自然科學(xué)概論-第-6-章

第六章

化學(xué)第一節(jié)化學(xué)概況一、化學(xué)的研究對(duì)象和主要分支1、研究對(duì)象

化學(xué)主要是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、及其在原子和分子水平上的變化規(guī)律及變化過程中的能量關(guān)系的科學(xué)。2、主要分支化學(xué)主要分為：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)。二、化學(xué)的發(fā)展概況1、古代化學(xué)A：人國古代在陶瓷（硅酸鹽）、冶煉、染色、制鹽、釀酒、造紙、火藥等化學(xué)工藝。B：古代埃及和巴比倫：金屬冶煉和使用。2、近代化學(xué)A：原子—分子論的提出。B：元素周期律的發(fā)現(xiàn)。C：化學(xué)價(jià)和化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立等。D：確定了化學(xué)變化過程所遵守的一些化學(xué)定，如：能量守恒定律、定組成定律、倍比定律、氣體定律等。E：有機(jī)化合物尿素的人工合成。F：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)都已成為獨(dú)立的學(xué)科。G：物理化學(xué)也開始形成。H：化學(xué)工業(yè)也相應(yīng)發(fā)展起來。3、現(xiàn)代化學(xué)

20世紀(jì)以來，隨著自然科學(xué)的迅速發(fā)展，特別是由于現(xiàn)代物理學(xué)的推動(dòng)，現(xiàn)代化學(xué)進(jìn)入了微觀世界領(lǐng)域，無論在理論上還是在應(yīng)用上，都以驚人的速度向深度和廣度發(fā)展，并向其它學(xué)科滲透，開創(chuàng)了許多新的研究領(lǐng)域。

原子結(jié)構(gòu)理論和量子化學(xué)的建立，開創(chuàng)了化學(xué)理論研究的新局面；催化作用的發(fā)現(xiàn)和催化劑使用，使化學(xué)工業(yè)發(fā)生了革命性的變化，成為整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)中越來越重要的工業(yè)部門；結(jié)構(gòu)化學(xué)對(duì)晶體和分子結(jié)構(gòu)的研究，取得了一系列重大成果，尤其是胰島素的人工合成，開創(chuàng)了合成化學(xué)的新時(shí)期。第二節(jié)近代化學(xué)的基本概念和理論一、化學(xué)科學(xué)的確立和發(fā)展1、波義耳把化學(xué)確立為科學(xué)提倡把化學(xué)從煉金術(shù)中解放出來，確立為一門科學(xué)的是英國著名化學(xué)家波義（1627年~1691年）。其主要貢獻(xiàn)為：A：為化學(xué)確立了獨(dú)立的研究目標(biāo)B：提出了科學(xué)的元素概念元素——是某種不由任何其它物質(zhì)構(gòu)成的、原始的、簡單的、完全純凈的物質(zhì)。C：把實(shí)驗(yàn)方法引進(jìn)化學(xué)D：元素磷的發(fā)現(xiàn)者、定性分析的先導(dǎo)者、氣體測(cè)量方法的建立者。

2、氧化燃燒理論的確立A：燃素說

1700前后，德國化學(xué)家施塔爾提出了一種燃素學(xué)說：任何能燃燒的物體里都含有一種叫做燃素的物質(zhì)。燃燒就是可燃物質(zhì)釋放燃素的過程；空氣能吸收燃素，所以能夠助燃，當(dāng)其吸飽了燃素之后，就變?yōu)椴荒苤嫉臐釟?。燃素是一種無形的、可滲透的物質(zhì)，有負(fù)重量。它亦存在于金屬中，金屬燃燒后，燃素逸出，故而金屬增重。B：氧化燃燒理論——法國化學(xué)家拉瓦錫物質(zhì)只有在氧存在時(shí)才能燃燒。物質(zhì)在燃燒時(shí)放出光和熱?？諝庵杏袃煞N成分，物質(zhì)燃燒時(shí)吸收了氧氣而增重，增重之量恰為其所吸收氧氣之量，物質(zhì)吸去氧后的空氣中剩下了不助燃的氮?dú)?。一般可燃物質(zhì)（非金屬）燃燒后可生成酸，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧元素。C：拉瓦錫對(duì)化學(xué)的重大貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)了化學(xué)中的質(zhì)量守恒定律。揭示了燃燒的本質(zhì)，建立了科學(xué)的燃燒理論——氧化學(xué)說。真正發(fā)現(xiàn)了氧元素。完成了《化學(xué)綱要》一書，并對(duì)當(dāng)時(shí)所知的化學(xué)現(xiàn)象提出了解釋。進(jìn)一步明確了元素的定義，列出了元素表。建立了化學(xué)元素和化合物的命名方法。3、原子—分子學(xué)說的建立A：原子論——1803年，英國化學(xué)家道爾頓原子是組成元素的微小的物質(zhì)粒子，原子是不可分割的，不滅的，原子在化學(xué)變化中保持自己的性質(zhì)不變。同種元素的原子其質(zhì)量、性質(zhì)、形狀完全相同，不同元素的原子的質(zhì)量、性質(zhì)不同，元素以其原子量為最基本的特征。不同元素的原子以簡單的數(shù)目比結(jié)合成復(fù)雜原子，復(fù)雜原子的質(zhì)量為所含各元素原子的質(zhì)量之和。定比定律（定組成定律）——每種化合物都有確定的組成，不因制備方法不同而改變。倍比定律——如果由甲乙兩種元素化合生成幾種不同的化合物，在這些化合物中與一定量的甲元素相化合的乙元素的重量互為簡單的整數(shù)比。CO、CO2。

B：分子論—意大利化學(xué)家阿佛加德羅原子是物質(zhì)參加化學(xué)變化時(shí)的最小單位，分子才是物質(zhì)游離存在時(shí)的基本單位。同種元素的原子組成單質(zhì)的分子，不同元素的原子組成化合物質(zhì)分子。一切氣體在相同的條件下，在相同體積內(nèi)含有數(shù)目相同的分子。每種單質(zhì)氣態(tài)分子一般有2個(gè)或成雙的原子。C：原子—分子論一切物質(zhì)都是由分子組成的，而分子是由原子組成的。分子是物質(zhì)能夠獨(dú)立存在而保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒，原子是在化學(xué)反應(yīng)中不能再分的最小微粒。同種原子質(zhì)量相同，化學(xué)性質(zhì)相同；不同種原子化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量都城不同。單質(zhì)分子是由相同原子組成的，化合物分子則是由沒種原子組成。分子的質(zhì)量等于組成它的原子有質(zhì)量的總和。分子和原子都城是在不斷地運(yùn)動(dòng)。4、元素同期律的發(fā)現(xiàn)A：元素同期律的發(fā)現(xiàn)——1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫和德國化學(xué)家邁耶按照原子量排列起來的元素在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的同期性。原子量的大小決定元素的性質(zhì)。元素的某些同類元素將按他們?cè)恿康拇笮《话l(fā)現(xiàn)。而當(dāng)知道了某元素以后，有時(shí)可修改該元素的原子量。B：元素周期律發(fā)現(xiàn)的意義打破了過去對(duì)元素進(jìn)行零散的、割裂的舊分類法，對(duì)元素提出了系統(tǒng)的科學(xué)分類法。揭示了各種元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，為元素的研究、新元素的尋找、新材料的探索提供了一個(gè)可遵循的規(guī)律，成為現(xiàn)代有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的基礎(chǔ)。揭示了自然界物質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，反映了物質(zhì)世界的統(tǒng)一性和規(guī)律性，為質(zhì)量互變規(guī)律提供了科學(xué)論證。根據(jù)元素同期律，門捷列夫果斷地修正了一些元素的原子量，并大膽預(yù)言了當(dāng)時(shí)還未知的3個(gè)元素的存在及其性質(zhì)。

5、電離理論——瑞典化學(xué)家阿累尼烏斯1887年A：電離理論的提出

化學(xué)上把凡是溶于水或熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物稱為電解質(zhì)（如酸、堿、鹽類）。相反，不能導(dǎo)電的物質(zhì)就稱為非電解質(zhì)（如大部分有機(jī)物和氣體單質(zhì)）。離解——中性分子或原子形成帶電離子的過程。B：電離理論的基本內(nèi)容在溶液或熔化狀態(tài)中，電解質(zhì)分子能或多或少地電離成自由離子。離子可由一個(gè)原子形成，也可由幾個(gè)原子形成。每種電解質(zhì)都能電離生成帶正電荷的陽離子和帶負(fù)電荷的陰離子。在溶液中，這種離子所帶電荷的總和相等，因而整個(gè)溶液不顯電性。弱電解質(zhì)的電離過程是可逆的；強(qiáng)電解質(zhì)的電離過程是不可逆的。

二、近代化學(xué)體系的形成1、無機(jī)化學(xué)

無機(jī)化學(xué)——是研究所有元素及化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、化學(xué)變化的規(guī)律及其應(yīng)用（包括制備、分離、提純等）的學(xué)科。2、有機(jī)化學(xué)

有機(jī)化學(xué)——是研究有機(jī)化合物的來源、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、合成、分析、應(yīng)用和有關(guān)理論的學(xué)科。

3、分析化學(xué)

分析化學(xué)——是應(yīng)用化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的原理、方法及最新成就，對(duì)無機(jī)物、有機(jī)物的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，研究其測(cè)定方法及有關(guān)理論的一門學(xué)科。包括定性分析和定量分析。4、物理化學(xué)

物理化學(xué)——是應(yīng)用物理學(xué)的原理和方法，從理論上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能、化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和控制條件、化學(xué)反應(yīng)的可能性和速度等問題的基礎(chǔ)學(xué)科。

5、化學(xué)鍵理論的建立化學(xué)鍵——是指分子或晶體中兩個(gè)或多個(gè)原子（離子）之間的強(qiáng)烈的相互作用。鍵能——是指在原子之間形成化學(xué)鍵時(shí)所放出的能量，或化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的能量，用“ev”或“kj*mol-1”表示?；瘜W(xué)鍵的基本類型——離子鍵（電價(jià)鍵）、共價(jià)鍵和金屬鍵。離子鍵——因靜電庫侖引力而形成正負(fù)離子之間的價(jià)鍵。離子鍵形成的化合物叫離子