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化学的魅力化学的魅力南京市金陵中学 江敏.学过科学以后，你周围的世界仿佛就变了样子。学过科学以后，你周围的世界仿佛就变了样子。就拿树来说吧，树的构成材料居然主要是空气。就拿树来说吧，树的构成材料居然主要是空气。你把树焚烧了，树就会化作原来的空气，在火焰的光你把树焚烧了，树就会化作原来的空气，在火焰的光热中散发出来的是原来被束缚在里面用来把空气转化热中散发出来的是原来被束缚在里面用来把空气转化成树的太阳光热。在灰烬中的那一小部分残余物质，成树的太阳光热。在灰烬中的那一小部分残余物质，则本来不是空气，而是来自固体物质的泥土。则本来不是空气，而是来自固体物质的泥土。这些真都十分有趣，这样的例子，科学里面简直这些真都十分有趣，这样的例子，科学里面简直是俯拾皆是，不胜枚举。这样一些例子都是很有激励是俯拾皆是，不胜枚举。这样一些例子都是很有激励作用的，你可以用它们去激励、去启迪、去教育别人。作用的，你可以用它们去激励、去启迪、去教育别人。理查德理查德费曼费曼.化学展示的是一个可以理解的物质世界.气球的模型气球的模型.碳原子的基本成键方式.CCCNNOFHNCO.DNA 结构模型的建立结构模型的建立 根据上述四种碱基的结构，试说明这四种碱基间通过氢键可能的配对方式.胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）(A)腺嘌呤(G)鸟嘌呤.Watson and Crick with their model of DNA.Au Ag Hg Cu(H)Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K Au Ag Hg Cu(H)Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K 加热法热还原法电解法 金属冶炼的方法与金属活动的相互关系金属冶炼的方法与金属活动的相互关系商朝的司母戊鼎春秋时期的铁锄和铁削用电解法冶炼铝.南京博物院珍宝馆中的青铜灯.化学展示的是一个可以理解的物质世界 化学赋有智慧 .石墨的结构片段石墨的结构片段 .从苯建立石墨片层结构的数学模型从苯建立石墨片层结构的数学模型 C6H6C10H8C14H10C10H8C16H10C22H12C14H10C22H12C30H14C4n+2H2n+4C6n+4H2n+6C8n+4H2n+8C(2m+2)n+2mH2n+2m+2 C%=100%96%97.3%97.96%C%max.石墨结构的层状堆积石墨结构的层状堆积 .石墨向金刚石的转化石墨向金刚石的转化 .石墨与金刚石石墨与金刚石石墨与金刚石的转化石墨与金刚石的转化石墨与金刚石的转化石墨与金刚石的转化 结构特点结构特点结构特点结构特点.在金刚石中，最小的碳原子环上，含有的碳原子数为6个石墨向金刚石的转化石墨向金刚石的转化 .为什么石墨的熔点比金刚石高？为什么石墨的熔点比金刚石高？154pm 石墨熔化时，破坏了层内的共价键。而石墨的层内共石墨熔化时，破坏了层内的共价键。而石墨的层内共石墨熔化时，破坏了层内的共价键。而石墨的层内共石墨熔化时，破坏了层内的共价键。而石墨的层内共价键的键长比金刚石晶体中的碳碳键的键长短，所以键价键的键长比金刚石晶体中的碳碳键的键长短，所以键价键的键长比金刚石晶体中的碳碳键的键长短，所以键价键的键长比金刚石晶体中的碳碳键的键长短，所以键能更高，导致熔点升高。能更高，导致熔点升高。能更高，导致熔点升高。能更高，导致熔点升高。1.石墨转化为金刚石反应条件的意义石墨转化为金刚石反应条件的意义 C(金刚石)=C(石墨)，H0高温、高压、催化剂高温、高压、催化剂破坏化学键 拉近层间距离 加快反应速率.反思的力量反思的力量 石墨与碳纳米管 .反思的力量反思的力量 足球烯 1996年诺贝尔化学奖 .塑料变成了导体塑料变成了导体.The Nobel Prize in Chemistry 2000Alan J.HeegerAlan G.MacDiarmidHideki Shirakawa USAUSA and NewZealand Japan.在变成导体时，聚合物必须模仿金属。聚合物的在变成导体时，聚合物必须模仿金属。聚合物的电子需要自由地运动，而不是被束缚在原子上。电子需要自由地运动，而不是被束缚在原子上。塑料是分子聚合物，形成长链的分子就像脖子的塑料是分子聚合物，形成长链的分子就像脖子的珍珠一样不断重复自己。珍珠一样不断重复自己。单、双键交替的结构使之成为可能单、双键交替的结构使之成为可能 要成为导电体，要成为导电体，还要使结构中的电子能动起来还要使结构中的电子能动起来。.+I2+I-加入碘后，电子就会被杂质吸引，电子原来所加入碘后，电子就会被杂质吸引，电子原来所在的位置就会出现空洞。于是，其他电子先后流动在的位置就会出现空洞。于是，其他电子先后流动起来起来，以弥补这个空洞，从而产生了电流起来起来，以弥补这个空洞，从而产生了电流。.反思的力量反思的力量 石墨与石墨烯 .安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫把科研当成快乐的游戏把科研当成快乐的游戏 2010 2010诺贝尔物理学奖获得者诺贝尔物理学奖获得者 .反思的力量反思的力量 苯石墨金刚石碳纳米管稠合稠合转化转化卷曲卷曲物质的内在的统一性物质的内在的统一性石墨烯单层单层单层单层多聚乙炔剪边剪边剪边剪边.化学展示的是一个可以理解的物质世界 化学赋有智慧 智慧蕴育财富 .1898年英国物理学家克鲁克斯 “由于人口的增加，土地变得狭窄了，长此下去，粮食不足的时代就会到来，解决的方法是必须找到新的氮肥”物理学家的警告：物理学家的警告：.化学家的贡献化学家的贡献 1900年奥斯瓦尔德教授用铁丝做催化剂，将NH3分解为氢气和氮气，反过来又使容积6%的氮气和氢气合成氨。为此，他向德国巴登苯胺纯碱公司（BASF公司）请求援助资金100万马克。可逆反应可逆反应年轻的化学家博施发现问题.1902年化学家弗兰克和卡勒把碳化钙用电炉加热到1000以上，使它与空气中的氮气反应而制成石灰氮。CaC2+N2+3O2=Ca3N2+6CO3置换反应的基本规律置换反应的基本规律.德国巴登苯胺纯碱公司抢先付给哈伯2500美元预订费，并答应购买以后的全部研究成果。1907年哈伯选择锇或铀作催化剂在550，150250大气压下，得到8.25%的氨。第一次获得0.1kg的氨。与此同时，能斯特选择铂粉、锰作催化剂，在685，50大气压下，得到0.96%的氨。从合成氨反应的原理，分析哈伯与能从合成氨反应的原理，分析哈伯与能斯特实验结果差异的原因斯特实验结果差异的原因.Wilhelm Ostwald 1909年诺贝尔化学奖1920年诺贝尔化学奖Walther Hermann Nernst.1909年哈伯又提出了“循环”的新概念：让没有发生化学反应的氮气和氢气重新返回到反应器中，把已经反应的NH3通过冷凝分离出来，这样周而复始，以提高合成氨的获得率，使流程实用化。及时分离出氨，对化学平衡体系会产生及时分离出氨，对化学平衡体系会产生怎样的影响？怎样的影响？NH3的沸点为的沸点为-33.5，为何在工业生产，为何在工业生产过程中，仅用冷却水就可将其液化？过程中，仅用冷却水就可将其液化？当年7月2日，哈伯在实验室制成了一座小型的合成氨装置模型，这种装置魔术般的以每小时0.08kg的速率合成着氨。博施亲眼看到了液氨滴落的情况。.巴登苯胺纯碱公司立即买下哈伯合成氨的专利，并将其全部研究成果接受下来。“不管生产工艺如何改进，合成氨的售价如何下降，巴登苯胺纯碱公司每售出1吨氨，哈伯分享10马克，其收入永不改变.”1919 1919年，瑞典科学院考虑到哈伯的合成年，瑞典科学院考虑到哈伯的合成氨已在经济生产中显示出巨大的作用，为哈氨已在经济生产中显示出巨大的作用，为哈伯颁发了伯颁发了19181918年度的诺贝尔化学奖年度的诺贝尔化学奖.哈伯Fritz Haber1918年诺贝尔化学奖.工业化进程中的材料问题：工业化进程中的材料问题：能经受住高温高压的反应容器 催化剂双层反应塔双层反应塔氧化铁与少量氧化铝的混合物氧化铁与少量氧化铝的混合物 博施在20年后获得诺贝尔化学奖是说：“合成氨的整个发展，很大程度上是依靠这个简单的解决办法。”铁触媒铁触媒.1931年获诺贝尔化学奖博施Carl bosch.合成氨工厂的外景.诺贝尔化学奖得主G.T.西博格在纪念美国化学会成立100周年大会上演讲 “无论过去、现在和可预见的将来，再也不能找到任何一门其他工业，比化肥工业更直接关系到国计民生了。无论从经济的发展还是人类的进步而言，合成氨的发明都是本世纪科学领域中最辉煌的成就之一。”化学家的评价化学家的评价.1950年 190 50年代粮食单产（kg）每亩施用化肥用量(kg)1970年 340 1351976年 365 155.化工生产中的游戏 烫发精的演变小药片中的智慧 .丝心蛋白中的氨基酸的典型排列.乙酰水杨酸 是常用的一种解热镇痛药物，俗称阿斯匹林。科学家试图把它连接在某种高分子化合物上，使之在人体内缓慢水解，逐渐释放出该药物来，以求药物起长效作用。这种药物中的一种结构为：.