化學(xué)與社會(huì)第一章課件

化學(xué)與社會(huì)化學(xué)化工學(xué)院（微結(jié)構(gòu)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，唐仲英樓C612）鄭和Ohenghg@公共郵箱：hxysh2010@163.comhuaxue成績(jī)?cè)u(píng)定平時(shí)30分期末考試40分讀書(shū)報(bào)告30分作業(yè)(15分)；出勤(15分)自選與化學(xué)有關(guān)專題或平時(shí)40分(每次10份，達(dá)4次無(wú)成績(jī)）期末考試60分研究?jī)?nèi)容化學(xué)研究什么？化學(xué)學(xué)科的發(fā)展方向與化學(xué)研究中的機(jī)遇化學(xué)與環(huán)境化學(xué)與材料化學(xué)與農(nóng)業(yè)化學(xué)與生命化學(xué)與現(xiàn)代文明納米專題第一章序論一、化學(xué)研究什麼？1化學(xué)研究的對(duì)象

單質(zhì)：指由同種元素的原子組成的物質(zhì)，如氧氣(O2)和氮?dú)?N2)；金(Au)、鉑(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)和錫(Sn)等

化合物：指由不同種元素的原子組成的物質(zhì)，如鹽酸(HCl)，氫氧化納(NaOH)，碳酸鈣(CaCO3)機(jī)械運(yùn)動(dòng):位置的移動(dòng)物理運(yùn)動(dòng)：蠟燭燃燒由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)?；瘜W(xué)運(yùn)動(dòng)：蠟燭燃燒變CO2生物運(yùn)動(dòng)：花開(kāi)花落

物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式

物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化后，它的組成會(huì)發(fā)生變化。研究化學(xué)變化時(shí)，常對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、發(fā)生變化所需的外界條件及變化規(guī)律等進(jìn)行研究。

解決化學(xué)變化能否發(fā)生、進(jìn)行程度如何及有哪些影響因素等問(wèn)題，能為社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

熱力學(xué)研究結(jié)果表明氫氣(H2)與氧氣(O2)可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水（H2O）。但事實(shí)上正常條件下，空氣中的氧氣和氫氣能穩(wěn)定存在而并不生成水。動(dòng)力學(xué)研究顯示這是因?yàn)槎叻磻?yīng)速度很慢，106億年才生成0.15%的水。因此若想實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)，就必須研究影響該反應(yīng)的各種因素,如催化劑等。

化學(xué)是一門(mén)在原子、分子和離子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等變化條件及規(guī)律的科學(xué)。亦即是研究物質(zhì)變化的科學(xué)。化學(xué)的定義化學(xué)研究的目的—認(rèn)識(shí)自然，改造自然，造福人類(lèi)

出于對(duì)自然界物質(zhì)的好奇，人們很早就知道如何從自然界分離出某些化學(xué)物質(zhì)，例如從花卉中提取顏料來(lái)染布和作畫(huà)。同時(shí)，人類(lèi)很早也認(rèn)識(shí)到通過(guò)化學(xué)變化來(lái)制造新物質(zhì)，最早的可能是肥皂和活性炭。從化學(xué)元素概念的提出、氧化學(xué)說(shuō)的建立、元素周期律的發(fā)現(xiàn)、由無(wú)機(jī)化合物合成有機(jī)化合物（尿素），為人類(lèi)文明的進(jìn)步帶來(lái)飛躍。化學(xué)研究的各項(xiàng)成果為人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然和改造自然及社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步起了非常重要作用。

化學(xué)研究圍繞保證人類(lèi)的生存、提高人類(lèi)生活質(zhì)量和延長(zhǎng)人類(lèi)壽命的目標(biāo)一直在做不懈的努力。如化學(xué)研究在解決人類(lèi)的衣、食、住、行、能源短缺、合理使用自然資源及環(huán)境保護(hù)等難題方面和合成新材料、新藥物及探明生命過(guò)程中的化學(xué)奧秘方面曾經(jīng)而且還將繼續(xù)做出巨大的貢獻(xiàn)。

化學(xué)研究發(fā)展到今天從來(lái)就沒(méi)有脫離過(guò)為人類(lèi)造福和使人類(lèi)生活得更美好的長(zhǎng)期而遠(yuǎn)大的目標(biāo)。二、化學(xué)學(xué)科的發(fā)展方向與化學(xué)研究中的機(jī)遇

近代化學(xué)時(shí)期（從十七世紀(jì)中葉到十九世紀(jì)末）：化學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科的形成和發(fā)展時(shí)期。元素論的誕生標(biāo)志著化學(xué)學(xué)科的確立；從燃素說(shuō)到氧化學(xué)說(shuō)的建立，化學(xué)計(jì)量定律的確立、原子-分子學(xué)說(shuō)的建立、及元素周期律的發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的興起和化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，促進(jìn)了化學(xué)史上一系列的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。化學(xué)的分支學(xué)科也迅速發(fā)展。

1.化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史古代化學(xué)時(shí)期（十七世紀(jì)以前）：制陶、玻璃制造、煉銅和鐵、造紙和火藥、煉丹和煉金、醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)等的萌芽期。這一時(shí)期的化學(xué)特點(diǎn)是注重實(shí)用性，化學(xué)知識(shí)是經(jīng)驗(yàn)性和零散性的?，F(xiàn)代化學(xué)（十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初）：X-射線、放射性、電子的發(fā)現(xiàn)?；瘜W(xué)的研究深入到探索原子、分子、晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。量子力學(xué)的建立全面揭示了元素周期律的本質(zhì)?；瘜W(xué)研究從宏觀實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)歸納轉(zhuǎn)為從微觀領(lǐng)域的演繹和推理來(lái)闡明物質(zhì)及其變化本質(zhì)。經(jīng)歷了從宏觀到微觀、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，建立了嶄新的化學(xué)理論體系，化學(xué)與其它學(xué)科的研究和發(fā)展也相互滲透、相互促進(jìn)?，F(xiàn)代化學(xué)有三個(gè)突出的特點(diǎn)：（1）多學(xué)科的綜合性和相互滲透；（2）新的實(shí)驗(yàn)手段的普遍應(yīng)用；(3)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。InorganicChemistry,2009,48,5772:(NH4)2MoS4+CuI+4,4’-Bipy+Bu4NI

{Mo2O2S6Cu6I2(4,4-bipy)6}n中性化合物一級(jí)學(xué)科:

化學(xué)二級(jí)學(xué)科:無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)、環(huán)境化學(xué)及化學(xué)工程等。交叉邊緣科學(xué)：生物無(wú)機(jī)化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)等。按研究劃分:

基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)研究。然而實(shí)際上的劃分卻是不易的，例如催化。

化學(xué)學(xué)科的分支

（a）弄清各種物質(zhì)在各種狀態(tài)下的組成、結(jié)構(gòu)和性能等及其相互關(guān)系（結(jié)構(gòu)研究）。(b)弄清各種物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的機(jī)理細(xì)節(jié)及其結(jié)構(gòu)變化的控制方法和手段（結(jié)構(gòu)變化）。（c）弄清各種物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理細(xì)節(jié)及其結(jié)構(gòu)變化的控制方法和手段（反應(yīng)機(jī)理）。（d）根據(jù)需要能夠任意設(shè)計(jì)和合成各種性能的化合物（合成化學(xué)）。

化學(xué)學(xué)科自身的使命化學(xué)學(xué)科的發(fā)展方向既涉及本身具有普遍科學(xué)意義的各項(xiàng)研究，又應(yīng)該考慮整個(gè)社會(huì)大系統(tǒng)環(huán)境的各個(gè)角度例如國(guó)家政策、方針、社會(huì)需求、現(xiàn)有的科學(xué)資源及科學(xué)實(shí)力等。除了要完成自身的歷史使命外，還肩負(fù)著促進(jìn)其它自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步?；瘜W(xué)的發(fā)展與其它學(xué)科的相互關(guān)系

化學(xué)與生命科學(xué)生命科學(xué)之謎？

1.生命起源之謎。

最早的生命從何而來(lái)？這個(gè)被人們稱為“自然歷史上最復(fù)雜、最難以解決的疑問(wèn)”，今后仍是科學(xué)研究的焦點(diǎn)，將長(zhǎng)期吸引學(xué)者的注意。2．大腦之謎。這個(gè)“大自然創(chuàng)造的最神秘黑箱”，有著無(wú)比奇妙的特點(diǎn)。諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者克里克寫(xiě)道：“你本身，你的喜怒哀樂(lè)，你的記憶，你的雄心，你的個(gè)人

感覺(jué)，你的自由意志，事實(shí)上不外乎是大量細(xì)胞及其相關(guān)分子的行為。”勒維司說(shuō)“你什么都不是，僅僅只是一堆神經(jīng)元”。但這堆神經(jīng)元究竟是怎樣開(kāi)展工作的，至今卻還知之甚少。3．演化之謎。生命是如何演化的？達(dá)爾文“物競(jìng)天譯”理論對(duì)此作了頗為精彩的解釋，但近年來(lái)一系列發(fā)現(xiàn)，卻使得這個(gè)領(lǐng)域重新充滿疑團(tuán)。例如“寒武紀(jì)大爆炸”就是其中最具挑戰(zhàn)性的事實(shí)，在距今5億多年前的寒武紀(jì)后期，在非常短促的歷史時(shí)期內(nèi)，地球上突然冒出了許多新的動(dòng)物類(lèi)型，包括海綿動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、腕足動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、脊索動(dòng)物等等?？傊?，大多數(shù)“門(mén)類(lèi)”都在此時(shí)同時(shí)出現(xiàn)，而之前根本并不存在，之后則基本上沒(méi)有增加。這一事實(shí)與“漸進(jìn)式演化”、“系譜樹(shù)”等理論很難協(xié)調(diào)。此外在分子水平研究進(jìn)化問(wèn)題時(shí)，也發(fā)現(xiàn)許多難以用自然選擇理論解釋的事實(shí)?！吧绾窝莼保匀皇侵档美^續(xù)探索的大課題。4.地外生命之謎。盡管直至今天還沒(méi)有找到任何地外生命存在的蹤跡，但由于宇宙中星體太多了，要否定它幾乎是不可能的事，所以尋找還必須繼續(xù)進(jìn)行。一旦發(fā)現(xiàn)地外生命，由于它們所處的環(huán)境和地球截然不同，其元素組成、結(jié)構(gòu)方式、遺傳密碼、新陳代謝類(lèi)型，肯定與地球型生命有很大差別、研究二者的異同，必然會(huì)導(dǎo)致生命科學(xué)的重大躍進(jìn)。5．各種生物基因圖譜的繪制。每種生物都有自已一套獨(dú)特的遺傳系統(tǒng)，包括若干染色體及排列于其上的基因。其化學(xué)基礎(chǔ)則是DNA分子，是由許多核苷酸按照嚴(yán)格順序聯(lián)接起來(lái)的長(zhǎng)鏈。測(cè)定基因位置，并最終確定各個(gè)核苷酸的排列順序，是透徹了解該生物的基礎(chǔ)工作?，F(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)完成了對(duì)大腸桿菌、酵母菌及其它11種微生物的基因圖譜工作。對(duì)于人類(lèi)基因，已標(biāo)識(shí)了將近一半，不過(guò)對(duì)于30億個(gè)堿基對(duì)，僅只分析了約6000萬(wàn)個(gè)，大量工作需今后繼續(xù)進(jìn)行。

現(xiàn)在人們認(rèn)為生命的起源是通過(guò)化學(xué)途徑實(shí)現(xiàn)的，生命過(guò)程本身就是化學(xué)變化的表現(xiàn)。要了解生命必須先了解化學(xué)活性。生命科學(xué)的發(fā)展要求我們?cè)诜肿铀缴辖忉屔^(guò)程，例如組成生命的各種酶、核酸和蛋白質(zhì)的分離，及其化學(xué)結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系，遺傳基因的序列。 應(yīng)用：親子簽定傳統(tǒng)的測(cè)血型親子鑒定測(cè)DNA親子鑒定化學(xué)與信息科學(xué)(記錄、傳輸、存儲(chǔ)、識(shí)別等）

計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度和容量的提升及計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展卻依賴新一代計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)展。而計(jì)算機(jī)芯片所用材料又是無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)手（自動(dòng)化和智能化、文獻(xiàn)）藥物及農(nóng)藥篩選量子化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展及生物大分子的深入研究單晶硅砷化鎵磷化銦碳化硅鍺化學(xué)與信息化學(xué)與信息化學(xué)與地球科學(xué)

同位素地球化學(xué)、微量元素地球化學(xué)、巖石地球化學(xué)、礦床地球化學(xué)等也都是化學(xué)的直接應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的邊緣科學(xué)。

化學(xué)與環(huán)境科學(xué)、考古學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。

文物保護(hù)和檔案材料的保護(hù)都與化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。聚苯乙烯燈塑料制品地板革化學(xué)與材料化學(xué)與能源水能太陽(yáng)能

化學(xué)的發(fā)展與社會(huì)文明進(jìn)步化學(xué)與社會(huì)問(wèn)題和社會(huì)需求有：化學(xué)工業(yè)、增產(chǎn)糧食、增加能源、發(fā)展材料、裨益健康、改善環(huán)境、增強(qiáng)國(guó)防。化學(xué)工業(yè)是一種高技術(shù)工業(yè)，它依賴現(xiàn)代化的生產(chǎn)流程、最先進(jìn)的儀器設(shè)備和最新穎的構(gòu)思。它已成為各國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要支柱。

例如，美國(guó)化學(xué)品及其相關(guān)產(chǎn)品工業(yè)擁有一百萬(wàn)員工，每年出口量達(dá)1750億美元，贏得約165億美元的國(guó)際貿(mào)易順差；英國(guó)化學(xué)工業(yè)年產(chǎn)值約21萬(wàn)億英鎊（約占英國(guó)總產(chǎn)值9%），出口順差25億英鎊國(guó)民；日本和法國(guó)化學(xué)工業(yè)品國(guó)際貿(mào)易順差分別達(dá)461億美元和257億法郎。

化學(xué)涉足的工業(yè)領(lǐng)域1988年我國(guó)化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值占全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值的6.9%。2006年增加到18%?；瘜W(xué)及其密切相關(guān)工業(yè)，如石油加工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和橡膠制品等占全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值的28.6%。國(guó)際市場(chǎng)上化學(xué)工業(yè)品的竟?fàn)幜χ饕蕾囋搰?guó)在化學(xué)科學(xué)能否保持領(lǐng)先地位。盡管先進(jìn)工業(yè)所依賴的純科學(xué)基礎(chǔ)有時(shí)是很隱蔽的，但對(duì)于國(guó)家前途來(lái)說(shuō)，沒(méi)有比化學(xué)更安全的基礎(chǔ)科學(xué)投資領(lǐng)域。我國(guó)化學(xué)工業(yè)現(xiàn)況用有限的土地資源去養(yǎng)活不斷增長(zhǎng)的人口是人類(lèi)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。我國(guó)在這一問(wèn)題上更為突出，人口占世界22%，耕地面積占世界7%。因此食物的增產(chǎn)問(wèn)題無(wú)法回避。解決的辦法有：通過(guò)擴(kuò)大耕地面積和提高單位面積耕地產(chǎn)量來(lái)提高種植業(yè)的產(chǎn)量；在分子水平上認(rèn)識(shí)動(dòng)物生長(zhǎng)激素及調(diào)節(jié)物來(lái)提高養(yǎng)殖業(yè)的產(chǎn)量；通過(guò)固氮和光合作用的深入研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用尋找增產(chǎn)食物的根本途徑；加強(qiáng)食物的儲(chǔ)藏和保鮮研究；海洋食物的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。這些解決辦法都直接或間接與化學(xué)相關(guān)，如提高單位面積耕地產(chǎn)量離不開(kāi)化肥、除草劑、植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑和調(diào)節(jié)劑、土壤改良劑、害蟲(chóng)引誘劑、昆蟲(chóng)信息素、昆蟲(chóng)激素、農(nóng)藥等領(lǐng)域研究的突破?；瘜W(xué)與農(nóng)業(yè)中國(guó)首例國(guó)產(chǎn)抗艾滋病藥“克度”于2002年上市由中國(guó)東北制藥集團(tuán)公司自行生產(chǎn)的齊多夫定（ＡＺＴ）片劑和膠囊劑今天在中國(guó)上市，其商品定名為“克度”。獲得中國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局的國(guó)內(nèi)上市批準(zhǔn)文號(hào)，是中國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一例抗艾滋病病毒藥品。它結(jié)束了中國(guó)抗艾滋病病毒藥品完全依賴進(jìn)口的歷史。

目前中國(guó)艾滋病患者和ＨＩＶ感染者共有100萬(wàn)人左右。由于長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，高昂的藥物價(jià)格使中國(guó)的艾滋病患者每年承擔(dān)的治療費(fèi)用比泰國(guó)、巴西等國(guó)患者要高出數(shù)倍以上。

目前接受雞尾酒療法治療的病人，平均每人每月的藥物花費(fèi)在２５００－３０００元人民幣左右。而經(jīng)濟(jì)條件差的病人只能接受對(duì)癥療法（根據(jù)病人出現(xiàn)的病癥治療）。

化學(xué)與人類(lèi)健康化學(xué)與食品添加劑常用的合成食用色素1）莧菜紅2）胭脂紅3）檸檬黃4）日落黃5）靛藍(lán)其它添加劑如：甜味劑、防腐劑、香料、殺菌劑等三聚氰胺白色無(wú)味的結(jié)晶粉末微溶于水半致死量大約為每千克體重3克

胃酸作用下解離腎結(jié)石或腎衰竭火藥（KNO3,C,S)的發(fā)明改變了交戰(zhàn)狀態(tài)，現(xiàn)代炸藥式樣更新?；瘜W(xué)藥品或混合物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體，并釋放大量熱能，氣體急劇膨脹而爆炸。子彈（鉛或鋼質(zhì)）是用化學(xué)炸藥推動(dòng)的?；瘜W(xué)武器是使用了化學(xué)毒物。核武器利用了核變過(guò)程中產(chǎn)生的熱能和輻射。開(kāi)發(fā)防毒面具及抗細(xì)菌藥物，隱形材料，保護(hù)材料也與化學(xué)密切相關(guān)。化學(xué)與國(guó)防人造衛(wèi)星航天飛機(jī)隱型戰(zhàn)斗機(jī)導(dǎo)彈航天飛機(jī)宇航員裝備后背座：氮推進(jìn)器，液體氧，水罐等。控制板：調(diào)節(jié)氮?dú)?，氧氣和水供?yīng)等。頭盔：透明塑料（多層材料)，涂金的防護(hù)鏡，減少太陽(yáng)的輻射。手套：硅橡膠，給出觸感?；瘜W(xué)與環(huán)境人類(lèi)環(huán)境自然環(huán)境社會(huì)環(huán)境地質(zhì)環(huán)境土壤環(huán)境大氣環(huán)境水體環(huán)境生物環(huán)境生產(chǎn)環(huán)境交通環(huán)境商業(yè)環(huán)境文教環(huán)境衛(wèi)生環(huán)境旅游環(huán)境改善環(huán)境工業(yè)三廢（氣、渣、液）處理；生活垃圾（如