大學(xué)化學(xué)緒論

大學(xué)化學(xué)（通識(shí)課程）上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院大學(xué)化學(xué)教研室

馬荔

malichem@化學(xué)樓-A樓223室無機(jī)與分析化學(xué)教研室電話54742859課程中心

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CA901大學(xué)化學(xué)（通識(shí)）

教材及學(xué)習(xí)參考書第一章緒論

什么是化學(xué)？我們身邊的化學(xué)；簡(jiǎn)話化學(xué)發(fā)展史——研究化學(xué)領(lǐng)域的方法及未來；本課程的學(xué)習(xí)目的、內(nèi)容與安排第一章緒論1.1什么是化學(xué)化學(xué)是在原子、分子（泛分子）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)是物質(zhì)科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，同時(shí)與應(yīng)用學(xué)科之間還起著承上啟下的作用；化學(xué)是一門中心的，實(shí)用的，創(chuàng)造性的科學(xué)。第一章緒論ChemistryTheCentralScience,9eCW.htm物質(zhì)的層次：層次典型尺寸/m實(shí)例理論脹觀1040？宇觀1021銀河星系太陽系廣義相對(duì)論宏觀102籃球場(chǎng)牛頓力學(xué)微觀10－17大分子基本粒子量子力學(xué)渺觀10－36？超弦

第一章緒論研究問題的方法？主要研究的內(nèi)容物質(zhì)的結(jié)構(gòu)：原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體（非晶體）結(jié)構(gòu)；能量變化：物質(zhì)變化（化學(xué)變化）過程中伴隨的功和熱變化及其轉(zhuǎn)換關(guān)系。第一章緒論1.2我們身邊的化學(xué)1.目前全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題：環(huán)境的保護(hù)能源的開發(fā)和利用新材料的研制生命科學(xué)第一章緒論環(huán)境科學(xué)向化學(xué)提出的基本問題已經(jīng)從早期的分析監(jiān)測(cè)方法和環(huán)境治理方法轉(zhuǎn)向環(huán)境過程研究：

①環(huán)境過程化學(xué)：環(huán)境中化學(xué)過程的跟蹤、分析、模擬和預(yù)測(cè)。

②環(huán)境生物化學(xué)：研究天、地、生相互作用的基本化學(xué)反應(yīng)，特別是人和生物對(duì)外來物質(zhì)和能量所做的應(yīng)答以及人類生活、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的化學(xué)基礎(chǔ)。

生命科學(xué)中的基本化學(xué)問題應(yīng)該是當(dāng)前研究生命系統(tǒng)屢屢遇到的、各種生物系統(tǒng)所共有的問題：①生物大分子之間、生物大分子與小分子之間的各種相互作用的規(guī)律。②關(guān)于生物體系的多層次結(jié)構(gòu)（特別是分子以上細(xì)胞以下的高級(jí)結(jié)構(gòu)）與功能的關(guān)系。③生命體系復(fù)雜過程的化學(xué)研究。材料科學(xué)中的基本化學(xué)問題涵蓋以下幾個(gè)方面：①材料分子結(jié)構(gòu)（分子聚集體高級(jí)結(jié)構(gòu)）-理化性質(zhì)-功能之間的關(guān)系，特別是定量關(guān)系。②合成功能分子與構(gòu)筑高級(jí)結(jié)構(gòu)的理論和方法。③分子器件的研究。④仿生材料研究。⑤智能材料研究。

化學(xué)在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起著關(guān)鍵作用。經(jīng)過20世紀(jì)竭澤而漁的開采以來，能源化學(xué)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇非常清楚地?cái)[在面前，人們需要設(shè)計(jì)出更好方法：①研究解決利用太陽能的方法；②用燃料電池技術(shù)代替燃燒工藝；③解決如何運(yùn)輸和儲(chǔ)氫問題；④研究發(fā)展和利用核能。B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)每架造價(jià)高達(dá)22億美元的B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)，是世上迄今最昂貴的飛機(jī)。機(jī)身采用翼身融合、無尾翼的飛翼構(gòu)形，機(jī)翼前緣交接于機(jī)頭處，機(jī)翼后緣呈鋸齒形。機(jī)身機(jī)翼大量采用石墨-碳纖維復(fù)合材料、蜂窩狀結(jié)構(gòu)，表面有吸波涂層，發(fā)電機(jī)的噴口置于機(jī)翼上方。這種獨(dú)特的外形設(shè)計(jì)和材料，能有效地躲避雷達(dá)的探測(cè)，達(dá)到良好的隱形效果。

第一章緒論2.化學(xué)是一門實(shí)用的科學(xué)：化學(xué)與國防化學(xué)與生活衣——服裝食——農(nóng)業(yè)，食品住——住房和家庭陳設(shè)品方面的作用（建筑材料）行——交通工具、燃料第一章緒論新型建筑材料暖通空調(diào)系統(tǒng)綠色汽車動(dòng)力汽車部件與涂裝材料化學(xué)對(duì)健康和生命的貢獻(xiàn)（藥物化學(xué)）20世紀(jì)人類壽命顯著延長(zhǎng)。1900年，美國平均壽命為49歲，1976年為73歲，2000年79歲，2011年，上海80歲原因：生活質(zhì)量提高（營養(yǎng)、生活和工作的環(huán)境）醫(yī)療條件的改善（化學(xué)合成藥的研制成功）第一章緒論（1）化學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法：觀察方法；實(shí)驗(yàn)方法；模擬方法；粗估方法；逐步逼近法3.化學(xué)的研究方法及其特點(diǎn)（2）化學(xué)理論方法：分析方法；綜合方法；抽象方法；比較方法；分類方法；計(jì)算3.化學(xué)的研究方法及其特點(diǎn)1.3簡(jiǎn)話化學(xué)發(fā)展(1)實(shí)用和自然哲學(xué)時(shí)期(～公元前后)1.3.1古代化學(xué)(15世紀(jì)以前)商代青銅器(銅錫合金)第一章緒論ImmortalPhilosopherofAntiquityAristotle384-322B.C.Plato427-347B.C.第一章緒論(2)煉金術(shù)、煉丹術(shù)時(shí)期(公元前后～公元1500年)這段時(shí)期，化學(xué)走入了歧途，但積累了很多的化學(xué)知識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)技術(shù)，制作了操作器皿。第一章緒論(3)醫(yī)化學(xué)時(shí)期(公元1500～1700年)(4)燃素說時(shí)期(公元1700～1774年)1.3.2近代化學(xué)的創(chuàng)立近代化學(xué)歸功于天平的使用，定量階段1748年，羅蒙諾索夫的質(zhì)量不滅定律1774年，拉瓦錫(Lavoisier)的氧化理論1869年，門捷列夫的元素周期律第一章緒論氧氣的發(fā)現(xiàn)者普利斯特里(JosephPriestly)，英國舍勒(CarlWilhelmScheele)，瑞典拉瓦錫(AntoineLavoisier)，法國第一章緒論FatherofmodernchemistryunfortunateassociationwithacompanyorganizedtocollecttaxesforKingLouisdiedatguillotineofnousetotheNewRepublicofFranceheadlessbodyburiedinunmarkedgraveShowedconservationofmassinchemicalreactionsinventedprecisescaletoweighsmallamountsofmatteraccurateto0.0005grams,about1/100ofadropofwatermassofallreactants=massofallproductsmatterisnotcreatedfromnothing,onlychangesformduringchemicalreactions第一章緒論1.3.3化學(xué)學(xué)科的分支及其形成化學(xué)與其他學(xué)科交叉形成多種邊緣學(xué)科：生物無機(jī)化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、材料化學(xué)、地球化學(xué)、儲(chǔ)層化學(xué)、放射化學(xué)、計(jì)算化學(xué)、星際化學(xué)，高分子化學(xué)等。第一章緒論無機(jī)化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)四大基礎(chǔ)化學(xué)1化學(xué)的分支2化學(xué)分支的形成

無機(jī)化學(xué)以Meyer、門捷列夫——元素周期律為標(biāo)志，標(biāo)志現(xiàn)代無機(jī)化學(xué)形成分析化學(xué)：貝采里烏斯——分析天平的使用和定量分析的建立是分析化學(xué)的標(biāo)志。有機(jī)化學(xué)十九世紀(jì)初，李比希(Liebig)，分析了大量的有機(jī)化合物1824年，德國化學(xué)家維勒(W?hler)成功合成了尿素物理化學(xué)物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手來探求化學(xué)變化規(guī)律的一門科學(xué)第一章緒論第一章緒論DimitriMendeleevDraftforfirstversionofMendeleev'speriodictable(17February1869).貝采里烏斯：原子量的測(cè)定；電荷的概念(二元論)；化學(xué)符號(hào)和化學(xué)方程式的創(chuàng)始人；分析化學(xué)之父貝采里烏斯測(cè)定原子量使用的天平第一章緒論

J?nsJakobBerzelius第一章緒論JustusvonLiebigFriedrichAugustKekuléFriedlichW?hler有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)始人物理化學(xué)史上的明星SvanteAugustArrhenius電離學(xué)說J.WillardGibbs化學(xué)熱力學(xué)

ThelaboratoryapparatusdesignedbyFritzHaberandRobertLeRossignolforproducingammoniafromhydrogenandnitrogen在實(shí)驗(yàn)室發(fā)明氨的合成反應(yīng)（鐵催化），第一個(gè)使用毒氣的人。3.化學(xué)發(fā)展的未來

——化學(xué)與其他學(xué)科交叉滲透第一章緒論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子中堿基配對(duì)關(guān)系及形成氫鍵情況第一章緒論Cisplatin順鉑金屬配合物抗癌應(yīng)用1969年首次報(bào)道

–順鉑對(duì)動(dòng)物腫瘤有強(qiáng)烈的抑制作用人們對(duì)金屬配合物抗腫瘤研究的重視鉑、銠、釕、鍺、錫等的化合物具有抗腫瘤活性發(fā)現(xiàn)第一代鉑抗癌藥物第二代鉑抗癌藥物卡鉑（Carboplatin）奈達(dá)鉑（Nedaplatin）第三代鉑抗癌藥物奧沙利鉑（Oxaliplatin）樂鉑（Lobaplatin）擾亂DNA的正常雙螺旋結(jié)構(gòu)

–使局部變性失活

–喪失復(fù)制能力反式鉑配合物無此作用作用機(jī)理順鉑與DNA的幾種作用方式生物大分子的結(jié)構(gòu)分析方法

2002年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)是獎(jiǎng)勵(lì)三位科學(xué)家發(fā)明了生物大分子的結(jié)構(gòu)分析方法---

（1）可以迅速、可靠地確認(rèn)蛋白質(zhì)；（2）更好地了解蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的作用給新藥的開發(fā)帶來革命性的變化，也為更好地診斷出癌癥帶來了希望。第一章緒論環(huán)境科學(xué)

1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位大氣環(huán)境化學(xué)家[墨西哥]Molina、[美]Rowland、[荷蘭]Crutzen。他們首先提出了平流層臭氧破壞的化學(xué)機(jī)制，包括Nox理論（Crutzen）和CFCs(Rowland和Molina)理論。這些理論對(duì)南極“臭氧洞”的發(fā)現(xiàn)，并導(dǎo)致《蒙特利爾議定書》的簽定，為保護(hù)全球環(huán)境作出了重大貢獻(xiàn)。第一章緒論信息科學(xué)超大規(guī)模集成電路是信息科學(xué)領(lǐng)域的核心技術(shù)，但其制造工藝的60%以上是化學(xué)的應(yīng)用：如4Mb的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取和存儲(chǔ)器芯片制造工藝，有164個(gè)工藝步驟，其中有118個(gè)依據(jù)化學(xué)，包括化學(xué)合成、化學(xué)加工、化學(xué)處理等。第一章緒論其他——能源（核能、煤炭、天然氣）——農(nóng)業(yè)——材料——汽車工業(yè)——生物技術(shù)等在20世紀(jì)都得到相應(yīng)而高速發(fā)展，這其中都有化學(xué)研究所作出的重大貢獻(xiàn)第一章緒論1.4本課程的學(xué)習(xí)目的最基本的兩條：什么是化學(xué)？非化學(xué)類專業(yè)的學(xué)生為什么要學(xué)化學(xué)？若干年后：在工作中分清哪個(gè)屬于化學(xué)問題？需要找什么樣的文獻(xiàn)資料，找什么樣的合作者？能與化學(xué)領(lǐng)域的人交談，能夠大體上聽懂所談的問題屬于什么化學(xué)范疇。若要研究與化學(xué)有關(guān)的問題，應(yīng)該從何處著手？第一章緒論1.5本課程的內(nèi)容、范圍及安排理論課32學(xué)時(shí)基本原理篇：緒論化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)水資源與化學(xué)能源與化學(xué)材料與化學(xué)生活與化學(xué)（含有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)）

第一章緒論1.6授課特點(diǎn)突出基本概念的思想；突出化學(xué)學(xué)科發(fā)展和化學(xué)研究的方法；突出展示化學(xué)在生活中的蹤跡；突出化學(xué)原理在社會(huì)各個(gè)層面的應(yīng)用及重要性。第一章緒論1.7考核重點(diǎn)和成績(jī)分布考核重點(diǎn)：基本概念和思想；化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷以及如何利用化學(xué)反應(yīng)？化學(xué)在生活中表現(xiàn)出的現(xiàn)象的本質(zhì)；用化學(xué)原理來解釋發(fā)生在你周圍的化學(xué)變化；探究化學(xué)在未來各行各業(yè)的作用。第一章緒論第一章緒論教學(xué)環(huán)節(jié)和成績(jī)構(gòu)成小作業(yè)（作業(yè)本）+點(diǎn)名15%大作業(yè)ppt（網(wǎng)上交）15%大作業(yè)ppt交流(課堂)10%(9+1)調(diào)研報(bào)告（網(wǎng)上交，12周前）10%考試（基礎(chǔ)知識(shí)+思考題）50%(40+10)關(guān)于大作業(yè)1.分組：6人一組（召集人1名，負(fù)責(zé)召集全組同學(xué)討論所選的主題，分配ppt的側(cè)重點(diǎn)等），每組分配一個(gè)主題。2.要求每位同學(xué)圍繞所分配的主題做ppt，9月30日前交，郵箱（chemistry223@126.com

）。