共23 1
欢迎你
来自全国 各地的新同学
共23 2
§0-1. 化学研究的对象和内容
• 什么是化学?
• 化学是一门中心的、实用的和创造性科学
• 目前,人们把客观存在的物质划分为实物和
场两种形态,化学研究的对象是实物,场不属于
化学研究的范畴。
• 化学通常说是研究物质的组成、结构、性质
与变化规律的科学。
• 这里的物质包括: 自然界存在的一切物质---
地球的矿物, 空气中的气体, 海洋中的水和盐;
动植物体内找到的化学物质; 人类创造的新物
质。
共23 3
• 这里的变化包括: 因闪电而着火的树木; 与生
命相关的变化和由化学家发明和创造的新变化。
• 就物质的构造而言,大至宏观的天体,小至
微观的基本粒子,其间可分为若干个层次。
• 第一层次:包括地球在内的天体称为第一层次;
• 第二层次:组成天体的单质和化合物称为第二层
次;
• 第三层次:组成单质和化合物的原子,分子和离
子作为第三层次;
• 第四层次:组成原子,分子和离子的电子、质子、
中子以及介子、等许多基本粒子还可构成第四层
次;
• 就化学而言,其研究对象只局限在原子,分
子和离子这一层次上的实物。
共23 4
另外,物质的运动包含有多种形式,如机械运
动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动等
等,而化学研究的内容仅限于研究物质的化学运动
即化学变化。
化学变化的特点表现在:
(1)在化学变化过程中原子,分子和离子因核外
电子的运动状态的改变而发生分解和化合,即是质
变,这是化学变化的第一个特点;
(2)化学变化的同时常伴随有物理变化,即能量
的变化(如光、热等),因此在研究物质的化学变
化的同时,必须注意研究相关的物理变化,这是化
学变化的第二个特点;
共23 5
(3)在化学变化时反应物是按一定的质变关系来
发生变化的,即有定量的关系,这是化学变化的第
三个特点。
在化学变化后,物质的组成发生了改变,也就
是说由原物质变成了新的物质,但不涉及新元素的
生成,即不涉及到原子核的改变。例:
235
92 U + 1
0 n( ) 56 a + 36Kr + (2-3) 1
0 n
2
1 H + 3
1 H 4
2 H + 1
0n
共23 6
这种运动一般都纳入物理变化的范畴,但却有
新物质的产生,而我们说的化学变化是发生分子组
成的质变,这种质变是由于分子中的原子外层的电
子的运动状态的改变而引起的。 在这里原子核的
组成并没有发生变化,即化学变化的根本特点是:
在原子核组成不变的情况下发生的质变,是由于分
子或原子、离子等内部的 电子的运动而引起的物
质组成的质变,所以上述核反应就不是化学变化。
超分子:比分子高一个层次,是超分子层次
(Supramolecule scale),它也是化学研究的对
象。
共23 7
超分子的内涵有二:
其一是与很大的分子同义,即巨分子
(Macromolecule),它们是单一的分子,它们的
原子间以强相互作用力结合,但它们是由许多小分
子合成的, 而且具有某种特殊的高级结构或构型。
另一层含义是若干个分子以弱的相互作用力
(通常称为分子间作用力,包括范德华力和氢键等)
相联系,并且通过所谓“自组装”(Self-
assembling)或“自组织”(Self-organizing)构筑
(tectonize)成某种结构。
通常化学研究的是第二种含义。近年来 人们
普遍认为超分子以上的层次是21世纪化学重要的
研究对象 。
共23 8
综上所述,可以给我们研究的化学下一
个这样的定义:
化学主要在分子层次上以及以超分子为
代表的分子以上层次上研究物质组成、结构、
性能和变化的学科(包括过程中能量关系)。
至于将来,究竟化学研究的分子以上的
层次还将如何向上发展,以什么为代表,尚
不能做出预言。
共23 9
§0-2.化学发展简史和前景
• 2.1 古代化学
• 一、实用和自然哲学时期
• 原始社会:人类第一个化学上的发明就是火;
• 奴隶社会:“实用时期”(实用化学工艺为
特征),如:炼铁;有色玻璃;药物、染料和香
料;陶器等等。
• 两汉时期:发明了造纸术,不少零星的化学
知识,
• 思考宇宙结构和物质问题的基础,并提出了
一些看法。如:
• 亚里士多德:四种“原性”------热、冷、干、湿
构成宇宙的四种原质。
共23 10
二、炼金术和炼丹术时期(公元前后---公元1500
年)
道学家用化学方法去“炼丹”(即Pb3O4 和
HgS)。前者也称红丹,铅丹,橙红色粉末。
东汉的魏伯阳著有“周易参同契”一书,这部
书是世界上最早的炼丹术文献。
阿拉伯炼丹术比中国晚500年。
“哲人石”
在这段时期,化学走入了歧途,但也积累了更
多的化学知识,提高了实验技术水平,制作了许多
器皿。
共23 11
三、医药化学时期
在16世纪初期,开始了资本主义工业的发展,
商业的兴盛和生活本身提出的一系列的新要求。如
医治疾病等迫使化学走上了正路。
李时珍(医药化学家、医生)著有医药学巨著
“本草纲目”(1590年)。当时用化学方法制成
了许多药剂,主要是无机物成功地医治了一些疾病,
促使许多医生加入这一队伍,推动了化学的发展。
由于和化学联系最密切的在当时除药物外就
是冶金了, 所以人们的注意力指向了燃烧反应,
即化学进入了第四个时期---- 燃素学说时期。
共23 12
四、燃素学说时期(公元1700-1774年)
史塔尔:1700年提出了一种燃素学说。
他认为任何能燃烧的物体里都含有一种名叫燃
素的物质。
学说的主要功绩是彻底清除了亚里士多德的
“原性”学说。
困难:所有被氧化的金属总是比氧化前要重些,
这和预期的适好相反。
拉瓦锡的氧化理论(1774年), 通过实验证
实燃烧并不是放出燃素,恰恰相反,是燃烧物质和
空气中的氧所起的化合反应,近代化学也就由此产
生了萌芽。
共23 13
2-2 近代化学的萌芽
1661年波义耳(Boyle):“怀疑派的化学家”
1869年门捷列夫:元素周期律。
天平的使用:它使化学的研究进入定量阶段。
1748年罗蒙罗索夫的质量不灭定律;
1774年拉瓦锡的氧化理论;
18世纪末普劳斯特的定比定律;
1803年道尔顿(Dolton)建立的倍比定律,
当量电功率,原子学说,相对原子量;
1811年阿佛加德罗(Avogadro)定律和分子
概念,使化学成为一门科学;
1869年门捷列夫:元素周期系,并找出了它们
的规律,使化学体现了从量变到质变的客观规律。
共23 14
2-3 化学的现在与未来前景
X-射线:
放射性:
电子:
三大发现的意义在于打开了探索原子和原子核
内部结构的大门,孕育着科学上的新概念和新理论
的产生。
物理学:量子论、相对论和量子力学新理论。
化学:原子结构和分子结构学说。
这是一场巨大的科学革命,化学也就由此进入
了现代化学的发展时期。
共23 15
现代化学具有不同于过去历史时期的显著特点:
• 从宏观的研究深入到微观的研究;
• 从描述性科学向推理性的科学过渡;
• 大大提高了化学的定量化水平,向定量科学发展;
• 对物质的静态结构和化学反应的动态研究愈精细
化;
• 化学学科既高度分化又高度综合的发展趋势日益
加速。
所以,从这些不同来看,现代化学的主要发
展趋势概括起来说,是沿着以下六个主要方面发
展:
现代化学的主要发展趋势
• 1、结构与性能关系;
• 2、原子核结构和核内
微粒运动规律的研究
;
• 3、合成化学研究;化
学的核心是合成;
• 4、化学动力学的研究
;
• 5、分析测试方法和技
术的研究及其应用
• 6、学科的进一步分化
和融合,产生大量的
边缘学科。
化学家涉足的工业领域如图所示
共23 18
现代化学的若干基本问题
• 反应过程与控制
• 合成化学
• 基于能量转换的化学反应
• 新反应途径与绿色化学
• 设计反应
• 纳米化学与单分子化学
• 复杂体系的组成、结构与功能间关系研究
• 物质的表征、鉴定与测试方法
共23 19
• 目前全球关注的四大热点问题:
• 环境的保护
• 能源的开发和利用
• 新材料的研制
• 生命科学
共23 20
• 1.以无机化学基本原理为纲
• 热力学原理 --- 宏观
• 结构原理(原子、分子、晶体) --- 微观
• 元素周期律 --- 宏观和微观
• 2.预习--- 复习 --- 总结
• 规律性、特殊性、反常性。记忆重要性质。
• 3.作业
• 通过课后习题巩固理论知识
共23 21
主要参考书目
1.无机化学学习指导 淮北煤炭师范学院编著
中国矿业大学出版社
2. 无机化学 (第三版)北京师范21大学编著,
高等教育出版社出版
3. 无机化学习题精解 胡少文等编著,
科学出版社出版
4.无机化学(第三版) 武汉大学主编,
高等教育出版社出版
5. 无机化学 (第一版)傅献彩主编,
高等教育出版社出版