化學(xué)與生活——化學(xué)是一門使人類生活變得更好的基礎(chǔ)學(xué)科.ppt

1、第一章 化學(xué)是一門使人類生活變得更好的基礎(chǔ)學(xué)科,1-1 化學(xué)學(xué)科的特點 一 化學(xué)研究的對象： 化學(xué)是研究分子層次以上以及超分子為代表的分子以上層次的化學(xué)物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu) 性質(zhì)和變化的科學(xué)。 超分子：作為分子以上層次的代表。,緒 論,什么是化學(xué)？,化學(xué)是一門在原子、分子層次上研究物質(zhì) 的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)。,化學(xué)是以研究物質(zhì)的化學(xué)變化為主的科學(xué)。,Chemistry is the study of the properties of materials and the changes that materials undergo.,二 化學(xué)變化的特征,1 化學(xué)變化是質(zhì)變 化學(xué)變化中

2、發(fā)生的是分子組成的質(zhì)變，是組成物質(zhì)的原子 離子 原子團(tuán)結(jié)合方式的改變，原子核的組成并沒有任何改變。核反應(yīng)不是化學(xué)變化。 2 化學(xué)變化遵循質(zhì)量守恒定律 3 化學(xué)變化總是伴隨能量變化,三 化學(xué)的發(fā)展,1 古代化學(xué)的產(chǎn)生 實用化學(xué),陶瓷器制作 金屬的冶煉 染色 釀酒 漢代造紙術(shù) 隋唐的火藥 煉金術(shù) 煉丹術(shù) 燃素學(xué)說,化學(xué)的發(fā)展歷史悠久、源遠(yuǎn)流長,第一時期：古代及中古時期（17世紀(jì)中葉以前） 以實用為目的，化學(xué)知識來源于具體工藝 過程的實踐,火的發(fā)現(xiàn) 陶器的制作 金屬的冶煉 染色、釀造 造紙、火藥等,五行學(xué)說(金、木、水、火、土） 四元素說（火、水、土、空氣） 三要素說（硫、汞、鹽）,2 近代化學(xué)的建

3、立,波義耳 （1627-1691）英 國物理學(xué)家兼化學(xué)家，建立 化學(xué)元素的科學(xué)概念，是一 位富翁的，受到良好的育， 有自己的實驗室。,形成無機(jī) 、有機(jī)、分析、物化等分支學(xué)科,拉瓦錫 （1734-1794）受過法律教育，研究過文學(xué)，喜愛自然科學(xué)，當(dāng)過收稅官，自己建有設(shè)備良好的實驗室，著有化學(xué)原理一書，并發(fā)現(xiàn)了氧。,“空談毫無用處，一切來自實驗”,構(gòu)成自然界的基本材料是一種由原初的 普遍物質(zhì)構(gòu)成的細(xì)小致密、不可分割的粒子。 這種粒子結(jié)合成粒子團(tuán)，粒子團(tuán)再聚合成物 體。,近代化學(xué)之父 拉瓦錫 ( A.L.Lavoisier 法國化學(xué)家， 17431794）,1、物質(zhì)燃燒時都放出光和熱 2、物質(zhì)只有在

4、氧存在時才能燃燒 3、空氣由兩種成分構(gòu)成。物質(zhì)在空氣中燃燒時吸收了其中的 氧，其增加的重量正好等于所吸收的氧的重量 4、非金屬燃燒后通常變?yōu)樗?；金屬煅燒后生成的鍛灰是金?氧化物,Stahl 的燃素說（1703） 火是由無數(shù)細(xì)小而活潑的微粒構(gòu) 成的物質(zhì)實體，即燃素。一切可燃物中 都含有燃素，任何與燃燒有關(guān)的化學(xué)變 化都是物體吸收或釋放燃素的過程,Lavoisier 的燃燒的氧學(xué)說（1777）,門捷列夫：1834-1907,俄國化學(xué)家，提出元素周期表，出生于西伯利亞，考入中央師范學(xué)院學(xué)習(xí)，在彼得堡大學(xué)授課，編寫化學(xué)原理羅列元素發(fā)展規(guī)律，提出周期表。奠定現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)。,道爾頓 原子論（1827）

5、阿伏加德羅 分子假說（1811） 門捷列夫 元素周期律（1869）,元素是用任何方法都不能再分解的簡單物 質(zhì)。,第三時期：20世紀(jì) 現(xiàn)代化學(xué)飛速發(fā)展，化學(xué)的理論、研究 方法、實驗技術(shù)以及應(yīng)用等方面都有了深刻 的變化，并衍生出更多的分支和交叉學(xué)科。,大量的新反應(yīng)、新試劑、新方法、新理論 的發(fā)現(xiàn)，使合成化學(xué)家又創(chuàng)造了一個新的自然 界。,四、20世紀(jì)的化學(xué)在推動人類進(jìn)步和科技發(fā)展 中起了核心的作用,1、 化學(xué)為人類的進(jìn)步提供了豐富物質(zhì)基礎(chǔ),化學(xué)包含兩類不同的工作：有些化學(xué)家在 研究自然界并試圖了解它；同時另一些化學(xué)家 則在創(chuàng)造自然界不存在的新物質(zhì)和尋找化學(xué)變 化的新途徑,化學(xué)不但能夠大量制造各種自然

6、界已有的 物質(zhì)，而且能夠根據(jù)人類的需要創(chuàng)造出自然界 本不存在的物質(zhì),2、基礎(chǔ)研究取得重大突破，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,放射性和鈾裂變的重大發(fā)現(xiàn)，打開了原子 物理學(xué)的大門。,化學(xué)鍵和和現(xiàn)代量子化學(xué)理論的建立，使 化學(xué)進(jìn)入實驗和理論計算并重的新時代，使人 們對分子的理性設(shè)計和剪裁成為可能。,化學(xué)動力學(xué)與分子動態(tài)學(xué)的研究，使人們 能深入到原子、分子的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運動，分子 間相互作用和碰撞過程來研究化學(xué)反應(yīng)的速率 與機(jī)理,VB12,Woodward (1965年，Nobel獎）,3、推動了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展， 促進(jìn)了學(xué)科的交 叉與滲透,(1) 牽動其他學(xué)科向分子層次發(fā)展,生物學(xué)從描述性的科學(xué)發(fā)展成為20世紀(jì)末

7、的前沿學(xué)科，在很大程度上是依靠化學(xué)所提供 的理論、概念、方法，甚至試劑和材料,生物小分子(糖、血紅素、葉綠素、維生 素)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究。 生物大分子（蛋白質(zhì)、酶）的分離提純 技術(shù)及化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究 活性生物大分子的合成（維生素B12、胰 島素）,(2) 化學(xué)帶動了材料科學(xué)的發(fā)展,三大合成高分子材料（人造纖維、人造橡膠、 塑料） 新型結(jié)構(gòu)材料（各種合金、特種陶瓷、納米 材料） 信息功能材料（液晶材料、電致發(fā)光材料、 非線性光學(xué)材料、光電信息存儲材料、超導(dǎo) 材料） 生物工程材料,化學(xué)家不僅合成了各種材料的新分子， 更重要的是創(chuàng)立了研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和形態(tài)的 理論、方法和實驗手段，認(rèn)識了物質(zhì)的結(jié) 構(gòu)與性能

8、之間的關(guān)系和規(guī)律，為設(shè)計具有 各種特殊功能的化學(xué)品提供了有效的方法 和手段。,(3) 化學(xué)實驗方法學(xué)推動其它學(xué)科在分子 層次上觀察和測定物質(zhì)的變化過程。,化學(xué)不斷研究和建立各種分析和檢測方法， 檢測物質(zhì)的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)的原 理、方法和技術(shù)，推動了各個學(xué)科的發(fā)展。,各種光譜、波譜、能譜技術(shù) 各種化學(xué)、生物傳感器、微流技術(shù) 電子掃描隧道顯微鏡,4、 推動了化學(xué)及其相關(guān)工業(yè)的發(fā)展,石油化工 合成材料工業(yè) 合成氨工業(yè) 醫(yī)藥工業(yè),能源工業(yè) 信息產(chǎn)業(yè) 生物技術(shù)產(chǎn)業(yè) 汽車工業(yè) 冶金工業(yè) 農(nóng)業(yè),化學(xué)是一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的科學(xué)。,化學(xué)為總管物質(zhì)在分子層次上變化之學(xué)科， 人類之衣、食、住、行無

9、不仰給于化學(xué)所掌管 之成百化學(xué)元素及其所組成之萬千化合物和無 數(shù)制劑、材料。化學(xué)具有實驗和理論并重之傳 統(tǒng)，強(qiáng)于試驗不言而喻，而其發(fā)展亦受惠于突 出理論之思維，。在自然科學(xué)中，化學(xué)和物 理儼然為共管物質(zhì)及其運動之核心科學(xué)，遂有 自然科學(xué)之軸心之稱。 -唐有棋-,五：化學(xué)研究的目的,1 保證人類的生存解決人類能源，合理使用自然資源，以及保護(hù)環(huán)境方面所做出的努力和貢獻(xiàn)。 新興學(xué)科 ：材料化學(xué) 生物化學(xué)（生命化學(xué)） 環(huán)境化學(xué) 藥物化學(xué) 土壤化學(xué) 地球化學(xué) 放射化學(xué) 農(nóng)業(yè)化學(xué) 工業(yè)化學(xué) 核化學(xué) 2 提高人類的生活質(zhì)量，合成新的材料。物質(zhì)的凈化 純化。使人類的衣食住行的條件有大幅度的改善和提高。 3延長

10、人類的壽命。諸如探明生命過程中的化學(xué)奧秘合成新的藥物。,六：化學(xué)的前沿與未來,1 對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解。 20世紀(jì)80年代出現(xiàn)許多先進(jìn)的科學(xué)儀器和分析技術(shù)，理解化學(xué)反應(yīng)的全過程。（激光技術(shù) 計算機(jī) 紅外光譜 離子回旋加速器共振技術(shù) 分子束等） 2 化學(xué)催化 包括多相催化 均相催化 人工合成酶催化 電催化 光催化等,21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子。詳言之，化 學(xué)是研究原子、分子片、結(jié)構(gòu)單元、分子、高 分子、原子分子團(tuán)簇、原子分子的激發(fā)態(tài)、過 渡態(tài)、吸附態(tài)、超分子、生物大分子、分子和 原子的各種不同維數(shù)、不同尺度和不同復(fù)雜程 度的聚集態(tài)和組裝態(tài)，直到分子材料、分子器 件和分子機(jī)器的合成和反應(yīng)，制備、剪

11、裁和組 裝，分離和分析，結(jié)構(gòu)和構(gòu)象，粒度和形貌， 物理和化學(xué)性能，生理和生物活性及其輸運和 調(diào)控的作用機(jī)制，以及上述各方面的規(guī)律，相 互關(guān)系和應(yīng)用的自然科學(xué)。 - 徐光憲-,七 化學(xué)的主要分支,化 學(xué),無機(jī)化學(xué)( Inorganic Chemistry ) 有機(jī)化學(xué)( Organic Chemistry ) 分析化學(xué) ( Analytic Chemistry) 物理化學(xué) ( Physical Chemistry) 高分子化學(xué) ( Polymer Chemistry ) 生物化學(xué)（biochemistry ) 放射化學(xué)與核化學(xué)( Nuclear Chemistry),第二時期：17世紀(jì)中葉-20

12、世紀(jì)初 化學(xué)實現(xiàn)了從經(jīng)驗到理論的重大飛躍，真 正被確立為一門獨立的學(xué)科，并出現(xiàn)了許多分 支學(xué)科,懷疑派化學(xué)家（1661）,“ 元素是由某些不由任何其它物質(zhì)所構(gòu)成 的原始的和簡單的物質(zhì)或完全純凈的物質(zhì)，他 們是用一般方法不能再分的更簡單的物質(zhì)。” “化學(xué)的對象和任務(wù)就是要尋找和認(rèn)識物 質(zhì)的組成和性質(zhì)。”,化學(xué)家之父- 波意耳 （Boyle 英國化學(xué)家和物理學(xué)家，1627-1691）,八. 未來化學(xué)的的作用和地位,1、 化學(xué)仍是解決食物短缺問題的主要學(xué)科之一,化學(xué)將從分子層次闡明和控制生物過程(如光合作用、動植物生長過程)的機(jī)理等方面，為研究開發(fā)高效安全肥料、飼料和肥料/飼料添加劑、農(nóng)藥、農(nóng)用材料

13、（如生物可降解農(nóng)用薄膜）、環(huán)境友好的生物肥料、生物農(nóng)藥打下基礎(chǔ)。 利用化學(xué)或生物的方法增加動植物食品的防病有效成分，改進(jìn)食品儲存加工方法，以減少不安全因素，保持有益成分等，都是化學(xué)研究的重要內(nèi)容。,2、化學(xué)在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全 利用中起關(guān)鍵作用,要研究高效潔凈的燃料轉(zhuǎn)化技術(shù)和控制低品位燃料的化學(xué)反應(yīng)，使之既能保護(hù)環(huán)境，又能降低能源的成本。,要開發(fā)新能源，滿足高效、潔凈、經(jīng)濟(jì)、安全的要求。（太陽能、化學(xué)電源、燃料電池、天然氣水合物）,礦產(chǎn)資源的再生利用。,3、化學(xué)繼續(xù)推動材料科學(xué)的發(fā)展,微電子材料和器件 超導(dǎo)材料 新型納米陶瓷 光纖通訊材料 聚合物結(jié)構(gòu)材料 醫(yī)用材料,4、 化學(xué)是提高

14、人類生存質(zhì)量和生存安全的有 效保障,環(huán) 境 化 學(xué),通過研究各種物質(zhì)和能的生物效應(yīng)的化學(xué) 基礎(chǔ)，找出最佳利用條件,研究開發(fā)對環(huán)境無害的化學(xué)品，研究對環(huán) 境無害的生產(chǎn)方式（綠色化學(xué)）,研究大環(huán)境和小環(huán)境中不利于健康的因素 的產(chǎn)生，并提出優(yōu)化環(huán)境的途徑,藥 物 化 學(xué),基因藥物的研制,酶抑制劑的研究開發(fā),手性藥物的合成,中醫(yī)藥的現(xiàn)代化,常見病和多發(fā)病的研制(抗病毒藥、 老年癡呆癥、糖尿病等),5. 21世紀(jì)化學(xué)學(xué)科發(fā)展的總趨勢,(1) 微觀與宏觀結(jié)合,(2) 靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合,(3) 復(fù)雜 簡單 復(fù)雜,(4) 與其他學(xué)科的交叉、滲透,了解化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)的水平將 對社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活質(zhì) 量的

15、提高起著關(guān)鍵的作用，化學(xué)基 礎(chǔ)知識也將成為充實新世紀(jì)公民基 本素質(zhì)的重要內(nèi)容之一。 走進(jìn)化學(xué),化學(xué)是最古老的科學(xué)之一,經(jīng)過下一代科學(xué)家的努力,它將仍是最新的科學(xué)之一. R.Breslow,3 生命過程中的化學(xué) 生物化學(xué)是當(dāng)前許多化學(xué)工作者正在從事的極富挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域。 4 極端條件下的化學(xué)行為 指超高壓、超高溫、氣體放電（等離子態(tài)） 接近絕對零度等極端條件下所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),1-2化學(xué)是一門實驗性極強(qiáng)的科學(xué),一、離開實驗就沒有發(fā)現(xiàn) 化學(xué)和其他自然科學(xué)相比，更顯出它對實驗的依賴關(guān)系，因此它是一門離不開實驗的科學(xué)。任何化學(xué)原理定律以及規(guī)律無一不是從實驗中得出的結(jié)論。只有思想活躍，求知欲望強(qiáng)烈，同

16、時又有良好實驗習(xí)慣和動手能力并能注意觀察現(xiàn),現(xiàn)象的人，才有可能成為化學(xué)研究的成功者。 二、細(xì)致觀察是成功的基礎(chǔ) 實驗態(tài)度的一絲不茍 數(shù)據(jù)的認(rèn)真記錄和積累雖是實驗中的重要環(huán)節(jié)，而實驗過程中的細(xì)致觀察，特別是對一些反?，F(xiàn)象的觀察尤為重要。 三、實驗手段的不斷進(jìn)步是化學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵,近代化學(xué)實驗手段的飛躍發(fā)展是化學(xué)研究推進(jìn)到一個新時代。各種波譜特別是紅外、紫外、順磁、核磁技術(shù)的發(fā)展。使化學(xué)家對化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究有了明亮“眼睛”各種電子能譜的發(fā)展又使化學(xué)研究如虎添翼，更深入到微觀和分子水平的研究。,奮斗改變命運 夢想讓我們與眾不同。 性格決定命運 教育影響命運 習(xí)慣改變命運 成功人事具有品德 自信 智力卓越 態(tài)度積極 自制力強(qiáng) 做事果斷。 化妝品 減肥藥 治疑難病 （祖?zhèn)髅胤剑?1-3 化學(xué)的作用與未來 全球關(guān)注的四大熱點問題 環(huán)境的保護(hù) 能源的開發(fā)利用 新材料的研制 生命過程奧秘的探索 化學(xué)的創(chuàng)造力給人們營造了一個全新的物質(zhì)環(huán)境,臭氧層,O2 + hr(波長=242