大學(xué)化學(xué)緒論省公開課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

DevelopmentofChemistryChapter1化學(xué)發(fā)展第1章1/50

(3)了解當(dāng)代化學(xué)發(fā)展及趨勢(shì)。

(1)了解化學(xué)發(fā)展史。

(2)了解化學(xué)分支學(xué)科形成與發(fā)展。

本章教學(xué)要求2/50本章內(nèi)容1.1從經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)（從古代～19世紀(jì)）

1.2分支學(xué)科形成與發(fā)展（19世紀(jì)至今）

1.3當(dāng)代化學(xué)發(fā)展（20世紀(jì)后半葉至今）

3/501.1從經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)1.1.1古代化學(xué)實(shí)踐

時(shí)間：上古時(shí)期（公元前三、四千年）～18世紀(jì)；歷經(jīng)五、六千年?；顒?dòng)：制陶、金屬冶煉、釀造、制藥等。特點(diǎn)：（1）積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。（2）沒(méi)有理論指導(dǎo)，含有自發(fā)性、盲目性。4/502金屬冶煉

中國(guó)、埃及、西南亞等國(guó):公元三千多年前煉銅（銅器時(shí)代）；公元前一千年前煉鐵（鐵器時(shí)代）；金、銀、錫、汞等金屬冶煉。意義：認(rèn)識(shí)了銅、鐵、金、銀等其它金屬性質(zhì)及其冶煉技術(shù)。5/503釀造、染色和油漆

中國(guó)釀酒、釀醋；古埃及和古羅馬麥酒、葡萄酒(包括發(fā)酵技術(shù)、酶催化反應(yīng)）中國(guó)古代染絲技術(shù)；古代埃及為亞麻布染色（包括染料著色技術(shù)）中國(guó)古代漆器技術(shù)(利用天然物質(zhì)制做防腐涂層技術(shù)）

6/504造紙、火藥

中國(guó)：公元2世紀(jì)，蔡倫改進(jìn)、發(fā)展了造紙技術(shù)并組織規(guī)模生產(chǎn)中國(guó)：唐末宋初，制造黑火藥（其主要成份是硝酸鉀、硫磺和木炭混合物。）7/505煉丹術(shù)和煉金術(shù)

中國(guó)：始于秦漢直到唐宋，煉丹術(shù)（將汞、鉛、硫等物在煉丹爐中燒制成含汞或鉛化合物，即所謂仙丹）。

阿拉伯國(guó)家及歐洲國(guó)家：中國(guó)煉丹術(shù)傳到阿拉伯演變成煉金術(shù)后傳到歐洲（試圖將普通金屬冶煉成黃金）

結(jié)果：造成迷信、反科學(xué)行為，以失敗告終。

意義：豐富了人類對(duì)金屬、對(duì)礦物乃至對(duì)整個(gè)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)。8/506醫(yī)藥化學(xué)

中國(guó)：明代李時(shí)珍《本草綱目》；歐洲：15、16世紀(jì)“醫(yī)藥化學(xué)”。意義：制藥方法包括眾多無(wú)極、有機(jī)反應(yīng),豐富了無(wú)機(jī)物和有機(jī)物化學(xué)知識(shí)。9/501.1.2近代化學(xué)建立與發(fā)展元素概念提出

中國(guó)古代“五行說(shuō)”：金、木、火、水、土五種基本元素。古希臘亞里士多德（Aristotle)四元素說(shuō)：“水、土、火、氣”四種元素；且認(rèn)為元素能夠互變（影響歐洲多年）。英國(guó)波義耳(Boyle)元素概念（1661年）：“我所指元素，就是某種不由任何其它物體組成原始和簡(jiǎn)單物質(zhì)，或是完全沒(méi)有混雜物質(zhì)，它們是一些基本成份，一切被稱為真正混合物都是由這些成份直接混合而成，而且最終仍分解為這些成份?！保ㄏ喈?dāng)于現(xiàn)在說(shuō)單質(zhì)，使人們思想從束縛中解脫出來(lái)。）。10/50科學(xué)燃燒學(xué)說(shuō)確實(shí)立古代觀點(diǎn)：火是一個(gè)元素。17世紀(jì)：德國(guó)化學(xué)家貝歇爾（Becher)和施塔爾(Stahl)提出了所謂“燃素說(shuō)”:火是由元素細(xì)小而活潑微粒組成物質(zhì)實(shí)體。18世紀(jì)：法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫(Lavoisier)“燃燒概論”:總結(jié)自己和前人化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明“燃燒”是因?yàn)橛醒鯕獯嬖冢瑥亩⒘丝茖W(xué)氧學(xué)說(shuō)。

氧學(xué)說(shuō)意義①對(duì)燃燒現(xiàn)象給出科學(xué)解釋②否定了燃素說(shuō)，使人們徹底擺脫了煉金術(shù)中關(guān)于“靈氣”、“精靈”之類迷信思想束縛，使化學(xué)研究真正建立在科學(xué)基礎(chǔ)上。（多數(shù)化學(xué)史學(xué)家認(rèn)為拉瓦錫是近代化學(xué)科學(xué)奠基人）。11/50原子-分子理論建立1803年英國(guó)道爾頓(Dalton)提出：元素最終組成稱為簡(jiǎn)單原子，原子是不可見，不可再分割。他們?cè)诨瘜W(xué)改變中保持其本性不變。同一元素原子其形狀、質(zhì)量及性質(zhì)都相同，不一樣原子形狀、質(zhì)量及性質(zhì)各不相同，每一個(gè)原子原子質(zhì)量是它最基本特征；形成化合物時(shí)，不一樣元素原子以簡(jiǎn)單百分比數(shù)結(jié)合。(很快被化學(xué)家接收。）產(chǎn)生問(wèn)題：道爾頓和蓋呂薩（Gay-Lussac)爭(zhēng)論、人們測(cè)定原子量得不到統(tǒng)一數(shù)據(jù)等。12/50

意大利阿佛加德羅（Avogadro)提出分子概念,并把分子與原子概念區(qū)分開來(lái):指出在游離狀態(tài)下單質(zhì)或化合物能獨(dú)立存在質(zhì)點(diǎn)是分子而非原子，而原子是參加化學(xué)反應(yīng)最小質(zhì)點(diǎn)。

后經(jīng)意大利化學(xué)家坎尼扎羅（Cannizzaro)充實(shí)和完善確立了分子-原子理論。

13/501.2分支學(xué)科形成與發(fā)展

化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)分析化學(xué)物理化學(xué)14/50化學(xué)與其它學(xué)科交叉滲透化學(xué)在人類由古代穴居人橫蠻生活進(jìn)化到現(xiàn)在這么一個(gè)文明世界改變過(guò)程中,起到了"中心"作用,使我們不但能夠和自然處于友好之中,而且能夠使我們和自己愿望相吻合。15/501.2.1無(wú)機(jī)化學(xué)1新元素不停被發(fā)覺(jué)經(jīng)過(guò)分析和處理礦石發(fā)覺(jué)新元素：比如鉑系元素鈀、銠、鋨、銥和釕等（1803～1840）經(jīng)過(guò)電解金屬鹽類發(fā)覺(jué)新元素：比如鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、和鎂等（1807～1825）用分光鏡觀察研究火焰顏色發(fā)覺(jué)新元素：比如銫、銣、鉈、銦等（1860～1863）（積累了大量相關(guān)無(wú)機(jī)物性質(zhì)、制備等知識(shí)）16/50元素周期律發(fā)覺(jué)大量元素、無(wú)機(jī)化合物及其性質(zhì)積累為發(fā)覺(jué)元素周期律打下了基礎(chǔ)（到1869年已經(jīng)發(fā)覺(jué)69種元素及大量無(wú)機(jī)化合物）。相同元素組發(fā)覺(jué)：比如（1）鋰、鈉、鉀；（2）鈣、鍶、鋇；（3）氯、溴、碘；（4）硫、硒、碲等。（1829年，德國(guó)德貝萊納D?bereiner)人們發(fā)覺(jué)原子量是元素主要特征：相同元素組不應(yīng)限于三個(gè)元素；在相同元素組中，各元素原子量之差往往是8或8倍數(shù)(1850年，德國(guó)培頓科弗Pettenkofer)。17/50元素周期律誕生：

1862年，法國(guó)人尚古多（B.deChancourtiois)提出“螺旋圖”；1868年，德國(guó)邁爾（Meyer)發(fā)表“原子體積周期性圖解”；1869年，俄國(guó)門捷列夫（Mendeleev)發(fā)表“元素周期律表”。

(共同點(diǎn)：發(fā)覺(jué)元素性質(zhì)伴隨原子量大小呈周期性改變。）18/503無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展

周期律建立之后，人們有目標(biāo)地去發(fā)覺(jué)新元素及其化合物，無(wú)機(jī)化學(xué)得以快速發(fā)展。

發(fā)覺(jué)更多元素和無(wú)機(jī)物；認(rèn)識(shí)更多無(wú)機(jī)物反應(yīng)規(guī)律；揭示無(wú)機(jī)物結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系；研究和開發(fā)無(wú)機(jī)物在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用價(jià)值。19/501.2.2有機(jī)化學(xué)

從有機(jī)化合物提取和提純到有機(jī)物人工合成

1824年之前：從天然植物或動(dòng)物中提取、分離和提純有機(jī)物：比如酒精、乳酸等；1824年：德國(guó)維勒(W?hler)，首次從無(wú)機(jī)物人工合成出了有機(jī)物——尿素，打破了無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物絕對(duì)界限。1824年之后：有機(jī)合成快速發(fā)展；1965年，我國(guó)科學(xué)家在世界上首次人工合成了蛋白質(zhì)——胰島素。

20/502從有機(jī)元素分析到有機(jī)結(jié)構(gòu)理論從1781年拉瓦錫（Lavoisier)開始，經(jīng)蓋-呂薩克(Gay-Lussac)、泰納(Thénard)、貝采里烏斯(Berzelius)、李比希(Liebig)等人努力，建立和完善了有機(jī)分析方法。1832年，維勒(W?hler)和李比希提出基、取代基概念。1834年杜馬（Dumas)提出取代學(xué)說(shuō)。1843年日拉爾（Gerhard）提出“同系物”概念；1858年凱庫(kù)勒（Kekulé)和庫(kù)帕（Couper)提出有機(jī)物立體結(jié)構(gòu)：碳四價(jià)、碳鏈、四面體構(gòu)型；1865年凱庫(kù)勒（Kekulé)提出苯環(huán)狀結(jié)構(gòu)模型。21/503石油有機(jī)化學(xué)發(fā)展北宋時(shí)期，沈括創(chuàng)造了用石油碳黑代替松木碳黑制造墨工藝；19世紀(jì)下半葉從石油中提煉煤油、汽油、柴油作為能源用；20世紀(jì)石油化工：裂解、聚合、重整、異構(gòu)化、取代等，制備化工原料、化工產(chǎn)品；20世紀(jì)末至今：綠色石油化工。22/504高分子化學(xué)天然橡膠利用和改性（1872年以前）；第一個(gè)人工合成高分子化合物-酚醛樹脂：1872年在試驗(yàn)室中合成，1910年建廠正式生產(chǎn)；今后，其它高分子化合物先后被合成。高分子化合物結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)：20世紀(jì)初測(cè)得天然橡膠結(jié)構(gòu)應(yīng)為–CH2–C=CH–CH2–，至于它經(jīng)過(guò)何種方式

CH3形成了橡膠分子，有些人曾提出由二聚環(huán)或5-7聚環(huán)締合而成，直到1924年畢克斯明確提出天然橡膠是高分子量大分子，高分子化合物概念才被人們接收。高分子材料應(yīng)用：高分子材料已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺乏材料。包含合成塑料、合成橡膠、合成纖維等。23/501.2.3分析化學(xué)

早期化學(xué)分析

古代，冶金過(guò)程中礦物分析：外觀、焰色、晶體形狀；1685年，英國(guó)波義爾(Boyle)《礦泉博物學(xué)考查》：利用植物汁液與金屬反應(yīng)、沉淀反應(yīng)等作定性分析；利用溶液中反應(yīng)檢驗(yàn)物質(zhì)：比如以硫酸檢驗(yàn)鈣，以硝酸銀檢驗(yàn)巖鹽和礦泉水中硫等；吹管試驗(yàn)：將要化驗(yàn)金屬礦樣放在一塊木炭小孔中，然后用吹管將火焰吹到它上面，使一些金屬氧化物熔化并被還原，依據(jù)這些金屬重量估算礦物中金屬含量。24/50定性系統(tǒng)分析方法產(chǎn)生

1821年，德國(guó)漢立希(Heinrich)提出初步試驗(yàn)，分組檢驗(yàn)概念；1829年德國(guó)羅塞(Rose)提出了一個(gè)系統(tǒng)分析圖表。利用鹽酸、硫化氫、碳酸銨、磷酸鈉等作為沉淀劑，區(qū)分各組離子是否存在；1841年，德國(guó)伏累森紐斯（Fresenius)提出了更為清楚系統(tǒng)分析方案。他把常見金屬劃分為六個(gè)組并說(shuō)明了各組離子性質(zhì)不一樣。比如，第一組鉀、鈉和銨硫化物和碳酸鹽都可溶于水，氧化物水溶液使石蕊變藍(lán)；第二組鋇、鍶、鈣和鎂氧化物較難溶，其硫化物則易溶于水，其碳酸鹽、磷酸鹽難溶等。從此，系統(tǒng)定性分析方法基本成型。

25/50定量分析法確實(shí)定與發(fā)展

重量分析法：到18世紀(jì)中葉，已被用于金屬、礦物和巖石分析上。瑞典貝格曼（Bergmaen)、貝采里烏斯(Berzelius)、德國(guó)伏累森紐斯(Fresenius)對(duì)定量分析發(fā)展做出了主要貢獻(xiàn)。在方法上：知道了換算金屬重量方法；在技術(shù)上：制造出了高靈敏度天平以及其它重量分析儀器。容量分析法：在18、19世紀(jì)，紡織、肥皂、制堿、玻璃、食品等行業(yè)發(fā)展需要快速檢驗(yàn)化學(xué)品，法國(guó)蓋呂薩克（Gay-Lussac)等對(duì)容量法產(chǎn)生和發(fā)展做出了主要貢獻(xiàn)。容量法主要是指各種滴定法，包含酸堿滴定、沉淀滴定、氧化還原滴定、絡(luò)合滴定等。26/50儀器分析發(fā)展

發(fā)射光譜：18世紀(jì)下半葉~19世紀(jì)上半葉，先后發(fā)覺(jué)（或創(chuàng)造了）焰色反應(yīng)（德國(guó)馬格拉夫Marggraf）-火焰光譜儀（英國(guó)塔爾波Talbot）-分光鏡制成光譜分析儀（基爾霍夫Kirchhoff和本生Bunsen）等。吸收光度法：19世紀(jì)30~40年代，人們發(fā)覺(jué)一些顯色劑可使金屬離子顯色。法國(guó)人布古厄（Bougouer1729年）和德國(guó)比爾（Beer1852年）研究工作發(fā)覺(jué)了吸收定律。27/50原子吸收分光光度法：1953年澳大利亞沃爾什(Walsh)提出了利用原子吸收光譜分光光度分析法并制作了第一臺(tái)簡(jiǎn)易原子吸收分子光光度計(jì)。色譜法

：1861年申拜恩(Sch?nbein)和高貝爾斯萊德(Goppelsr?der)發(fā)覺(jué)，無(wú)機(jī)鹽溶液、有機(jī)染料等在濾紙上“爬行”速度是不一樣。據(jù)此人們逐步開發(fā)了氣相色譜、液相色譜等。電化學(xué)分析法：pH計(jì)、離子選擇電極、極譜分析儀等。28/501.2.4物理化學(xué)

熱化學(xué)與熱力學(xué)

1780年拉瓦錫（Lavoisier)和拉普拉斯(Laplace)用冰量熱計(jì)測(cè)量熱；1836年蓋斯(Hess)發(fā)覺(jué)“蓋斯定律”；1842年邁厄爾(Mayer)、焦耳(Joule)和格羅夫(Grove)發(fā)覺(jué)熱力學(xué)第一定律；19世紀(jì)20年代~19世紀(jì)末，卡諾(Carnot)、開爾文(Kelvin)、克勞修斯(Clausius)等人發(fā)覺(jué)并說(shuō)明了熱力學(xué)第二定律；19世紀(jì)70年代，吉布斯(Gibbs)提出“熱力學(xué)勢(shì)”概念，成功地解釋了化學(xué)反應(yīng)方向問(wèn)題。對(duì)相平衡進(jìn)行研究并提出了相律。29/50化學(xué)動(dòng)力學(xué)

1800-1802年貝托雷（Berthollet)發(fā)覺(jué)反應(yīng)速率與“化學(xué)質(zhì)量”相關(guān)；1850年，威廉米(Wilhemy)發(fā)覺(jué)水溶液中酸催化蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率：-dM/dt=kM1864到1879年古德貝格（Guldberg)和瓦格(Waage)發(fā)覺(jué)對(duì)于加成反應(yīng)：αA+βB+γC→…反應(yīng)速率=kpα

qβ

rγ（反應(yīng)速率與濃度關(guān)系）；30/501889年，阿累尼烏斯(Arrhenius)提出“活化分子”、“活化能”概念，結(jié)合范霍夫(van’tHoff)公式，得出了阿累尼烏斯公式（反應(yīng)速率與溫度關(guān)系）；1895年諾伊斯（Noyes)提出“反應(yīng)級(jí)數(shù)”概念；

1913年，博登斯(Bodenstein)提出鏈反應(yīng)概念，1916年能斯特(Nernst)提出了公認(rèn)鏈反應(yīng)機(jī)理。

31/50電化學(xué)

1799年，伏特(Volta)創(chuàng)造電池（原電池）；1834年，法拉第(Faraday)發(fā)覺(jué)電解定律；1889年，能斯特(Nernst)導(dǎo)出能斯特方程；1887年阿累尼烏斯(Arrhenius)提出弱電解質(zhì)電離理論；1923年德拜(Debye)和休克爾(Hükel)提出強(qiáng)電解質(zhì)靜電作用理論。32/501.2.5結(jié)構(gòu)化學(xué)

原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)

1897年湯姆生(Thomson)等人發(fā)覺(jué)了電子,1913年莫斯萊(Mosley)提出了原子序數(shù)概念,同年玻爾(Bohr)提出了原子電子層結(jié)構(gòu)(類似于天體運(yùn)動(dòng)模型）。20世紀(jì)初，氫原子光譜試驗(yàn)、電子衍射試驗(yàn)等造成“能級(jí)”、“波粒二象性”、“幾率波”等全新概念產(chǎn)生。1926年薛定諤(Schr?dinger)提出波動(dòng)方程（稱薛定諤方程）比很好地描述了微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，（新原子軌道概念）。33/501916年，柯塞爾(Kossel)結(jié)示了離子型化合物穩(wěn)定性（離子鍵）；同年，路易斯（Lewis）提出共價(jià)鍵電子理論（共用電子對(duì)）。都是到達(dá)惰性氣體原子電子層結(jié)構(gòu)。1927年海特勒（Heitler)和倫敦(Londen)解氫分子薛定諤方程，對(duì)原子“共用”電子正確含義有了新認(rèn)識(shí)。1931年鮑林(Pauling)和斯萊特(Slater）提出雜化軌道理論，使價(jià)鍵理論深入發(fā)展。20世紀(jì)以后，以量子力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)了分子軌道理論。34/50晶體結(jié)構(gòu)早期人類對(duì)晶體外形特征認(rèn)識(shí)：晶體理想外形是對(duì)稱多面體。1869年伽多林用數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)出晶體外形有32種對(duì)稱類型。把晶體劃分為三個(gè)晶族、七個(gè)晶系。1895年德國(guó)人倫琴（R?ntgen)發(fā)覺(jué)了x射線。1912年夫里德里希(Friedrich)和克尼平(Knipping)得到了世界上第一張x射線衍射圖。他們以及勞厄（Laue)衍射試驗(yàn)證實(shí)x射線是一個(gè)電磁波，而且還證實(shí)了晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。1912年英國(guó)布拉格（Bragg)、俄國(guó)伏爾夫推導(dǎo)出了x射線衍射方程。x衍射試驗(yàn)成為人們認(rèn)識(shí)晶體結(jié)構(gòu)最主要工具。

35/50配合物結(jié)構(gòu)18世紀(jì)人們就發(fā)覺(jué)了一些“化合物”特殊穩(wěn)定性；1893年瑞士維爾納（Werner)提出配位理論。把配合物分為“內(nèi)界”和“外界”，內(nèi)界由“中心原子（或離子）”與周圍緊密結(jié)合“配位體”組成并提出了內(nèi)界幾何構(gòu)型（四面體、八面體等）。20世紀(jì)20年代英國(guó)西奇維克(Sidgwick)引入了配鍵概念，他認(rèn)為配位體（L）最少有一對(duì)孤對(duì)電子，而中心離子或原子（M）含有空價(jià)電子軌道，M與L結(jié)合方式就是配位體提供弧對(duì)電子與中心離子共享而形成配位鍵L→M。30年代鮑林(Pauling)提出了較為完整價(jià)鍵理論。36/50

1929年，貝特(Bethe）和范弗雷克（vanVlack)提出了晶體場(chǎng)理論，把中心離子與配位體相互作用，看作像離子晶體中正、負(fù)離子間作用一樣。1952年歐格耳(Orgel)把靜電場(chǎng)理論和分子軌道理論結(jié)合起來(lái)，提出配位場(chǎng)理論。

37/501.3當(dāng)代化學(xué)發(fā)展從20世紀(jì)后半葉至今化學(xué)發(fā)展一個(gè)顯著特點(diǎn):與其它學(xué)科交叉滲透、相互促進(jìn)，產(chǎn)生了許多交叉邊緣學(xué)科。比如金屬有機(jī)化學(xué)、物理無(wú)機(jī)化學(xué)、生物無(wú)機(jī)化學(xué)、材料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)等等。信息技術(shù)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等新興學(xué)科發(fā)展離不開化學(xué)支撐和指導(dǎo)。38/501.3.1計(jì)算化學(xué)與分子設(shè)計(jì)

計(jì)算化學(xué)：利用量子力學(xué)原理計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算分子靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過(guò)程。分子設(shè)計(jì)：依據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在分子水平上設(shè)計(jì)、組建目標(biāo)產(chǎn)物。已經(jīng)在藥品設(shè)計(jì)、復(fù)雜功效材料合成等方面得到應(yīng)用。

39/501.3.2當(dāng)代測(cè)試伎倆

物理和化學(xué)相互滲透，誕生了一些先進(jìn)測(cè)試儀器，成為人們認(rèn)識(shí)微觀世界有力工具。質(zhì)譜儀核磁共振儀x射線衍射儀紅外、紫外或可見譜儀激光示蹤分析……

40/501.3.3化學(xué)與材料科學(xué)

化學(xué)與材料科學(xué)滲透開發(fā)出新型材料：

電子功效材料人工合成高分子材料光導(dǎo)纖維耐高溫高強(qiáng)材料納米材料……

41/501.3.4化學(xué)與環(huán)境科學(xué)

化學(xué)與環(huán)境科學(xué)滲透環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境評(píng)價(jià)環(huán)境污染治理綠色化學(xué)42/501.3.5