基础化学绪论课件.ppt
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- 基础 化学 绪论 课件
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1、第一章第一章 绪绪 论论 1.1.化学的研究内容化学的研究内容 2.2.本课程的学习内容本课程的学习内容 化学是一门在原子、分子层次上研究化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。的科学。化学是以研究物质的化学变化为主的科学。化学是以研究物质的化学变化为主的科学。Chemistry is the study of the properties ofmaterials and the changes that materials undergo.一一 什么是化学什么是化学?21世纪的化学是研究泛分子。详言之,化世纪的化学是研究泛分
2、子。详言之,化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态,直到分子材料、分子器度的聚集态和组装态,直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应,制备、剪裁和组件和分子机器的合成和反应,制备、剪裁和组装,分离和分析,结构和构象,粒度和形貌,装,分离和分析,结构和构象,粒度和形貌,物理和化学性能,生理和生物
3、活性及其输运和物理和化学性能,生理和生物活性及其输运和调控的作用机制,以及上述各方面的规律,相调控的作用机制,以及上述各方面的规律,相互关系和应用的自然科学。互关系和应用的自然科学。-徐光宪徐光宪-化学的发展历史悠久、源远流长化学的发展历史悠久、源远流长第一时期:古代及中古时期(第一时期:古代及中古时期(17世纪中叶以前)世纪中叶以前)以实用为目的,化学知识来源于具体工艺以实用为目的,化学知识来源于具体工艺过程的实践过程的实践火的发现火的发现陶器的制作陶器的制作金属的冶炼金属的冶炼染色、酿造染色、酿造造纸、火药等造纸、火药等第二时期:第二时期:17世纪中叶世纪中叶-20世纪初世纪初 化学实现了
4、从经验到理论的重大飞跃,真化学实现了从经验到理论的重大飞跃,真正被确立为一门独立的学科,并出现了许多分正被确立为一门独立的学科,并出现了许多分支学科支学科 “空谈毫无用处,一切来自实验空谈毫无用处,一切来自实验”构成自然界的基本材料是一种由原初的构成自然界的基本材料是一种由原初的普遍物质构成的细小致密、不可分割的粒子。普遍物质构成的细小致密、不可分割的粒子。这种粒子结合成粒子团,粒子团再聚合成物这种粒子结合成粒子团,粒子团再聚合成物体。体。近代化学之父近代化学之父 拉瓦锡拉瓦锡 (A.L.Lavoisier(A.L.Lavoisier 法国化学家,法国化学家,1743174317941794)
5、1、物质燃烧时都放出光和热、物质燃烧时都放出光和热 2、物质只有在氧存在时才能燃烧、物质只有在氧存在时才能燃烧 3、空气由两种成分构成。物质在空气中燃烧时吸收了其中的、空气由两种成分构成。物质在空气中燃烧时吸收了其中的 氧,其增加的重量正好等于所吸收的氧的重量氧,其增加的重量正好等于所吸收的氧的重量 4、非金属燃烧后通常变为酸;金属煅烧后生成的锻灰是金属、非金属燃烧后通常变为酸;金属煅烧后生成的锻灰是金属 氧化物氧化物Lavoisier 的燃烧的氧学说(的燃烧的氧学说(1777)拉瓦锡于拉瓦锡于1743年年8月月26日出生于法国巴黎。他的父亲是一位日出生于法国巴黎。他的父亲是一位律师,家境富裕
6、。不过,他并没有秉承父亲的旨意从事法律,律师,家境富裕。不过,他并没有秉承父亲的旨意从事法律,而是爱上了自然科学。而是爱上了自然科学。博学多才的拉瓦锡研究过炸药,涉猎过农业栽培技术,改博学多才的拉瓦锡研究过炸药,涉猎过农业栽培技术,改良过养牛法,制定过开山筑路的计划。不过,最引人注目的成良过养牛法,制定过开山筑路的计划。不过,最引人注目的成就是他在化学和物理方面的贡献,尤其是他通过长期的严格实就是他在化学和物理方面的贡献,尤其是他通过长期的严格实验,发现了一种能助燃、助呼吸的气体,也就是我们今天所说验,发现了一种能助燃、助呼吸的气体,也就是我们今天所说的氧气。的氧气。氧气的发现是对拉瓦锡勤于思
7、考、勇于探索的钻研精神的氧气的发现是对拉瓦锡勤于思考、勇于探索的钻研精神的馈赠。其实,在此之前,已经有两位科学家触到了真理的鼻尖,馈赠。其实,在此之前,已经有两位科学家触到了真理的鼻尖,令人遗憾的是,囿于传统理论的束缚,他们都半途而废,从而令人遗憾的是,囿于传统理论的束缚,他们都半途而废,从而将撩开真理面纱的殊荣让给了拉瓦锡。将撩开真理面纱的殊荣让给了拉瓦锡。拉瓦锡发现氧气的故事拉瓦锡发现氧气的故事 瑞典化学家舍勒在瑞典化学家舍勒在1773年以前,就通过实验制取了纯净的氧年以前,就通过实验制取了纯净的氧气。但是,作为气。但是,作为燃素学说燃素学说的忠实信徒,他错误地把这种气体叫的忠实信徒,他错
8、误地把这种气体叫火气火气,并且认为燃烧是火气与燃烧物中的燃素结合的过程,火,并且认为燃烧是火气与燃烧物中的燃素结合的过程,火和热是火气与燃素化合的产物,从而未能正确地解释燃烧现象。和热是火气与燃素化合的产物,从而未能正确地解释燃烧现象。几乎与此同时,英国化学家普利斯特列也通过实验制取了这几乎与此同时,英国化学家普利斯特列也通过实验制取了这种气体。他把蜡烛放在这种气体中,发现火焰比在空气中更加炽种气体。他把蜡烛放在这种气体中,发现火焰比在空气中更加炽热明亮。他还把老鼠放进去,发现它比在等体积的寻常空气中活热明亮。他还把老鼠放进去,发现它比在等体积的寻常空气中活的时间约长了的时间约长了4倍。他亲自
9、尝试了一下,一吸进去,便倍。他亲自尝试了一下,一吸进去,便觉得这种觉得这种空气使呼吸轻快了许多,使人感到格外舒畅空气使呼吸轻快了许多,使人感到格外舒畅。但他没有继续研。但他没有继续研究,而是开始了在欧洲大陆的度假旅行。究,而是开始了在欧洲大陆的度假旅行。于是机遇女神青睐的目光投向了拉瓦锡。他发现于是机遇女神青睐的目光投向了拉瓦锡。他发现燃素学说燃素学说存在着许许多多的破绽。比如,既然金属在煅烧中逸出燃素,存在着许许多多的破绽。比如,既然金属在煅烧中逸出燃素,那为什么重量反倒增加呢那为什么重量反倒增加呢?而蜡烛呢,燃烧之后,竟一无所剩,而蜡烛呢,燃烧之后,竟一无所剩,似乎全部消失了。似乎全部消失
10、了。为了弄清事实的真相,拉瓦锡开始了严格的实验。他首先为了弄清事实的真相,拉瓦锡开始了严格的实验。他首先仔细地称量了装有空气和固态物质的密闭容器,然后用放大透仔细地称量了装有空气和固态物质的密闭容器,然后用放大透镜将阳光聚集在物质上,或者用火加热。当物质燃烧完后,再镜将阳光聚集在物质上,或者用火加热。当物质燃烧完后,再重新称量装有反应物的容器。他用各种不同的物质反复进行实重新称量装有反应物的容器。他用各种不同的物质反复进行实验,结果都表明,密封容器的重量在燃烧前后都不变。验,结果都表明,密封容器的重量在燃烧前后都不变。这是什么原因呢这是什么原因呢?拉瓦锡的大脑开始了紧张的思索。后来拉瓦锡的大脑
11、开始了紧张的思索。后来他终于得出结论:原来在没有密封的燃烧当中,空气中有一种他终于得出结论:原来在没有密封的燃烧当中,空气中有一种新的物质元素参与了反应,使得物质燃烧前后重量不一。为此,新的物质元素参与了反应,使得物质燃烧前后重量不一。为此,他把这种气体命名为酸素,也就是我们今天的氧气。他把这种气体命名为酸素,也就是我们今天的氧气。最后,拉瓦锡推翻了流传多年的最后,拉瓦锡推翻了流传多年的燃素学说燃素学说,指出:,指出:由于人工的或天然的操作不能无中生有地创造任何东西,由于人工的或天然的操作不能无中生有地创造任何东西,所以每一次操作中,操作前后存在的物质总量相等,且其所以每一次操作中,操作前后存
12、在的物质总量相等,且其要素的质与量保持不变,只是发生更换和变形,这可以看要素的质与量保持不变,只是发生更换和变形,这可以看成是公理。成是公理。这番话体现了这番话体现了物质不灭定律物质不灭定律的基本精神。的基本精神。拉瓦锡的思想超越了他的同时代人,因为他不仅注意到了拉瓦锡的思想超越了他的同时代人,因为他不仅注意到了物质在化学反应中性质的变化,而且注意到了数量上的变物质在化学反应中性质的变化,而且注意到了数量上的变化,化,从而使得化学科学割断了与古代炼金术的最后一根纽从而使得化学科学割断了与古代炼金术的最后一根纽带,以一种崭新的面目蓬勃发展起来带,以一种崭新的面目蓬勃发展起来。道尔顿道尔顿 原子论
13、原子论阿伏加德罗阿伏加德罗 分子假说分子假说门捷列夫门捷列夫 元素周期律(元素周期律(1869)第三时期:第三时期:20世纪世纪 现代化学飞速发展,化学的理论、研究现代化学飞速发展,化学的理论、研究方法、实验技术以及应用等方面都有了深刻方法、实验技术以及应用等方面都有了深刻的变化,并衍生出更多的分支和交叉学科。的变化,并衍生出更多的分支和交叉学科。二、二、20世纪的化学在推动人类进步和科技发展世纪的化学在推动人类进步和科技发展 中起了核心的作用中起了核心的作用 1、化学为人类的进步提供了丰富物质基础化学为人类的进步提供了丰富物质基础 化学包含两类不同的工作:有些化学家在化学包含两类不同的工作:
14、有些化学家在研究自然界并试图了解它;同时另一些化学家研究自然界并试图了解它;同时另一些化学家则在创造自然界不存在的新物质和寻找化学变则在创造自然界不存在的新物质和寻找化学变化的新途径化的新途径 化学不但能够大量制造各种自然界已有的化学不但能够大量制造各种自然界已有的物质,而且能够根据人类的需要创造出自然界物质,而且能够根据人类的需要创造出自然界本不存在的物质本不存在的物质 2、基础研究取得重大突破,研究领域不断扩展基础研究取得重大突破,研究领域不断扩展 放射性和铀裂变的重大发现,打开了原子放射性和铀裂变的重大发现,打开了原子物理学的大门。物理学的大门。化学键和和现代量子化学理论的建立,使化学键
15、和和现代量子化学理论的建立,使化学进入实验和理论计算并重的新时代,使人化学进入实验和理论计算并重的新时代,使人们对分子的理性设计和剪裁成为可能。们对分子的理性设计和剪裁成为可能。化学动力学与分子动态学的研究,使人们化学动力学与分子动态学的研究,使人们能深入到原子、分子的结构和内部运动,分子能深入到原子、分子的结构和内部运动,分子间相互作用和碰撞过程来研究化学反应的速率间相互作用和碰撞过程来研究化学反应的速率与机理与机理3、推动了相关学科的发展,、推动了相关学科的发展,促进了学科的交促进了学科的交 叉与渗透叉与渗透(1)牵动其他学科向分子层次发展牵动其他学科向分子层次发展 生物学从描述性的科学发
16、展成为生物学从描述性的科学发展成为20世纪末世纪末的前沿学科,在很大程度上是依靠化学所提供的前沿学科,在很大程度上是依靠化学所提供的理论、概念、方法,甚至试剂和材料的理论、概念、方法,甚至试剂和材料 生物小分子生物小分子(糖、血红素、叶绿素、维生糖、血红素、叶绿素、维生素素)的化学结构的研究。的化学结构的研究。生物大分子(蛋白质、酶)的分离提纯生物大分子(蛋白质、酶)的分离提纯技术及化学结构的研究技术及化学结构的研究 活性生物大分子的合成(维生素活性生物大分子的合成(维生素B12、胰、胰岛素)岛素)VB12Woodward (1965年,年,Nobel奖)奖)(2)化学带动了材料科学的发展化学
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