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1、1,化学与社会 Chemistry and Society 张德 主讲 13798969268 619268,化学研究的对象和性质,化学是从原子、分子层次研究物质的组成、结构、性质和能量变化的科学； 化学是一门实用的、创造性的中心科学！,世界是由物质组成的。而每种物质又是由相同或不相同的原子以各自的结合方式而存在于自然界。,物质的结构： 原子结构、分子结构、晶体结构 能量变化： 化学变化过程中伴随着功和热的转换关系,4,1、什么是“化学”,2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l),例子：氢气在空气中燃烧生成水,物质的组成发生变化； 物质的凝聚态发生变化；（气态冷凝为液态） 伴随能量的
2、变化；（放热过程，285.8kJ/mol）,5,2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l),总结化学变化的特征： 化学变化伴随有新物质的生成，是发生了质的变化！既物质的组成、结构和性质发生了变化！ 化学变化遵守：质量守恒定律 化学变化遵守：能量守恒定律（热力学第一定律）。 化学变化的实质： 参加反应的各原子之间电子转移和重新配对的过程。,参加反应的各分子之间旧的化学键的断裂和新的化学键的生成。,化学是研究物质变化的科学,量变,质变,质量变化 + 能量变化 质量守恒 能量守恒 遵守热力学的三个定律规则,结构变化 + 原子结构 电子层结构 核外电子运动轨迹 分子结构 化学键 原子的空间排布
3、 聚集态结构 晶体结构 非晶结构 液晶态结构 超分子结构,性能变化 化学性能变化 氧化性与还原性 酸碱性 物理性能变化 m.p、b.p. 密度、硬度 导电、导热性 光、磁性能 溶解性,7,化学家的具体工作是什么？ 研究和了解自然界。 化学家们今后的具体工作仍然是对自然界中已有物质的分离、提取，组成、结构、性质的破译和新物质的探索发现、仿生、绿色合成等方面的研究。 创造自然界不存在的新物质和完成化学变化的新途径。（温度、压力、催化剂等） 和任何自然科学一样，化学研究的最终目标是为人类造福。,8,人生的欲望 1. 生存欲；化学科学肩负着解决人类生存的物质条件的 重任。 (衣、食、住、行) 等资源的
4、综合利用、合理使用能源以及保护和改善人类赖以生存的环境。 2. 提高欲；新能源、新材料；衣着的时尚、居住的宽敞 舒适、出行的方便快捷、安全等。 3. 长寿欲；化学与医学的合作，人体中微量元素的功能 研究，人类平均寿命由1900年的45岁到现在的80岁。,9,中心科学,农业、药学、生物学、生命科学、环境科 学、计算机科学、地质学、物理学、冶金学等很多领域都离不开化学。 总之化学与工业、农业、国防、航天、航海、交通运输，人类生活和社会发展等都有非常密切的关系。,2、化学的地位和作用,图1-1 化学在各学科领域中的地位,11,地质学：矿物、陨石、大气、水体和土壤,新疆铁陨石落于新疆维吾尔族自治区准噶
5、尔盆地，重约30吨,12,化学是生命科学的重要支柱 遗传密码,。,DNA Double Helix,生命科学：蛋白质，DNA，酶,13,化学涉足的工业领域,高分子材料在现代社会中无处不在：,、,衣，食，住，行，娱乐，航空航天、健康等,15,交 通,化学与生活,16,化学与食品添加剂,常用的合成食用色素 1）苋菜红 2）胭脂红 3）柠檬黄 4）日落黄 5）靛蓝,其它添加剂如：甜味剂、防腐剂、香料、杀菌剂等,化学与能源,水能,18,化学与环境,19,化学与民用 烟花爆竹,20,化学与航天 宇航员装备 后背座：推进器，液体氧, 水罐等。 控制板：调节氮气，氧气和水的循环应用等。 头盔：透明塑料（多层
6、材料)，涂金的防护镜，可减少太阳光的辐射。 手套：硅橡胶，给出触感。,。,化学与国防 导弹,22,化学与药物,青霉素,A.Fleming,青蒿素C 15 H 22 O 5,23,青蒿素无色针状晶体 屠呦呦,24,(3) 化学的研究热点,化学仍是解决食物短缺、三废污染问题的 主要学科,化学推动了新材料科学的发展,化学开发利用了太阳能、氢能,化学是生命科学的重要支柱性学科,25,无机化学：无机物的组成、结构、性质 有机化学：碳氢化合物及其衍生物的的化学 分析化学：测量和表征物质的组成、结构 物理化学：研究化学科学的理论核心 高分子化学：高分子材料 应用化学、放射化学、环境化学、生物化学、食品化学、
7、药物化学、农业化学、地球化学等等,3、化学有哪些具体学科？,26, 了解化学在自然科学、社会进步和科技发展中的作用和中心地位。 了解化学在发展过程中与其他学科交叉渗透的特点。 了解化学具有实验和理论并重的特点。,4、我们要学什么？,化学元素周期表的说明,到目前为止已发现的化学元素有114个，但原子序数已排到116号，其中113号和115号元素待发现。 114个元素中有名字的111个，112号、114号和116号元素没有命名，暂时用英文缩写代替Uub、Uuq、Uuh。 在地球上天然存在元素有91个（排在1到94号），它们中包括10个天然放射性元素。人工制造的放射性元素有23个，分别是 43鍀、6
8、1钷、87钫、95鎇到113、115、116号共33 个。 在无放射性的81个自然元素中，金属元素61个、非金属气体元素10个、介于两者之间的元素有10个，它们分别是B、C、Si、P、As、Se、Te、I、S、Br。常温下液态元素有两个，Br和Hg。,27,化学基础知识,1. 单质：K、Na、Fe、He、N2、Br2、O2、O3 2. 无机化合物：H2SO4、HCl、Mg2(OH)2CO3 酸： H2SO4、HCl、H3PO4 、HNO3 碱：KOH、NaOH、Na2CO3、NaHCO3 盐：正盐NaCl、 Na2SO4 、 KMnO4、KBr 酸式盐NaHSO4 、碱式盐Mg2(OH)2CO
9、3、 复盐Al2 (SO4)3K2SO4 3. 有机化合物：CH4 C2H4 C3H8 CH3COOH CH3CH2OH,物质的物理状态,物质在常温常压下通常以气、液、固三态之一的聚集状态存在于自然界中。 在标准条件下， 纯净的化合物均有固定的（凝固点）熔点m.p、(气化点)沸点b.p。有的物质具有升华的物理性质。 构成物质的原子、分子如果是有序聚集，并具有自然几何多面体形态（非人工琢磨而成）的固体称之为晶体，晶体有固体晶体和液体晶体。 晶体通常具有特定的晶形； (针状、立方、菱形、斜方、片状和无定形等),绿 柱 石,金 刚 石 冰洲石,夜明珠 （萤石） CaF2,停，玻璃,天然水晶石 SiO
10、2,34,冰洲石、方解石、石灰石 CaCO3,酷似金子的（FeS2）黄铁矿,冰 州 石,冰 洲 石,天然石榴石矿 石榴石首饰,天然有机产物的晶形,，薄荷脑,同位素和新核素,同位素：具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素。 如：8O16 8O17 8OI8、 1H1 1H2 1H3 核反应及新核素的生成有三种方式： 1. 核蜕变： 88Ra226 86Rn222+(2He4)(镭、氡) 2. 核裂变： 92U235 +1n 56Ba142+36Kr91+31n 3. 核聚变： 1H2 +1H3 2He4+1n,原子质量数和原子量,1. 原子的质量数 =原子核内的中子数+核内的质
11、子数 (或加核外的电子数) 8O16 =8+8、 8O18 =10+8 2. 原子量 n=1.0080g/mol; p=1.0072g/mol ；e=0.00055g/mol (约1840) 该元素的所有同位素所占天然丰度的代数和。 35Br79=50.52%、 35Br81=49.48% Br=78.91830.5052+80.91630.4948 =79.9091 17Cl35=75.47%、 17Cl37=24.53% Cl=34.96900.7556+36.9650.2444 =35.4568,40,同素异形体和同分异构体,1. 同素异形体： 同一种元素，构成分子的结构不同，物理和化学
12、 性质不同。 C：金刚石、活性炭、石墨、炭黑、富勒烯 P: 白磷、红磷 S： 斜方硫、弹性硫 2. 同分异构体： 分子组成相同，结构不同，性质不同。 碳链异构、 位置异构、 几何异构、官能团异构、 光学异构、 构象异构、 互变异构、差向异构等。,41,、,手性，就是指和我们的手一样，具有实物与镜像不能完全重叠的特征物理性质，这种特性称之为手性。手性现象在有机结构中非常普遍。当一个饱和碳原子，连接了四个不同的原子或原子团时，它就具有了手性！实物与镜像是对映异构体，不能完全重叠。也就是说，它们互为对映体。单独一个结构说对映体，没有意义。化学性质相同。物理性质不同，手性分子可对偏振光产生作用。生物化
13、学性质不同。,常见元素的化学性质,1. 化学反应的实质： 参加反应的各原子之间电子转移并配对的过程。 2. 元素的电负性：原子在化合物中吸引电子的相对能力。 H 2.1、 C 2.5、 O 3.5、 S 2.4、 Cl 2.8、 F 4.0 Br 2.7、 N 3.1、 Al 1.5、Na 0.9、Mg 1.2 3. 化学键的构成：共价、离子、金属、氢键、配位键等 4. 氢键生成的条件：与氢原子结合的化学键两个原子，之 间的电负性差1时，分子间可生成氢键， 如：、 氢键的存在可以使物质的熔点、沸点明显升高，在水中的溶解性增大。 甲醇沸点65 ，乙烷沸点-88 5. 化学反应的类型：离子型、自由
14、基型,2019/10/19,第一章 有机化学概论,44,，,电磁波,物质的颜色与波长,，,消防与安全用火,火： 是可燃物(还原剂)在一定的条件下(着火热源: 燃点或自燃点)被助燃剂 (氧化剂、空气)氧化，发生剧烈反应, 同时释放出光和热的化学反应现象。 使用火是划定人与兽的界限，会安全合理地使用火是人类走进文明的标志。 正常合理的使用火，将会使我们的生活更加美好。 火灾：属于非正常、合理的燃烧现象。 爆炸和燃烧属是一种于同一化学现象，只是爆炸的反应速度比燃烧更快更猛。燃烧的传播速度每秒几米，而爆炸却发生在一瞬间，传播速度每秒成百上千米，最常见的爆炸是出于爆炸极限范围内的可燃气体的爆炸 (爆炸通
15、常是可燃物和氧化剂发生剧烈的氧化还原反应，同时伴随着气体的瞬间膨胀使局部的压强增大，破坏力增大)。,48,消防与安全用火,闪点： 可燃性液体达到一定的温度后，遇到明火即可在液体表面产生短促的闪光现象。 闪点是油品的挥发性和安全性指标。闪点可以衡量油料中的易挥发成分和可能产生爆炸、火灾的危险程度。 闪点愈低储运的危险性愈大。 汽油 -5.8 -10 乙醇 11 苯 -15 煤油 28 45 甲醇 9.5 丙酮 -12 ,49,消防与安全用火,爆炸极限： 可燃性气体或粉尘在空气中的 浓度达到一定的范围值后，遇明火即可爆炸的浓度范围值称为爆炸极限！ 甲烷 5.015.0% 乙醚 1.8536.5% 乙烯 2.7528.6% 氢气 4.074.2% 乙炔 2.580.0% 氨 15.527.0% 苯 1.4 7.1% CO 12.574.2% 乙醇 3.2818.95% H2S 4.345.5% 低于或高于这个范围值都不会发生爆炸和燃烧的。 2013年6月3日5:30左右，吉林省德惠市米沙子镇宝源丰禽业有限公司由于冷冻剂液氨泄漏，遇明火连锁爆炸造成120人死亡,77人受伤。,50,、,粉尘爆炸 面粉 60g/m3、煤粉 35g/m3、木粉40g/m3 、 纤维粉 50g/m3 铝粉 50g/m3、 镁粉50g/m3等 悬浮在空气中达到一定的浓
