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化学与现代社会,主讲：化学化工学院 陈建中教授,课程学习要求：,1、以讲座的形式展开；,2、以作业和小论文形式自我小结（电子文件）；,3、以按时交流和完成的数量及质量考核。,联系邮箱：,724257570,来信要求：word文件学号+姓名,（如：,010700201毛文泉,）,内容概况：,第一讲,：化学发展的历史，从化学历史的角度介绍化学与化学学科；,第二讲,：化学的基本原理，通俗地介绍化学的基本知识、概念与术语和化学家关心的化学问题；,第三讲,：化学与能源，介绍能源原料的化学知识和电池材料的前沿问题；,第四讲,：化学与材料，介绍国民经济和生活中常用材料的基本知识，新材料发展状况。,第五讲,：化学与生命。介绍生化的基本知识与概念，微量元素对生命的贡献，新药的开发等基本常识。,第六讲,：化学与环境，介绍环境和环境保护中的一些化学问题、预防和治理的办法；,第七讲,：化学与生活。介绍食品安全、生活用品与化学之间的关系。介绍化学灾害的预防常识。,说在课前的话,高等学校作为培养人才的基地和摇篮，在其建设和发展中，不仅仅是增加人才培养数量，更重要的是提高人才培养的整体质量（素质）。,为什么要开设常识性的选修课？,国家中长期教育改革和发展规划纲要,要从人力资源大国向人力资源强国迈进；,建成一批国际知名、有特色高水平高等学校，若干所大学达到或接近世界一流大学水平；,各类教育都把提高教育质量作为改革发展的核心；,我国教育整体要上新的台阶，基本普及学前教育、普及高中阶段教育，高等教育结构要更加合理，特色更加鲜明，人才培养、科学研究和社会服务整体水平全面提升。,化学知识是自然科学知识中必不可少知识之一，它对自然界的理解和观察有独到的地方。它涉及的范围无所不包，无处不在。对非化学专业的大学生来说，学习、掌握一定的化学知识，了解有关化学观察事物的方法，并使其从知其然上升到知其所以然，可丰富自己的知识宝库，对生存、发展、创新、创造有一定的借鉴和参考。,化学学科的发展史是一部很好的哲学史。向我们提供了许多著名科学家、发明家在科学探索中曲折和艰辛的经历，特别是这些科学家的科学思想、科学方法和人格品质，更使我们收益无穷。在众多著名化学家的成功背后，有许多艰辛和危险经历，也有丰富的人生哲理和精神品格。,第一讲,化学的发展历史,一、化学的来源,1、什么叫化学？（认识化学）,化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。也可以说，化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学。,具体式定义：,化学是研究物质（单质及化合物）的组成、结构、性质及其变化规律的科学。,辞海,哲学式定义：,化学可以称为研究物体由于量的构成的变化而发生质变的科学。,恩格斯,化学是研究原子间的化分和化合为基础的物质运动形式，以及这种运动形式与其它运动形式的关系的一门学科。,据人们考证，“化学”一词最早见于公元296年古罗马皇帝戴克里先关于严禁制造假金银的告示之中，他把制造假金银的技术，称为“化学”（Chemeia）。又据考证，英语中的Chemistry，法语中的Chimie，德语中的Chemie（以上均为“化学”），源于欧洲语词Alchemy。而Alchemy则来自阿拉伯语中的“炼金术”一词alkmya。,化学是最古老的学科之一，在改善人类生活方面，它也是最有成效的学科之一。经过新一代化学家的继续努力，它将仍是崭新的科学之一。,2、化学的地位,化学是一门实用而创造性的中心科学，与人类生产、生活息息相关，从提供食品、穿衣、住房到开发新能源、研制新材料、保护环境，再到战胜疾病、延年益寿等等无处不在。,化学作为一门认识物质的科学，它的社会功能是帮助人们更科学的利用地球的资源，为人类创造一个更美好的生存环境。,远古时代，先民们就懂得如何生火取食。在长期的生产和生活实践中，学会了烧制陶瓷、冶炼金属、酿酒等。,3、化学的发展简史,1,化学萌芽古代化学,火的利用（化学起源于圣火）,用火时代,zhong,中国的“火神”燧人氏,摩擦生火,是人类对自然界的第一个伟大胜利,用火时代,恩格斯说：火的使用不亚于后来人类发明的蒸汽机，它使人类从自然界的束缚中摆脱出来，第一次征服了自然力，使人类从动物界提升出来。,用火时代,“火的使用不仅仅是人和所有动物的一目了然的区别。火是人类发现的第一个如何去使用的能源，这种能源不是通过人体内的食物和空气所能转化的，在更新纪早期，人们不用火就制造了精美的工具和哺育后代，在更新纪中期，他们会用火在洞口取暖，在更新纪晚期，火使他们成了高效率的动物，在该纪的最后八千年里，他们发现了火的更多用途，并且烧掉了前所未有的大量燃料，火已成了他们迅速掌握大自然、征服大自然、部分地毁坏土地及解决他们生存问题的关键。”,用火时代,土壤的可塑性,陶器出现,用火的经验,陶器,陶器时代,西安半坡仰韶文化人面鱼纹彩陶盆,（新石器时代，距今约五、六千年）,陶器时代,古希腊陶罐,（公元前570）,陶器时代,西安半坡仰韶文化竖穴式陶窑,陶器时代,陶瓷的出现意味着原始的化学问题的产生！,多种矿物和各种砂土,化学物质,矿物在高温中的变化,化学变化,实现物质化学变化的重要手段,高温技术,陶器时代,窑温的提高,白色瓷土的采用,釉的出现,瓷器,瓷器的发展,瓷器时代,China,青釉瓷壶（西汉）,黑釉鸡头瓷壶（东晋）,瓷器时代,三彩骆驼,（唐代）,龙泉窑缠枝牡丹纹瓶,（元代）,瓷器时代,玻璃制造技术：,公元前3400 前2500年，人们从无意到有意地将天然碱与石英砂混合后焙烧，得到原始粗制玻璃。,古埃及新王朝时期的玻璃瓶,（公元前1567前1085年）,瓷器时代,北海九龙壁，由七色琉璃砖瓦砌成。,琉璃是一种不透明或半透明的低温色釉，敷于陶制品上经烧制而成。,瓷器时代,早期的金属知识,铜刀：,铜,99%，,锡0.10.3%，,铅,0.03%，,锑0.01%，,镍0.03%,铜锥：,铜,99%，,锡0.1%，,铅,0.03%,齐家文化红铜器,（距今约4000年）,青铜器时代,兽面纹酒器,（商代，公元前1611世纪，距今约3600年）,司母戊大鼎,（商代晚期）,875公斤，是迄今为止最大的青铜器。,青铜器时代,青铜奔马,（东汉晚年）,中国旅游标志,“越王勾践”剑,（春秋，公元前五世纪）,距今2600年,青铜器时代,铁器时代,铁刃铜钺(陨铁),（商代）,铁刃铜削,（春秋早期的铁器),古希腊彩陶上描绘的冶铁情况,（公元前6世纪）,铁器时代,中国古代的炼铁图,中国古代炼锡炉,铁器时代,古埃及炼金图,铁器时代,古希腊的金杯,（公元前1500年）,古希腊带金铁盔甲,（公元前336年）,铁器时代,金缕玉衣,（西汉刘胜墓）,西汉骑士猎鹿,鎏金浮雕,铁器时代,酿造技术：,从出土的大量陶器、瓷器和青铜器中，发现有许多盛酒器和煮酒器等酒具，表明我国从原始氏族社会末期（距今大约4000年前）就有酿酒技术。并随社会生产力发展，人们利用发酵原理，在酿酒的同时，还酿造出醋、酱油等。,其它古代化学技术,西汉墓出土的彩帛及彩绣,染色技术：,中国的商代，养蚕业已相当发达，并带动了纺织品染色技术的发展。染色的染料从植物中提取。染色工艺不断成熟。,漆器工艺：,漆器是中国古代的一项重要发明。漆器起源于虞夏时代（距今4000年），人们发现漆树汁经处理后，涂敷在物体表面，干后会形成漆膜，有保护作用。后来还创造了桐油与漆合用技术，增强了漆的光亮。同时还有用矿物颜料作成油彩在漆器上绘饰花纹。,西汉墓出土的漆,器,我国古代化学成就：,我国是世界四大文明古国之一，在化学发展史上有过极其辉煌的业绩。冶金、陶瓷、酿造、造纸、火药等都是在世界上发明和应用得比较早的国家。如商代的司母戊鼎是目前已知的最大的古青铜器。1972年在河北出土的商代铁刃青铜钺是我国目前发现的最早的铁器。我国古代的一些书籍中很早就有关于化学的记载。著名医药学家李时珍的巨著本草纲目(公元1596年)中，还记载了许多有关化学鉴定的试验方法。,中国古代的物质观：,五行说：金、木、水、火、土是构成万物的五种基本物质资料。（后被认为宇宙构成的五种基本元素）。元素之间的关系：木生火，火生土，土生金，金生水，水生木以及水灭火，火胜金等。,古希腊物质观,1、泰勒斯(Thalesof Miletus，公元前624-547),水是万物之源,2、阿那克西米尼(Anaximenes，公元前610-546),空气是万物之源,3、赫拉克利特(Heracleitus，公元前540-475),火是一切事物的初始元素,阴阳学说：,从大量的既相互对立又相互关联的自然现象和社会现象中，如：男女、湿干、冷热、软硬等等，抽象出,阴,和,阳,两个基本概念，说明世界上充满矛盾宇宙万物皆有阴阳对立统一的两个方面，这个性质支配着千变万化的物质世界。,亚里斯多德的四元素说,古代化学的技术只停留在炼金术层面上。炼金术是起源于12世纪欧洲的一个名字，在我国古代又叫作炼丹术。其实炼金术自一开始并不是为了黄金，而是为了长生不老而炼的。尽管术士们并没有制造出什么灵丹妙药，但是在客观上，他们的行为却为近代药学、化学的发展起到了启蒙作用。,虽然炼金术是炼不出黄金来的，但却发现了许多物质性质和物质变化。例如“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”，即指加热红色硫化汞（丹砂），分解出汞，而汞加硫黄又能生成黑色硫化汞，再变为红色硫化汞。描述了化学反应的可逆性。又如“以曾青涂铁，铁赤色如铜”，就描述了铁置换出铜的反应等等。,2,化学的形成与发展,从17世纪中叶到19世纪末，在电子、X 射线和放射性被发现以前，是化学作为独立学科的形成和发展时期，称为,近代化学,时期。,近代化学前期经历了几个阶段：,元素说 燃素说 氧化说,英国化学家波义耳,R.Boyle(16271691),“元素”第一个化学概念的提出：,元素是确定的、实在的、可观察到的实物，它们应该是用一般的化学方法不能再分为更简单的某些实物。,元素学说,波义耳的元素概念与古代元素说有本质的区别，它不是水、木、金、火、土等复杂物质或现象，更不是冷、热、干、湿等性质，而是那些原始的、简单的或是丝毫没有混杂的物质。是在微粒说基础上提出的具有科学性质的元素概念。,波义耳强调：运用实验方法和对自然的科学观察方法形成科学思维的基础，不能依靠主观臆测。化学方法应该用实验方法而不是抽象的空谈来建立自己的理论。,大量气体特性实验总结的气体定律,波义耳定律,波义耳第一台抽气机,波义耳使用的减压蒸馏器,恩格斯说：,“波义耳把化学确立为科学”,但波义耳在取得一系列成果的同时，却把,火,误认为是由称为“火素”的极细小微粒组成。因为在加热铜、铁、锡、铅等金属的实验中发现有增重现象。,燃素学说,17世纪下中叶，冶金、炼焦、烧石灰等工艺有了很大发展，这些工艺无一不是与燃烧反应密切相关。这引起人们对燃烧本质的思考。,斯塔尔的思想是把“油土”演进为“燃素他认为：一切可燃物均含有一种看不见的“燃素”。可燃物是燃素与灰渣按一定比例构成的化合物。燃烧时燃素离开物体，留下灰烬。,燃素是一切化学变化的根本,。,德国医药化学家,斯塔尔,(G.E.Stahl),“木头为什么能够燃烧，石头为什么不能燃烧？”对于这个问题，斯塔尔这样回答：“木头之所以能够燃烧，是由于在木头里含有一种特别的要素；石头之所以不能燃烧，是在于它不含有这种特别的要素。不光是木头如此，煤、木炭、蜡烛、油、磷、硫磺简而言之，一切可燃的物质都含有这种特别的要素。所有的可燃物质，都是一种燃素的化合物，其中的成分之一便是燃素当一个东西燃烧的时候，其中的燃素便分离出来，而且所有的燃烧现象热、光、火焰都是因为燃素逸出，而发生的剧烈的现象。,比如，人为什么要呼吸？这是过去人们一直想不通的“为什么”。然而，燃素学说解释道：“呼吸，实际上就是人在不断地排出燃素的过程。从肺里不断吐出来的气体里，便含有许多燃素。因为呼吸是一个排出燃素的过程，如同木头燃烧时，散发出的燃素，所以能产生热，人体的热量便是从这儿来的。”,贝歇尔提出：气、水、土等都是元素。土质分为：,固定土、油性土和流质土；,物体燃烧时，油土逸出，剩下固定土或流质土。,德国化学家贝歇尔,（J.J.Becher）,重要气体的发现,英国化学家布拉克,(J.Black),英国化学家布拉克首先发现“固定空气”，这种气体不助燃，使动物窒息，并与“燃素”无关。但布拉克本人没有收集到这种气体。,英国化学家凯文第旭,(H.Cavendish),凯文第旭发现了“来自金属”的易燃空气（即氢气），一度被认为是“燃素”。但他误认氢气来自于金属而不来自于酸，还误认为氢气是燃素与水的化合物。,凯文第旭用于研究空气性质的实验装置,最先研究氧气的是瑞典化学家舍勒，他在加热硝石时得到一种气体，能助燃，称为“,火空气,”。,瑞典化学家舍勒,(C.W.Scheele),加热硝石的实验装置,英国化学家普里斯特利,(J.Priestley),英国化学家普里斯特利，也独立发现氧气。他还发现了氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、氯化氢和氨气等多种气体。被誉为,气体化学之父,普里斯特利采用水上,收集法收集氧气,普里斯特利利用1英尺的聚光镜加热氧化汞而制得氧气,普利斯特利很喜欢给朋友表演化学魔术“氢气和空气中的氧气混合以后，点火，会燃烧起来，发出巨响”。他表演完“拿手好戏”，在收拾瓶子时，注意到瓶壁上有水珠。奇怪，变“魔术”时的瓶子是干干净净的，那瓶壁上的水珠是从哪儿冒出来的呢？普利斯特列仔细揩干瓶子，重做实验。咦，瓶壁上依旧有水珠。虽然他揭开了水的秘密，然而，他是在变了好多好多次“魔术”之后，才注意到瓶壁上的水珠。,但是普里斯特利坚持“燃素说”观点，把氧气叫做“无燃素空气”。没能揭示出燃烧过程的本质。,“真理碰到鼻尖而却没有发现”。,氧化学说的建立,燃烧过程的本质，经过一百多年的争论，终于被法国化学家拉瓦锡揭开。,法国化学家拉瓦锡,（A.L.Lavoisier）,拉瓦锡经过大量的燃烧试验，综合归纳和分析，提出了燃烧概论的报告，建立了燃烧作用的氧化学说，要点如下：,1）燃烧时放出光和热。,2）物质只在氧存在时才燃烧。,3）空气是由两种成分组成（助燃和不助燃）。,4）一切可燃物质燃烧后通常变为酸，氧是酸的本原，一切酸中含有氧元素；而金属煅烧后变为煅灰，是金属氧化物。,氧化学说的建立，打破了“燃素”的神秘，结束了“燃素说”的历史。使化学学科割断了与古代炼金术所保留的联系。推翻了“燃素说”百年来对化学的束缚，澄清了元素观念的混乱，奠定了化学元素的科学概念。道尔顿原子学说,英国化学家道尔顿,J.Dalton,19世纪初英国化学家道尔顿在古代原子论的基础上提出了近代化学的原子论。几乎统一解释了当时所有的化学现象和经验定律。,道尔顿原子论对促进化学和哲学的发展，起了重要作用：,1）从化学上看，它把元素和原子两个基本概念联系在一起，使化学元素具有了同一类原子总称的前所未有的明确概念。,2）从哲学上看，它把古代哲学思辩的原子论思想赋予了可检验的具体属性内容，得到了科学实验的证明，从而复活了2000年来长期遭受宗教势力压制的古希腊原子论，促进了唯物主义哲学的发展。此外，它从原子量上的差异找到了元素质的差异的根源，已经是不自觉地运用了量质互变的辨证法规律。意大利物理学家化学家,阿佛加得罗,A.Avogadro,意大利物理学家、化学家阿佛加得罗根据气体反应体积简比关系定律，大胆提出了原子复合体分子存在的假说。开创了分子论的先河。,分子论,分子论,的建立，阐明了原子和分子间的联系与差别，认识到原子在化学反应中基本保持不变，只是分子的拆开、破坏、变化，即,化学反应的实质主要是分子的“质”的变化,。使人们在认识物质层次和化学反应的深度上有了新的飞跃。,新元素的发现,英国化学家戴维等人通过电解，制得了活泼金属钾、钠、镁、钡等。继后，人们用金属钾、钠等作为强还原剂，又得到一些元素单质，如：硼、硅、铝等。,英国化学家戴维,H.Davy,他们用光谱检验法发现了一系列稀散金属，如：铷、铯、铊、铟等,德国物理学家,基尔霍夫,G.R.Kirchhoff,德国化学家本生,W.Bunsen,法国化学家莫瓦桑在实验中，因中毒而中断四次实验但仍坚持不懈，终于在1886年发现氟气。从1768年发现氢氟酸到1886年得到单质氟，历时118年。,俄国化学家门捷列夫与德国化学家迈尔通过各自的研究，都在1869年同时发现化学元素周期律。,门捷列夫的第一个周期表,英国物理学家瑞利用两种不同的方法制得氮气,英国化学家莱姆塞发现惰性气体一族,发现惰气,原子价和碳链概念以及分子中原子相互影响的学说，构成了经典结构理论,经典结构理论,苯的结构,德国化学家凯库勒：我做了一个梦，梦见我几个月来设想过的种种苯的分子结构式，在我的眼前跳舞。忽然，其中有一个分子结构式变成了一条蛇，这蛇首尾相衔，变成一个环。,年代,大事纪要,约50万年前,“北京猿人”已会用火,公元前86千年,中国(新石器时代)开始制陶器,约公元前2千年,中国已会铸铜,公元前四世纪,古希腊的德谟克利特提出朴素的原子论;古希腊的亚里斯多德提出“四元素”学说,公元前14087年,中国发明了造纸术,公元前一世纪至公元一世纪,中国本草经成书,书中记载动物、植物、矿物、药物达365种,十世纪,中国(宋代)把火药用于制造火药箭、火球等武器,1661年,英国的波义耳在怀疑派化学家一书中给元素下了科学的定义,1772年,舍勒制得了氢气,1773年,舍勒制得了氧气,1777年,法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说,年代,大事纪要,1803年,英国道尔顿提出原子论,1811年,意大利的阿伏加德罗提出分子假说,1860年,分子学说得到世界公认,1869年,俄国的门捷列夫提出了他的第一个周期表,1911年,英国的卢瑟福提出原子核模型,1934年,法国的约里奥居里夫妇发现人工放射性,1942年,中国的侯德榜发明了联合制碱法,1965年,中国科学家合成出牛胰岛素,是首次人工合成蛋白质,1981年,我国科学家首次人工合成完整生物活性的核糖核酸,2000年,人类基因组破译,现代化学发展的分支,无机化学,有机化学,分析化学,物理化学,高分子化学,化,学,无机化学,以19世纪60年代元素周期律发现为标志,无机材料化学,研究特殊性能材料,光导纤维（VCD制硅锗氧化物纤维）储氢材料磁记录材料超导材料C,60,生物无机化学,研究生物体内微量元素的行为和作用，生物活性化合物（结构/物化性质与生物活性）,含铂配合物的抗癌活性,有机金属化学研究含-C-M-键的有机金属化合物,Grignard试剂(CH,3,MgI)“夹心”式化合物(二茂铁),催化剂 半导体 药物 能源.,有机化学,研究碳氢化合物及其衍生物,无机物几十万种有机物一千多万种,三药（医药农药兽药）染料日用化工,胰岛素B,12,香料,天然有机化合物,分析化学,物质成份和结构的定量分析,无机物分析：,化学容量分析、原子发射（吸收）光谱、可见分光光谱、电化学分析,有机物分析：,色谱、红外光谱、质谱、核磁共振,应用：工业分析商品检验兴奋剂检测,物理化学,研究化学变化及其规律,化学热力学,研究化学反应发生的方向和程度（热化学、电化学、溶液化学、胶体化学）,化学动力学,研究化学反应的速率和机理,结构化学,研究原子分子水平的微观结构以及与宏观性质的关系,高分子化学,研究由成千上万个小分子单体聚合而成的高分子材料,弹性好强度高耐腐蚀易加工成型,橡胶纤维塑料,半导体高分子材料光敏高分子材料液晶高分子高分子药物吸水性纤维生物高分子材料,化学对社会生活影响极大极广，人们习以为常地把化学当成日常用品的供应库。,化学是一只下金蛋的母鸡！,化学的魅力在于,能点石成金，,能变废为宝，,能化腐朽为神奇。,化学的品格应该是：,“待到山花烂漫时，,它在丛中笑。”,欢迎大家走近化学世界,思考题,思考题：,1、你学的是什么专业？谈谈你对学习该选修课可能有哪些帮助？,2、你能说说化学学科发展对社会进步起到积极作用的实例吗？,3、你对化学发展史兴趣吗？试说说对你印象最深的化学历史故事。,