1、1.3物质结构研究的意义为什么要研究物质结构?一、促进了化学科学的发展化学科学的发展离不开对物质结构的探索和研究。1811年，意大利科学家阿伏加德罗 在总结气体参加化学反应时体积变化的基础上，提出了分子的概念，认为气体分子可以由几个原子组成。1860年，国际化学界 接受了50年前阿伏加德罗提出的分子假说，确立了“原子分子论”即不同元素代表不同原子，原子按一定方式结合成分子，分子组成物质，分子的结构直接决定分子的性质。一、促进了化学科学的发展俄国化学家门捷列夫又把似乎互不相干的化学元素，按照相对原子质量的变化联系起来，发现了自然界的重要规律元素周期律，从而把化学元素及其相关知识纳入一个自然序列变
2、化的规律之中，有助于从理论上指导化学元素的发现和应用。到20世纪40年代，人们已经发现了自然界中存在92种化学元素。与此同时，人们又开始用粒子高能加速器来人工制造化学元素。一、促进了化学科学的发展19世纪中叶，对有机化合物的认识也取得了重大进展。碳原子的四价、有机物中碳原子成键的立体结构、有机化合物分子中价键的饱和性等相继被发现，有机合成在一定程度上已可以做到“按图索骥”，而用不着单凭经验摸索了。这些进展为有机立体化学的发展奠定了基础，对有机化学的进一步发展意义重大。一、促进了化学科学的发展从1900年至今，通过化学合成和分离手段得到的新物质的数量急剧增加。合成或从自然界分离出更多的新物质，能
3、更好地满足人类的生活和社会可持续发展的需要。2003年达到4 500万种，2015年突破1亿，到2018年高达1.4亿种。一、促进了化学科学的发展研究物质结构，能够为设计与合成新物质提供理论基础，也可以帮助我们预测物质的性能。二、物质结构的探索无止境探寻人类和其他生物生命运动的化学机理，是21世纪化学科学亟待解决的重大课题之一。20世纪经典生物学的最大突破是在分子水平上探索生命现象的本质，这一过程也离不开对物质结构的研究。到2017年，在已颁发的106次诺贝尔化学奖中，获奖最多的属于生物化学领域，高达50次。这些工作绝大多数与物质结构鉴定有关。2009-2017诺贝尔化学奖分布统计二、物质结构
4、的探索无止境研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理有助于进行手性生物分子和手性药物的开发，特别是人类亟待解决的抗癌药物的设计、制备和筛选，以及合成一大批高效、无毒副作用的药物；研究食草动物胃内的酶是如何把植物纤维分解为小分子为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础；合成具有生物活性和生理活性的分子可帮助人类揭示生命的奥秘；了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理创造“新陈代谢”的目标就能得以实现这些研究都需要物质结构理论与分析测试技术的支持。二、物质结构的探索无止境如何确定化学反应的途径？物质转化中与化学键相关的问题两个或多个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什
5、么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何预测化学反应的速率？量子化学是结构化学最重要的理论基础，结构化学是量子化学最直接的实验基础和推动力量。二、物质结构的探索无止境物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展亦具有重大意义。绿色合成方法的设计和实施，合成具有高活性和选择性的催化剂，都依赖于对物质转化规律、催化剂结构和催化机理的研究。环境的改善，将进一步提高人类的生活质量，促进社会的可持续发展。二、物质结构的探索无止境在过去的100多年里，化学作为一门中心的、实用的、创造性的科学，已经为人类认识物质世界和人类文明的进步作出巨大贡献。化学创立了研究物质结构的理论
6、、方法和实验手段，初步揭示了物质的结构和性能之间的关系和规律，为设计具有各种特殊功能的新物质提供了有效的方法和手段。对物质结构的进一步研究，将会使明天的世界变得更加绚丽多彩。课堂小结物质结构研究的意义促进了化学科学的发展物质结构的探索无止境课堂练习C1、化学与材料科学息息相关，从一定意义上讲，材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，就不可能使新的科学技术成为生产力。下列有关材料的说法不正确的是()A.材料是为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质B.人类使用和制造材料有悠久的历史，制造出的第一种材料是陶C.由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度较高，故航天飞机的保护层可以采用镁铝合金D.高分子分
7、离膜是具有传统高分子材料的机械性能，又具有特殊分离功能的功能高分子材料制成的薄膜课堂练习2、Zewail创立的飞秒(1fs1015 s)化学研究了极短时间内的反应历程，巧妙地解决了如何确定反应起点问题。例如HI与CO2的反应过程片段为：HOCOHOCO HOCO。下列有关说法正确的是()A.中间产物HOCO属于有机化合物B.反应起点为HI离解为H和I自由基，终点为HO自由基与I自由基结合C.HOCO经1 000 fs离解为HO自由基和CO，说明HI与CO2的反应速率极快D.飞秒化学展现的反应历程不能为“化学反应实质是旧键断裂和新键形成”提供有力证据B课堂练习3、为了进一步提高合成氨的生产效益，科研中最有开发价值的是()A.寻求H2的新来源B.研制耐高温高压的新材料合成塔C.研制低温下活性较大的催化剂D.研制高温下活性较大的催化剂C谢谢观看
