向扩散移动,产生一定的腐蚀电流，Fe2+离子与聚磷酸钙配离子生成以聚磷酸钙铁为主要成份的配离子,依靠腐蚀电流电沉积于阴极表面而形成较致密的沉淀膜,因而抑制了腐蚀电池的阴极反应。又如,巯基苯骈噻唑是在铜表面生成配合物沉淀,因而在冷却水系统中了巯疏基苯骈噻唑是铜及铜合金设备最有效的吸附型缓蚀剂之一。2阻垢剂目前人们常应用低分子量的聚羧酸(分子量在103~105)作为工业冷却水系统的阻垢剂,例如,一聚丙烯酸、水解马来酸酐、聚丙烯酸胺等。这类阻垢剂在水中都会发生部分电离，离解出氢离子及聚合物负离子表示，聚合物负离子中的含氧酸根或其它含氧基团，能够螯合水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cu2+等金属离子,大大降低了水中Ca2+、Mg2+等离子,因而水中析出CaCO3、MgCO3、CaSO4等晶体的可能性大为减小,这种现象称为配合增溶。值得一提的是某些物质兼有缓蚀和阻垢作用,如HEDP就是目前工业水处理中常用的一种兼有缓蚀和阻垢效果的水质稳定剂,它的这种优异性能是由于它在水溶液中能离解出较多的氢离子,它的阴离子能与水中金属离子形成比较稳定的五员环或六员环螯合物,从而起到阻垢的效果,再则HEDP和线型聚磷酸盐相似,是一类阴极型缓蚀剂[5]4配位化学近几年的研究热点近年来，配位化学的研究热点主要集中在两个方面：以揭示金属离子和生命体系相互作用为主要研究内容的生物无机化学和以开发具有光、电、磁、超导、信息储存等特殊功能的新型材料为目的的功能配位化学。在各国有关学者的共同努力下，这些领域的研究成果层出不穷，极大地推动了配位化学的发展。最近几年，化学工作者对于钌配合物给予了越来越多的关注。钌配合物的研究是配位化学和材料科学交汇的一个前沿领域，在电子跃迁、氧化还原、光磁性质等方面具有独特的意义。Ru(II)配合物的光电性质是近年来非常热门的一个研究领域。尤其是联多吡啶Ru(II)配合物，在太阳能转化、分子光电器件的研制方面占有重要地位。多核Ru(III)配合物对磁学家也是一个颇具吸引力的课题，研究这类化合物的磁相互作用，对于完善磁交换机理论模型，指导分子铁磁体的研制，具有重要的理论意义和实际意义。Ru25+配合物([(NH3)5Ru(μ-L)Ru(NH3)5]5+)是混价配合物中很有代表性的一个家族，是研究长程电子转移反应的理想模型化合物，近年来有关分子开关和分子导线的研制热潮更给这一领域的研究注入了新的活力。混价羧酸钌[Ru2(μ-O2CR)4]+是另一类结构独特的Ru25+型配合物，它在分子铁磁体和分子电子器件的开发研制方面独具魅力[1]。5看法和设想1.配位化学己渗透到冶金学的许多领域，对于冶金过程的重要性正在为人们所认识,因而有需要和可能建立配位冶金化学。它的形成和发展将有利于系统地研究冶金过程中配合物存4在的条件、结构形态以及它们对冶金过程的影响,研究冶金过程中配合物的生成一离解平衡，生成一离解速率；研究各种金属与不同配位体之间配合离解过程的机理和规律性；提炼不同单元过程配合离解平衡的数学模型；开发新的更加合理的生产工艺。2.冶金配位化学的形成、发展和状大，既不能单纯依靠配位化学领域的工作，也不能单纯依靠冶金领域的工作，需要二方面的共同努力，有赖于形成一支冶金配位化学的学术队伍。3.如何提高矿物湿法浸出的浸出速度和浸出率，配合催化具有很大的潜力，值得引起足够的重视。4.溶剂萃取近三十年来飞速发展，但还停留在经验或半经验的阶段，并未越过工艺的界限而进入科学的范筹。因而，建立能够说明萃取过程普遍规律的严密理论和定量关系5.离子交换法虽已相当古老,但并不成熟。离子交换过程中配离子、配位键的作用机理有待进一步研究。将离子交换法和溶剂萃取法相结合,集二者的优越性于一身,研制出新型高效螯合萃淋树脂是重振离子交换法值得重视的方向。6.电解工业的电耗很大，降低电耗一直是电解工业的重要目标之一。现在研究工作主要在以下几方面进行:研究低超压新型电极、改变电解液成分、应用旋转或悬浮电极,周期反向、脉冲电流、体搅拌、超声振动等,以上研究没有大的突破。以中间冶化配合物为主要内容的功能电极，功能电解液，功能添加剂应重点进行研究。7.在能源日益紧张、环境保护要求越来越严，矿物资源不断贫化、复杂化的形势下，如何以较少的能量，较快的速度，较低的成本，尽可能无污染地、完全地从矿物中提取有价金属的任务摆在冶金工作者的面前，冶金配位化学应在这些重大课题中发挥积极的作用,表现出自己的生命力。6结束语配位化学自发展以来一直受到广大化学家的关注，他们利用配合物的特殊性质，在各种不同的领域中给予了广泛的应用，尤其是化学化工方面，不断地给配位化学的发展注入新的生命活力。随着科学技术的飞速发展，具有新奇性质的功能性配合物将会被相继合成并加以深入研究，对配位化学的应用都将具有更加重要的意义。参考文献[1]白丽霞.浅议配位化学的新发展及其近几年在化学化工工业中的应用[J],《中国科技信息》,2011,10(19),37.[2]章慧主编.配位化学原理与应用[M].第1版.北京：化学工业出版社.2009；58-88[3]王九思，陈学民，肖举强，等编著.水处理化学[M].第1版.北京：化学工业出版社.2002；68-99.[4]徐延瓞.配位化学在工业中的应用一[J],化学世界,1987,01,44-45.[5]徐延瓞.配位化学在工业中的应用三[J],化学世界,1987,03,135-138.[6]殷群生.冶金配位化学(络合物冶金)(续)[J],湖南有色金属,1987,05(01),30-34.