第1章-从化学的角度看世界.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章,从化学的角度看世界,大 学 化 学,化学化工学院大楼,上海交通大学,上海交通大学,化学化工学院大学化学教研室,教材,吴旦，刘萍，朱红 主编,从化学的角度看世界,2006,年,1,月第一版,化学工业出版社,学习参考书,学习参考书,第,1,章 从化学的角度看世界,什么是,化学,？,化学的作用和未来,本课程学习的目的,授课特点,考核重点,一、什么是化学,化学是,研究,分子层次,范围内的,物质的结构,和,能量变化,的科学,；,化学是分子科学，是物质科学的基础学科之一；,化学是一门中心的，实用的创造性的科学。,物质的层次：,层次,典型尺寸,/m,实例,理论,胀观,10,40,？,宇观,10,21,银河星系太阳系,广义相对 论,宏观,10,2,篮球场,牛顿力学,微观,10,17,大分子基本粒子,量子力学,渺观,10,36,？,超弦,物质的层次：,物质的结构：原子结构、分子结构、晶体结构；,能量变化：物质变化（化学变化）过程中伴随的功和热的转换关系,。,1.,简话化学发展,(1),实用和自然哲学时期,(,公元前后,),1.1,古代化学,(15,世纪以前,),100,万年前，原始社会，火的利用；,公元前,3000,年左右，奴隶社会，以实用化学工艺为特征：,埃及：炼铁、鞣制皮革、提取药物香料、制造陶器,公元前,2500-2000,年，中国铜的冶炼技术，殷代青铜器,公元前一世纪，中国发明了造纸术,商代青铜器,(,铜锡合金,),1.1,古代化学,关于宇宙的结构问题，最早的见解是我国商末（约公元前,1140,年）出现在“易经”中的“八卦”和“五行”学说。,公元前五世纪，安培多克尔,(Empedocles),提出宇宙是由,水、火、气、土,“,四原质,”,构成的。,公元前,400,年 德谟克利特提出朴素的原子论。,公元前四世纪，亚里斯多德,(Aristotle),提出,冷、热、干、湿,的,“,四原性,”,学说,1.,简话化学发展,Immortal Philosopher of Antiquity,Aristotle,384-322 B.C.,Plato,427-347 B.C.,1.,简话化学发展,1.,简话化学发展,热,干,冷,湿,火,空气,水,土,亚里斯多德认为把“原性”取出或放入，“原质”就可以相互转化；,该哲学思想支配了人们达两千年之久，使化学走上了炼金、炼丹的歧途。,四原说示意图,1.1,古代化学,1.,简话化学发展,(2),炼金术、炼丹术时期,(,公元前后公元,1500,年,),封建社会，中国道家化学炼丹（,Pb,3,O,4,、,HgS,）,公元二世纪，东汉魏伯阳著有世界最早炼丹术文献,公元四世纪，东晋葛洪著有炼丹术巨著，发现了反应的可逆性（,HgSHg,;Pb,3,O,4,Pb,）,以及金属间的取代（,Fe,和,Cu,盐）,这段时期，化学走入了歧途，但积累了更多的化学知识，提高了实验技术，制作了操作器皿。,1.1,古代化学,1.,简话化学发展,(3),医化学时期,(,公元,1500,1700,年,),16,世纪初，欧洲资本主义工业的发展迫使化学走上正路,炼金术改革，化学方法制成药剂（无机物）,明代李时珍,本草纲目,，列有中药材、矿物,1000,多种并附有制备方法、性质介绍,明代宋应星著有,天工开物,(1639,年,),，总结了我国的工业技术,1.1,古代化学,1.,简话化学发展,(4),燃素说时期,(,公元,1700,1774,年,),英国的波义尔,(Boyle),提出各种物质的微粒都是由基本粒子的不同聚集体构成的。对燃烧现象认为火是由一种实在的、具有重量的火微粒构成的。,1700,年，德国的施塔尔,(Stahl),提出,“燃素说”,，清除了“原性”学说。,法国拉瓦锡,(,Lavoisier,),的,燃烧的氧学说,，近代化学由此萌芽。,1.1,古代化学,Robert Boyle(1627-1691),founder of Royal Society of London,contemporary of Newton,wealthy,practiced science as hobby,performed experiments rather than just observing and speculating,discovered gas law,Boyles Law,pressure is inversely proportional to volume,Worked to establish a mechanistic chemistry,Published The,Sceptical,Chymist,1661,STAHL,GEORG(1659-1734),The Phlogiston Theory,Chemistry was so underdeveloped at the time,Lavoisier,gained interest in it that it could hardly be called a science.The prevailing view of combustion was the Phlogiston Theory which involved a weightless or nearly weightless substance known as phlogiston.Metals and fire were considered to be rich in phlogiston and earth was considered oxygen poor.,1.,简话化学发展,1.2,近代化学的创立,近代化学归功于天平的使用，定量阶段,1748,年，,罗蒙诺索夫,的质量不灭定律,1774,年，,拉瓦锡,(,Lavoisier,),的氧化理论,18,世纪末，,普劳斯特,(,Proust,),的定比定律,1803,年，,道尔顿,(Dalton),倍比定律、当量定律、,原子学说,、相对原子量概念,1808,年，,盖,.,吕萨克,(Gay-,Lussac,),的气体反应体积定律,1811,年，,亚佛加德罗,(Avogadro),定律和,分子概念,1869,年,门捷列夫,的,元素周期律,氧气的发现者,普利斯特里,(Joseph Priestly),，,英国,舍勒,(Carl Wilhelm Scheele),，,瑞典,拉瓦锡,(,Antoine Lavoisier,),，,法国,Father of modern chemistry,unfortunate association with a company organized to collect taxes for King Louis,died at guillotine of no use to the New Republic of France,headless body buried in unmarked grave,Showed conservation of mass in chemical reactions,invented precise scale to weigh small amounts of matter,accurate to 0.0005 grams,about 1/100 of a drop of water,mass of all reactants=mass of all products,cannot create matter from nothing,can only change form,matter is not created from nothing,only changes form during chemical reactions,Dalton,John,(1766-1844),English meteorologist who switched to chemistry when he saw the applications for chemistry of his ideas about the atmosphere.He proposed the,Atomic Theory,in 1803 which stated that,(1)all matter was composed of small indivisible particles termed atoms,(2)atoms of a given element possess unique characteristics and weight,(3)three types of atoms exist:simple(elements),compound(simple molecules),and complex(complex molecules).,Daltons theory was presented in New System of Chemical Philosophy(1808-1827).This work identified chemical elements as a specific type of atom,therefore rejecting Newtons theory of chemical affinities.,Amadeo,Avogadro,Joseph Louis Gay-,Lussac,and Jean-,Baptistse,Biot,in their balloon on 24 August 1804,Joseph Louis Gay-,Lussac,2.,化学学科的分支及其形成,化学与其他学科交叉形成多种边缘学科：,生物无机化学、环境化学、农业化学、材料化学、地球化学、储层化学、放射化学、计算化学、星际化学，高分子化学等。,无机化学,分析化学,有机化学,物理化学,四大基础化学,2.1,化学的分支,2.2,化学分支的形成,无机化学,无机化学定义：除去碳氢化合物和其大多数衍生物外，无机化学是对所有元素和它们的化合物及反应进行实验研究和理论解释的科学。,最初的化学是无机化学。如：青铜、陶瓷、彩陶、点金术、炼丹术、黑火药等；,以门捷,列夫、,Meyer,元素周期律为标志，标志现代无机化学形成,2.,化学学科的分支及其形成,Dimitri,Mendeleev,Draft for first version of,Mendeleevs,periodic table,(17 Feb.1869).,Julius,Lothar,Meyer,分析化学：,含量的测定、成分的分析、结构的表征，是分析化学的三大领域。分析天平的使用,定量概念的建立,高新仪器的发明和使用为分析化学的发展起到了重要的作用。,贝采里乌斯,分析天平的使用和定量分析的建立是分析化学的标志。,2.2,化学分支的形成,2.,化学学科的分支及其形成,贝采里乌斯,：,原子量的测定；电荷的概念,(,二元论,),；,化学符号和化学方程式的创始人；,分析化学之父,贝采里乌斯测定,原子量使用的天平,J,ns,Jakob,Berzelius,2.2,化学分支的形成,有机化学,十九世纪初，,李比希,(Liebig),，,分析了大量的有机化合物,1824,年，德国化学家,维勒,(,Whler,),成功合成了尿素,1834,年，法国的,杜马,(Dumas),，,系统定量地研究了卤化反应，提出了“取代学说”,1842,年，,日拉尔,提出了有机化合物同系列的概念,弗兰克兰,的原子价学说,凯库勒,的原子链学说，,1865,年，提出苯的环状结构学说,有机立体化学的兴起，有机结构理论的发展,十九世纪后半期，有机化学飞速发展,2.,化学学科的分支及其形成,Justus von,Liebig,Friedrich August,Kekul,Friedlich,Whler,2.2,化学分支形成,物理化学,物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化规律的一门科学,物理化学的创立和建设：,1),气体理论和溶液理论的建立,2),热化学与化学热力学的发展,3),电化学的建立和发展,4),化学动力学的发展,5),结构化学的产生和发展,2.,化学学科的分支及其形成,Svante,August,Arrhenius,电离学说,J.Willard Gibbs,化学热力学,The laboratory apparatus designed by,Fritz Haber,and Robert Le,Rossignol,for producing ammonia from hydrogen and nitrogen,化学动力学与分子反应动态学,研究化学反应是如何进行的，揭示化学反应的历程和研究物质的结构与其反应能力之间的关系，是控制化学反应过程的需要。,美籍华人,李远哲,（,1986,年化学奖）,交叉分子束技术,物理化学,2.2,化学分支形成,高分子化学,天然高分子材料：蛋白质，淀粉；棉、麻、丝、毛,天然橡胶的硫化,(1839,年,),；硝化纤维,(1868,年,),；粘胶纤维,(1893-1898,年,),合成高分子材料：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂,1909,年，酚醛树脂工业化,1920,年，,Staudinger,首先提出高分子的概念，获,1953,年诺贝尔奖,Flory,提出高分子理论，获,1974,年诺贝尔奖,2.,化学学科的分支及其形成,3.,现代化学的若干基本问题,反应过程与控制,合成化学,基于能量转换的化学反应,新反应途径与绿色化学,设计反应,纳米化学与单分子化学,复杂体系的组成、结构与功能间关系研究,物质的表征、鉴定与测试方法,4.,化学研究的方法和特点,实践性强 ；,看似琐碎；,统计、归纳；,实践中创新。,二、,化学的作用和未来,1.,目前全球关注的四大热点问题：,环境的保护,能源的开发和利用,新材料的研制,生命科学,化学与国防,化学对健康和生命的贡献（药物化学）,化学与衣,服装,食,农业，食品,住,住房和家庭陈设品方面的作用（建,筑材料）,行,交通工具、燃料,2.,化学是一门实用的科学：,B-2,战略轰炸机,每架造价高达,22,亿美元,的,B-2,战略轰炸机，是世上迄今最昂贵的飞机。机身采用翼身融合、无尾翼的飞翼构形，机翼前缘交接于机头处，机翼后缘呈锯齿形。机身机翼大量采用石墨,-,碳纤维复合材料、蜂窝状结构，表面有吸波涂层，发电机的喷口置于机翼上方。这种独特的外形设计和材料，能有效地躲避雷达的探测，达到良好的隐形效果,.,我们身边的化学,3.,化学与其他学科交叉渗透,生命科学,1953,年英国,自然,杂志发表了英国克里克和美国沃特森的,DNA,双螺旋结构的分子模型，通过,X-,射线结构分析确定了生命物质,-,核酸的空间结构。,DNA,双螺旋结构的解析奠定了当今分子生物学的基础。二人因此而获得,1962,年诺贝尔生理和医学奖。,DNA,双螺旋结构,DNA,分子中碱基配对关系及形成氢键情况,生物大分子的结构分析方法,2002,年的诺贝尔化学奖是奖励三位科学家发明了生物大分子的结构分析方法，可以迅速、可靠地确认蛋白质，更好的了解蛋白质在细胞中的作用。给新药的开发带来革命性的变化，也为更好地诊断出癌症带来了希望。,3.,化学与其他学科交叉渗透,环境科学,1995,年诺贝尔化学奖授予三位大气环境化学家,墨西哥,Molina,、,美,Rowland,、,荷兰,Crutzen,。,他们首先提出了平流层臭氧破坏的化学机制，包括,Nox,理论,（,Crutzen,）和,CFCs(Rowland,和,Molina),理论。这些理论对南极“臭氧洞”的发现，并导致,蒙特利尔议定书,的签定，为保护全球环境作出了重大贡献。,3.,化学与其他学科交叉渗透,医药,20,世纪人类寿命显著延长。,1900,年，美国平均寿命为,49,岁，,1976,年为,73,岁，,2000,年,79,岁,(,?!,),原因：,生活质量提高（营养、生活和工作的环境）,医疗条件的改善（化学合成药的研制成功）,3.,化学与其他学科交叉渗透,生理、病理学,1932,年德国,Domagk,发现带有磺酰胺基团的一种染料,白浪多息,可有效地治疗受细菌致命感染的实验动物。之后他用此药治好了自己小女儿的链球菌感染的细菌性血液中毒,磺胺新药诞生了。,1939,年他获得了诺贝尔生理及医药奖。,化学对健康的第一个贡献：消毒剂和麻醉剂（没有它们，外科手术不可能实现）,3.,化学与其他学科交叉渗透,信息科学,超大规模集成电路是信息科学领域的核心技术，但其制造工艺的,60%,以上是化学的应用：,如,4Mb,的动态随机存取和存储器芯片制造工艺，有,164,个工艺步骤，其中有,118,个依据化学，包括化学合成、化学加工、化学处理等。,3.,化学与其他学科交叉渗透,其它,能源（核能、煤炭、天然气）,农业,材料,汽车工业,生物技术等,在,20,世纪都得到相应而高速发展，这其中都有化学研究所作出的重大贡献,3.,化学与其他学科交叉渗透,三、本课程学习的目的,最基本的两条：,什么是化学？,非化学类专业的学生为什么要学化学？,若干年后：,在工作中分清哪个属于化学问题？,需要找什么样的文献资料，找什么样的合作者？,能与化学领域的人交谈，能够大体上听懂所谈的问题属于什么化学范畴。,四、授课特点,突出基本概念的思想；,突出化学学科发展和研究的方法；,突出展示化学在生活中的踪迹；,突出化学原理在社会的各个层面的应用和重要性。,五、考核重点,基本概念和思想；,化学在生活中表现出的现象的本质；,用化学原理来解释发生在你周围的化学变化；,判断要实现某一个你所需要发生的化学反应或过程最基本需要达到的条件。,