大學化學緒論

大學化學（通識課程）上海交通大學化學化工學院大學化學教研室

馬荔

malichem@化學樓-A樓223室無機與分析化學教研室電話54742859課程中心

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CA901大學化學（通識）

教材及學習參考書第一章緒論

什么是化學？我們身邊的化學；簡話化學發(fā)展史——研究化學領域的方法及未來；本課程的學習目的、內容與安排第一章緒論1.1什么是化學化學是在原子、分子（泛分子）層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規(guī)律的科學；化學是物質科學的基礎學科之一，同時與應用學科之間還起著承上啟下的作用；化學是一門中心的，實用的，創(chuàng)造性的科學。第一章緒論ChemistryTheCentralScience,9eCW.htm物質的層次：層次典型尺寸/m實例理論脹觀1040？宇觀1021銀河星系太陽系廣義相對論宏觀102籃球場牛頓力學微觀10－17大分子基本粒子量子力學渺觀10－36？超弦

第一章緒論研究問題的方法？主要研究的內容物質的結構：原子結構、分子結構、晶體（非晶體）結構；能量變化：物質變化（化學變化）過程中伴隨的功和熱變化及其轉換關系。第一章緒論1.2我們身邊的化學1.目前全球關注的熱點問題：環(huán)境的保護能源的開發(fā)和利用新材料的研制生命科學第一章緒論環(huán)境科學向化學提出的基本問題已經從早期的分析監(jiān)測方法和環(huán)境治理方法轉向環(huán)境過程研究：

①環(huán)境過程化學：環(huán)境中化學過程的跟蹤、分析、模擬和預測。

②環(huán)境生物化學：研究天、地、生相互作用的基本化學反應，特別是人和生物對外來物質和能量所做的應答以及人類生活、生產活動對環(huán)境影響的化學基礎。

生命科學中的基本化學問題應該是當前研究生命系統(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關于生物體系的多層次結構（特別是分子以上細胞以下的高級結構）與功能的關系。③生命體系復雜過程的化學研究。材料科學中的基本化學問題涵蓋以下幾個方面：①材料分子結構（分子聚集體高級結構）-理化性質-功能之間的關系，特別是定量關系。②合成功能分子與構筑高級結構的理論和方法。③分子器件的研究。④仿生材料研究。⑤智能材料研究。

化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起著關鍵作用。經過20世紀竭澤而漁的開采以來，能源化學的挑戰(zhàn)和機遇非常清楚地擺在面前，人們需要設計出更好方法：①研究解決利用太陽能的方法；②用燃料電池技術代替燃燒工藝；③解決如何運輸和儲氫問題；④研究發(fā)展和利用核能。B-2戰(zhàn)略轟炸機每架造價高達22億美元的B-2戰(zhàn)略轟炸機，是世上迄今最昂貴的飛機。機身采用翼身融合、無尾翼的飛翼構形，機翼前緣交接于機頭處，機翼后緣呈鋸齒形。機身機翼大量采用石墨-碳纖維復合材料、蜂窩狀結構，表面有吸波涂層，發(fā)電機的噴口置于機翼上方。這種獨特的外形設計和材料，能有效地躲避雷達的探測，達到良好的隱形效果。

第一章緒論2.化學是一門實用的科學：化學與國防化學與生活衣——服裝食——農業(yè)，食品住——住房和家庭陳設品方面的作用（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系統(tǒng)綠色汽車動力汽車部件與涂裝材料化學對健康和生命的貢獻（藥物化學）20世紀人類壽命顯著延長。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（化學合成藥的研制成功）第一章緒論（1）化學經驗方法：觀察方法；實驗方法；模擬方法；粗估方法；逐步逼近法3.化學的研究方法及其特點（2）化學理論方法：分析方法；綜合方法；抽象方法；比較方法；分類方法；計算3.化學的研究方法及其特點1.3簡話化學發(fā)展(1)實用和自然哲學時期(～公元前后)1.3.1古代化學(15世紀以前)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、煉丹術時期(公元前后～公元1500年)這段時期，化學走入了歧途，但積累了很多的化學知識，提高了實驗技術，制作了操作器皿。第一章緒論(3)醫(yī)化學時期(公元1500～1700年)(4)燃素說時期(公元1700～1774年)1.3.2近代化學的創(chuàng)立近代化學歸功于天平的使用，定量階段1748年，羅蒙諾索夫的質量不滅定律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化學學科的分支及其形成化學與其他學科交叉形成多種邊緣學科：生物無機化學、環(huán)境化學、農業(yè)化學、材料化學、地球化學、儲層化學、放射化學、計算化學、星際化學，高分子化學等。第一章緒論無機化學分析化學有機化學物理化學四大基礎化學1化學的分支2化學分支的形成

無機化學以Meyer、門捷列夫——元素周期律為標志，標志現代無機化學形成分析化學：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的標志。有機化學十九世紀初，李比希(Liebig)，分析了大量的有機化合物1824年，德國化學家維勒(W?hler)成功合成了尿素物理化學物理化學是從物質的物理現象和化學現象的聯(lián)系入手來探求化學變化規(guī)律的一門科學第一章緒論第一章緒論DimitriMendeleevDraftforfirstversionofMendeleev'speriodictable(17February1869).貝采里烏斯：原子量的測定；電荷的概念(二元論)；化學符號和化學方程式的創(chuàng)始人；分析化學之父貝采里烏斯測定原子量使用的天平第一章緒論

J?nsJakobBerzelius第一章緒論JustusvonLiebigFriedrichAugustKekuléFriedlichW?hler有機化學領域的創(chuàng)始人物理化學史上的明星SvanteAugustArrhenius電離學說J.WillardGibbs化學熱力學

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