大学物理化学授课课件第1章绪论(本科专业).ppt
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1、Inorganic ChemistryInorganic ChemistryInorganic ChemistryInorganic Chemistry无无无无 机机机机 化化化化 学学学学授课教师:授课教师:曾冬铭曾冬铭E-mail:电话:电话:中南大学中南大学化学化工学院化学化工学院22114433理性规划四年大学生活理性规划四年大学生活经常与亲人联系沟通经常与亲人联系沟通培养良好的学习生活习惯培养良好的学习生活习惯主动热情的参与社团活动主动热情的参与社团活动写给写给 14 级新同学们级新同学们&化学是什么化学是什么&无机化学概述无机化学概述&如何学好无机化学如何学好无机化学 绪论基本内容
2、绪论基本内容n 化学的定义化学的定义 化学是化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、制备、在原子和分子水平上研究物质的组成、制备、性质、结构、应用及其作用和变化规律的性质、结构、应用及其作用和变化规律的科学。科学。化化学学的的中中心心含含义义在在“化化”字字。化化在在汉汉语语中中指指变变化化和和造造化化,因因此此把把英英文文 chemistry 按按含含义义译译为为“化化学学”,既既古古雅雅又又恰恰当当。据据考考证证,中中文文“化化学学”一一词词最最早早于于1856年年(清清咸咸丰丰六六年年)由由英英国国人人A.Williamson 编编写写的的格格物物探探原原一一书书用用了了“化化学学”一一
3、词词。该书还介绍了西方近代科学中的一些化学知识。该书还介绍了西方近代科学中的一些化学知识。化学是什么?化学是什么?摘自周公度著摘自周公度著化学是什么化学是什么n 化学的研究内容化学的研究内容 化学的化学的化学的化学的研究内容研究内容研究内容研究内容一是利用各种分析方法测一是利用各种分析方法测定物质由哪些原子以什么定物质由哪些原子以什么比例组成,原子间以什么比例组成,原子间以什么作用力结合在一起,它们作用力结合在一起,它们具有什么样的空间排布。具有什么样的空间排布。三是阐明并控制化三是阐明并控制化学反应的全过程。学反应的全过程。二是用化学合成手二是用化学合成手段制造出各种组成段制造出各种组成和结
4、构的化合物和和结构的化合物和材料。材料。化学已经成为自然科学化学已经成为自然科学 基础学科的中心。基础学科的中心。n 化学的主要特征化学的主要特征-Theodore L.Brown,H.Eugene LeMay,Jr.,Bruce E.Bursten 著著 化学是一门以实验为基础化学是一门以实验为基础 的科学。的科学。化学的主要任务是创造新化学的主要任务是创造新 物质。物质。C60氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷碳纳米管碳纳米管合成皮肤合成皮肤n 化学在社会发展中的地位及作用化学在社会发展中的地位及作用(一)化学是社会发展的推动者(一)化学是社会发展的推动者 用火的化学活动产生了人用火的化学活动产生了人
5、早期的化学活动和社会早期的化学活动和社会 的发展的发展 烧制陶瓷烧制陶瓷钻燧取火钻燧取火西周时期的陶瓷西周时期的陶瓷 在在人人类类的的进进化化过过程程中中,有有了了用用火火的的实实践践活活动动,就就使使他他们们从从猿猿猴猴等等灵灵长长类类动动物物中中脱脱颖颖而而出出,进进化为人。化为人。早期的化学活动和社会的发展(续)早期的化学活动和社会的发展(续)冶炼金属冶炼金属司母戊鼎司母戊鼎 司司母母戊戊鼎鼎是是商商朝朝前前期期的的代代表表作作,是是商商王王为为其其母母亲亲“戊戊”铸铸造造的的。司司母母戊戊鼎鼎是是目目前前世世界界上最大的出土青铜器。上最大的出土青铜器。冶丹冶丹葛洪炼丹图葛洪炼丹图 炼炼
6、丹丹主主要要是是在在丹丹炉炉中中以以各各种种矿矿物物和和金金属属为为原原料料炼炼制制丹丹药药,对对它它们们进进行行化化学学变变革革,希希图图得得到到新新的的物物质质。这这过过程程对对一一些些元元素素及及化化合物的认识得到了提升。合物的认识得到了提升。化学变化的朴素观点化学变化的朴素观点 四原性说四原性说火火干干土土水水冷冷热热气气湿湿 四四原原性性说说认认为为原原初初物物质质是是物物性性的的组组成成。物物性性有有相相互互对对立立的的热热、冷冷、干干和和湿湿这这四四种种。这这四四种种物物性性两两两两组组合合,成成为为六六对对。由由于于对对立立面面无无法法成成双双共共存存,即即同同一一物物体体不不
7、可可能能既既是是热热的的又又是是冷冷的的,或或者者说说既既是是干干的的又又是是湿湿的的。由由此此推推出出基基本本的的物物性性只只能能结结合合成成四四对对:热热和和干干,干干和和冷冷,冷冷和和湿湿,湿湿和和热热,它它们们分分别别与与四四种种原初物质火、水、土、气相对应。原初物质火、水、土、气相对应。亚里士多德的亚里士多德的“四原性说四原性说”示意图示意图 五行说五行说“五行说五行说”的相生相克规律的相生相克规律 五五行行说说认认为为构构成成宇宇宙宙的的五五种种基基本本元元素素是是金金、木木、水水、火火、土土。将将它它们们成成为为“五五行行”。这这里里的的“行行”的的含含义义是是行行为为、性性能能
8、,五五行行即即五五种种不不同同性性能能的的物物质质,它它们们相相生生相相克克,相互结合起来而生成万物。相互结合起来而生成万物。近代化学和社会的发展近代化学和社会的发展 拉瓦锡的燃烧理论拉瓦锡的燃烧理论拉瓦锡拉瓦锡 拉拉瓦瓦锡锡推推翻翻了了长长期期以以来来统统治治化化学学界界的的“燃燃素素说说”,建建立立了了燃燃烧烧的的“氧氧化学说化学说”,揭开了燃烧现象的本质。,揭开了燃烧现象的本质。道尔顿原子学说和新元素道尔顿原子学说和新元素 的发现的发现道尔顿道尔顿 道道尔尔顿顿的的化化学学原原子子学学说说把把原原子子论论与与元元素素学学说说统统一一起起来来,成成为为有有机机整整体体,使化学成为一门独立科
9、学。使化学成为一门独立科学。近代化学和社会的发展(续)近代化学和社会的发展(续)阿佛加德罗分子论和微观世界阿佛加德罗分子论和微观世界阿佛加德罗阿佛加德罗 阿阿佛佛加加德德罗罗在在物物体体和和原原子子这这两两种种物物质质层层次次之之间间引引进进了了一一个个新新的的层层次次分分子子,用用以以解解释释当当时时的的许许多多实实验验事事实实。该该理理论论对对化化学学科科学学的的发发展展起起了了重重大大作作用用,使使人人们们的的眼眼光光深深入入到到微微观观世世界界,了了解解分分子子由由原原子子组组成成,了了解解分分子子的的大大小小和和质质量量等情况。等情况。尿素和有机物的人工合成尿素和有机物的人工合成人工
10、合成尿素的首创者维勒人工合成尿素的首创者维勒 德德国国化化学学家家维维勒勒利利用用无无机机物物人人工工合合成成出出了了有有机机物物尿尿素素,这这是是化化学学发发展展的的一一大大进进步步,给给了了此此前前广广泛泛流流行行的的“生生命命力力论论”以以巨巨大大的的打打击击。此此后后,化化学学家家们们从从无无机机物物出出发发相相继继合合成成出出了了一一系系列列有有机机物物,使使人人们们确确信信可可以以由由无无机机物物人人工工合合成成出出有有机物。机物。20世纪的化学使社会迅猛发展世纪的化学使社会迅猛发展 合成氨和化学肥料的发展合成氨和化学肥料的发展哈柏教授实现了人工合成氨哈柏教授实现了人工合成氨 哈哈
11、柏柏合合成成氨氨的的伟伟大大意意义义在在于于大大规规模模人人工工固固氮氮获获得得成成功功,使使大大规规模模生生产产化化肥肥成成为为现现实实,大大大大地地促进了农业现代化。促进了农业现代化。高分子材料的发展高分子材料的发展塑料塑料橡胶橡胶晴纶晴纶(纤维)(纤维)塑塑料料、橡橡胶胶和和纤纤维维并并称称为为三三大合成高分子材料。大合成高分子材料。核化学和放射化学的发展核化学和放射化学的发展 在在20世世纪纪后后半半叶叶,核核化化学学和和放放射射化化学学的的发发展展,进进一一步步提提升升了了人人们们对对物物质质世世界界的的认认识识,切切实实的的惠惠及及广广大大人人民民。例例如如:(1)以以放放射射性性
12、药药物物治治疗疗困困扰扰人人类类的的癌癌症症等等疾疾病病;(2)利利用用核核裂裂变变发发展展核核电电站站,核核能能已已成成为为了了能能源源的的重重要要成成员员;(3)用用核核化化学学技技术术,如如中中子子活活化化分分析析法法,测测定定物物体体中中各各元元素素的的含含量量;用用14C放射性同位素法测定历史文物的年代。放射性同位素法测定历史文物的年代。对生命物质的认识对生命物质的认识蛋白质的结构蛋白质的结构DNA超螺旋结构超螺旋结构 化化学学家家对对蛋蛋白白质质和和核核酸酸等等生生命命物物质质的的研研究究,不不仅仅使使生生物物化化学学迅迅速速发发展展,而而且且由由此此诞诞生生了了结结构构生生物物学
13、学和和分分子子生物学。生物学。(二)化学是能源的开拓者(二)化学是能源的开拓者n 化学在社会发展中的地位及作用(续)化学在社会发展中的地位及作用(续)化化学学是是什什么么?从从能能源源领领域域看看,化化学学是是提提高高开开采采能能源源的的采采收收率率,延延长长能能源源枯枯竭竭到到来来的的时时间间;化化学学是是提提高高能能源源加加工工、炼炼制制的的水水平平,获获得得高高质质量量的的产产品品和和利利用用效效率率;化化学学是是开开发发经经济济实实用用、不不会会枯枯竭竭的的新新能能源源,满满足足社社会会的的可可持持续续发发展展物物质质基基础础;化化学学是是减减少少“三三废废”的的排排放,减轻对环境的污
14、染。放,减轻对环境的污染。煤煤石油开采平台石油开采平台(二)化学是能源的开拓者(续)(二)化学是能源的开拓者(续)天然气灶天然气灶氢能燃料电池氢能燃料电池生物质能生物质能(能替代石油的能源)(能替代石油的能源)核能发电站核能发电站(三)化学是材料的研制者(三)化学是材料的研制者 金属材料金属材料钢筋钢筋铝材铝材钛合金钛合金 合成高分子材料合成高分子材料化学纤维化学纤维高分子薄膜材料高分子薄膜材料医用高分子材料医用高分子材料 玻璃和陶瓷玻璃和陶瓷玻璃玻璃陶瓷陶瓷 电子信息材料电子信息材料单晶硅太阳能电池板单晶硅太阳能电池板液晶显示器液晶显示器(四)化学是环境的保护者(四)化学是环境的保护者 随着
15、工业的发展,废气、废水废渣所带来的环境污染越随着工业的发展,废气、废水废渣所带来的环境污染越来越严重,如何治理三废是化学工作者所面临的重要任务。来越严重,如何治理三废是化学工作者所面临的重要任务。怎样来保护我们自己的家?怎样来保护我们自己的家?怎样来保护我们生存的环境?怎样来保护我们生存的环境?-作为一个化学工作者,重任在肩!作为一个化学工作者,重任在肩!湖湖南南省省人人民民政政府府省省长长周周强强在在2008北北京京国国际际新新闻闻中中心心回回答答中中央央电电视视台台记记者者提提问问时时透透露露,湖湖南南通通过过三三方方面面措措施施,投投资资1700多多亿亿人人民民币币治治理理湘湘江江污染,
16、保护湘江水质,把湘江打造成为中国的莱茵河。污染,保护湘江水质,把湘江打造成为中国的莱茵河。由由中中南南大大学学组组建建的的国国家家重重金金属属污污染染防防治治工工程程技技术术研研究究中中心心于于2012年年4月月成成立立,这这是是依依托托中中南南大大学学组组建建的的第第一一个个国国家家工工程程技技术术研研究究中中心心,也也是是我我国国首首个个重重金金属属污污染染防防治治国国家家级级科科技技创创新新平平台台。该该中中心心的的组组建建对对促促进进环环境境工工程程学学科科发发展展、推推动动我我国国重重金金属属污污染染防防治治技技术术整整体体水水平平的的显显著著提提升升具具有重要意义,对湘江流域乃至我
17、国重金属污染治理将发挥重要作用。有重要意义,对湘江流域乃至我国重金属污染治理将发挥重要作用。(五)化学是美好生活的创造者(五)化学是美好生活的创造者 人们的衣、食、住、行、美、健等都与化学紧密相连。人们的衣、食、住、行、美、健等都与化学紧密相连。衣衣:人人们们穿穿的的衣衣服服是是由由色色彩彩鲜鲜艳艳的的衣衣料料做做成成的的。它它包包含含了了许许多多的的化化学学物物质质,如如:各各种种化化学学染染料料、各各种种合合成成纤纤维维。它它使使人人们们的的穿穿着着更更加加美美丽丽,对对生生活活充充满信心满信心。食食:饮饮食食是是人人类类生生存存的的决决定定因因素素之之一一。在在人人们们的的食食物物中中,
18、调调味味品品是是必必不不可可少少的的。如如味味精精,甜甜味味剂剂;另另外外食食品品保保鲜鲜剂剂等等,这这些些都都是是化化学学产产品品。所所以以说说人人们的饮食离不开化学。们的饮食离不开化学。住住:居居住住是是人人类类生生存存的的基基本本条条件件之之一一。各各种种建建筑筑、装装潢潢材材料料无无一一不不是是化化学学产产品品。如如:钢钢材材、水水泥泥、油油漆漆,玻玻璃璃、塑塑料料板板材材等等,正正是是有有了了这这些些材材料料,才才使使我我们们能能够居住在温暖舒适的房间里。够居住在温暖舒适的房间里。行行:用用以以代代步步的的各各种种交交通通工工具具如如:汽汽车车、轮轮船船、飞飞机机、自自行行车车等等都
19、都是是由由化化学学产产品品构构成成的的。车车体体是是由由钢钢材材构构成成的的、轮轮胎胎是是由由橡橡胶胶制制作作的的,汽汽油油、柴柴油油、润润滑滑剂剂、防冻剂等都是化学产品。防冻剂等都是化学产品。美:美:各种洗涤化装用品如:洗涤剂、肥各种洗涤化装用品如:洗涤剂、肥皂、去污剂、美容霜、香水等等,都是皂、去污剂、美容霜、香水等等,都是化学产品。化学产品。健:健:用以保证人们健康、抵御疾病的各用以保证人们健康、抵御疾病的各种药物,都是经过化学合成出来化学药种药物,都是经过化学合成出来化学药品,数不胜数。品,数不胜数。化妆品化妆品药品药品食品安全问题食品安全问题 触目惊心!触目惊心!苏丹红咸鸭蛋苏丹红咸
20、鸭蛋三聚氰胺奶粉三聚氰胺奶粉瘦肉精瘦肉精镉米镉米染色馒头染色馒头牛肉膏牛肉膏假葡萄酒假葡萄酒爆炸西瓜爆炸西瓜肯德基肯德基毒豆芽毒豆芽 黑夜给了我黑黑夜给了我黑色的眼睛,我却用色的眼睛,我却用它寻找光明。它寻找光明。顾城顾城(六)化学是新兴产业的支撑者(六)化学是新兴产业的支撑者 新化合物和新材料的探索研究新化合物和新材料的探索研究C60(足球烯)(足球烯)石墨烯石墨烯 石石墨墨烯烯是是一一种种由由单单层层的的碳碳原原子子组组成成的的二二维维纳纳米米碳碳材材料料,厚厚度度约约为为 0.35 nm,是是目目前前世世界界上上最最薄薄的的一一种种材材料料。石石墨墨烯烯的的导导电电能能力力和和载载流流密
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