拓撲化學反應

定義

拓撲化學反應是指在化學反應中，產物的結構與反應物的結構存在一定的關聯，反應能在保持反應物一定的晶體結構條件下進行。拓撲化學反應包括：脫水反應、分解反應、氧化還原反應、嵌入反應、離子交換反應和同晶置換反應等。

嵌入反應

是一類重要的軟化學過程。在其過程中，一些外來離子或分子嵌入到固體基質晶格中，而不產生晶體結構的重大改變。

脫嵌反應

把引進去的外來客體從主體結構上移走的反應。

脫水反應

將水或羥基在化合物中脫去。

離子交換反應

是通過對具有可交換離子的物質進行交換改性的局部化學反應。

同晶置換反應

局部化學反應之一，是在母體結構保持不變的前提下進行離子交換。礦物結晶時，晶體結構中由某種離子或原子占有的位置，部分被性質類似、大小相近的其他離子或原子占有，但晶體結構型式基本不變。

分解反應

分解反應是通過反應物分解而形成產物的方法。

反應原理

物質的晶體結構只有在固體狀態時才擁有，一旦固體溶解在溶劑中，晶體結構不復存在，溶液中反應物分子處於溶劑的包圍中，分子之間的碰撞機會各向均等，化學反應的性質取決於反應物的性質，因而溶液中的化學反應不存在拓撲化學控制。但在固相反應中，各固體反應物的晶格是高度有序排列的，因而晶格分子的移動較難，只有合適取向的晶面上的分子足夠地靠近，才能提供適宜的反應中心，使固相反應得以進行，這就是固相反應特有的拓撲化學控制原理。它賦予了固相反應以其它方法無法比擬的優越性，提供了合成新化合物的獨特途徑。

拓撲化學反應原理揭示了晶體原料中分子的堆積方式是固相反應的重要決定因素，只有相鄰分子的合適反應中心靠得足夠近，且晶面取向合適方可發生固相反應。

套用

由於拓撲化學反應得到的產物在結構上與起始物質有著確定的關係，運用這些反應常常可以得到由其它方法所不能得到或難以得到的固體材料，且這些材料具有獨到的物理和化學性質及獨特的結構形式，從而在化學工業中有著重要的套用。

合成各向異性的壓電陶瓷

壓電陶瓷作為重要的功能材料在電子材料領域占據相當大的比重。傳統 PZT 系列壓電陶瓷主要成分是 PbO，會產生嚴重的環境污染，因此，採用無鉛壓電陶瓷代替傳統的含鉛壓電陶瓷已成為必然的發展趨勢。

合成新型沸石分子篩催化材料

沸石分子篩是由四面體單元（通常為矽氧、鋁氧、磷氧四面體）組成的具有空曠骨架結構的一類多孔性材料，在吸附、離子交換以及工業催化等領域有著廣泛的套用。雖然組成各種沸石分子篩的化學元素非常相似，但他們的拓撲結構卻多種多樣，這也決定了他們具有不同的吸附、離子交換和催化性能。

合成有機-無機納米複合材料

納米複合材料是由兩種或兩種以上的吉布斯固相至少在一個方向上以納米級尺寸（1~100 nm)複合而成的複合材料。這些固相可以是非晶質態、半晶質態、晶質態或者兼而有之，而且可以是無機的、有機的或兩者都有。納米複合材料廣泛存在於整個生物體(如植物和骨質)中，真正人工合成的納米複合材料，如石墨層間化合物、層柱粘土礦物、粘土礦物 - 有機複合材料和沸石有機複合材料等則較少。納米複合材料的尺寸介於分子與體相尺寸之間，屬於介觀系統。它所表現出來的性質也不同於體相，具有顯著的量子尺寸效應。其電、光、磁等物理性質具有許多新奇的特性和規律。