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1、普通化学,作者：盛恩宏,责任编辑：梁兵 出版日期：2010年7月 IDPN：308-2010-45 课件章数：6,第六章 化学与社会,第一节 化学与环境 第二节 化学与材料 第三节 化学与能源 第四节 化学与生命,人类生活的各个方面，社会发展的各种需要都与化学息息相关。化学与国民经济各个部门，尖端科学技术各个领域，以及人民生活中的各个方面、各种需要都有着密切联系。,第一节 化学与环境,我们每日学习，工作、运动、休息等各种活动的空间，以及与我们各种活动有关的周围事物，就是我们生活的环境。它是我们赖以生存和发展不可缺少的部分。人类赖以生存的环境由自然环境和社会环境(人工环境)组成。 自然环境与化学
2、的关系是非常密切的，化学是影响我们自然环境的因素之一，而自然环挠和资源的保护又离不开化学。,1.环境与生态平衡 植物、动物、微牛丰物等各种律物群落组成了牛物环境。非生物成分(自然环境)它们组成生物赖以生存的大气，水和土壤等环境。 生态系统中能量流动的渠道是食物链和食物网。 生态系统最初的能量来自于太阳，由绿色植物(生产者)的光合作用所吸收养转化为化学能而储存于物质之中。 生态系统发展到一定阶段，它的生物种类的组成各个种群的数量比率及能量和物质的输入，输出等，都处于相对稳定的状态.这种状态称为生态平衡.这是一种动态平衡。,2. 环境问题 环境问题是人类在生存和发展过程中与周围环境之间相互制约的矛
3、盾。 当今全球重大环境问题很多，现列出几个主要方面： (1)人口膨胀导致过度开发 世界人口的总数问题日益快速增长，现今世界人口每年平均净增近 1 亿人(见卡表 6-1 )。,(2)能耗过大，导致大气污染 人类生产的友展，消费水平的提高，对能源的需求也在增长。 (3) 泼水匮乏和水质变坏 水是人类赖以生存的珍贵资源。人类的生产和生活用水基本上都是淡水。 (4)垃圾成灾，污染环境 人类生产和生活的废弃物数量，随着工农业的发展和生活水平的提高不断增加。,面对日益严重的环境问题，人们已有了高度的认识和重视，也在不断探索解决的途径。解决环境问题，需要全社会各方面的关注和努力，化学在解决环镜问题中具有突出
4、的作用，因为化学科学从事物质变化规律的研究.一方面，在化学和化工生产中，为人类奉献物质财富的同时，考虑怎样采取洁净生产的工艺，以减少污染、减少对环境的损害，走可持续发展的道路。另一方面，化学能对环境污染物的特性提供信息，对环境污染程度进行监测，积极探索污染物的防治，转化、处理及综合利用的途径，配合其他学科的技术，对已形成的环境问题加以治理，减少对人类及子孙后代的危害。,3 环境污染 (l)大气污染 大气圈包围在地球之外，它是由空气，少量水气，粉尘和其他微量杂质组成的混合物。 大气中的水气主要来自水体、士壤和植物中水分的蒸发，大部分集中在低层大气中，其含量随地区，季节和气象等因素而异。,大气中除
5、了悬浮的尘埃之外，还含有些对人体有害的物质如 氧化碳(CO)、一氧化氮 (NO) 、二氧化氮(NO2)、二氧化硫 (SO2)等，它们视作大气污染物，现在能监测到的污染物近百种。,这些污染物有些是来自非人为因素，如火山喷发，电闪雷鸣等，但由此产生的只是极少数，更多的空气污染则来自人为的肉素。下雨就是主要的几种大气环境问题以及对人类的危害， 燃料的燃烧和汽车尾气 燃料的燃烧是造成大气污染的主要原因。 光化学烟雾 在太阳光的紫外线照射下，碳氢化合物(CxHy) ，氮氧化合物.氧等相互化合物，发生光化学烟雾反应，产生烟和雾。 酸雨 正常的未被污染的雨水 pH 为 5.6 左右，它由大气中有在的 CO2
6、，和纯水平衡决定。 pH5. 6 的雨水定为酸雨 。,二氧化碳及温室效应加剧 由于人类活动加剧且频繁，人口激增，化石燃料的用量增，同时森林面积因滥砍滥伐而急速减少，导致了大气中 CO2，和各种气体微粒的含量不断增加。 臭氧层空洞 在高空大气层中(约距离地面 15km-25km 的范围) ，氧吸收太阳紫外线辐射而生成数量 可观的臭氧(03)。这个过程是 ：,太阳辐射的紫外线分三个波段，各波段的波长范围和性质如下: 400-320nm(UV-A):对生物基本无害，臭氧不吸收，全通过臭氧层; 320-295nm(UV- B): 对生物有一定危害，大部分被E常的臭氧层吸收; 295-100nm(UV-
7、C): 对生物危害最大，全部被正常的臭氧层吸收。,太阳辐射的紫外线分三个波段，各波段的波长范围和性质如下: 400-320nm(UV-A):对生物基本无害，臭氧不吸收，全通过臭氧层; 320-295nm(UV- B): 对生物有一定危害，大部分被E常的臭氧层吸收; 295-100nm(UV-C): 对生物危害最大，全部被正常的臭氧层吸收。,(2) 水资源的污染 水是生命的源泉，没有水就不可能产生生命，没有水也不能维持生命。水不仅是人体内部各器官的主要成分，也是人体内部进行新陈代谢的介质，人通过水吸收营养成分.又通过水将部分代谢产物排出体外。水是人类赖以生存和生产的重要资源。,水体中常见的污染物
8、大致可分为如下几类： 耗氧物质 这类污染物一般都是些无毒的有机物，如蛋白质，脂肪，纤维素等，它们分解为 CO2和H2O的过程中需要氧气。 水体的富营养化 水体富营养化状态指的是水中总氮总磷量超标一一总氮含量大于1. 5mg L-1 ，总磷含量大于 0.1mg L -1 。,油类及海洋污染 随着石油工业的发展，油类物质对水体的污染也越来越严重。 无机污染物 污染水体的元机污染物主要是酸、碱、盐、重金属离子以及无机悬浮物等。 有机污染物 有机污染物有的元毒、有的有毒。,(3) 土壤污染 土壤是地球陆地表面的疏松层，是人类和牛物繁衍生息的场所，是不可替代的农业资源和重要的生态因素之一。 土壤具有一定
9、的自净作用，当污染物进入土壤后会使污染物在数量和形态上发生变化，降低它们的危害性。但进人土壤中的污染物超过土壤的净化能力时，即会引起土壤严重污染。 土壤污染物分无机和有机两大类。 土壤荒漠化目前也是土地危机的重要问题。,(4)固体废弃物对环境的污染 固体废弃物就是一般所说的垃圾。垃圾是人类生产中必然产生的遗留废料，或是人类新陈代谢排泄物和消费品消费后的废弃物品 。 城市垃圾指居民的生活垃圾、商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾，不包括工厂生产排出的工业固体废物。 全世界每年产生的垃圾大部分来自西方经济发达国家，美国是产生垃圾最多的国家。,二、化学与环境资源的保护 化学与环境资源的保护关系密切，
10、环保离不开化学。化学在环境监测、三废处理等方面发挥巨大作用。 1.环境质量监测 环境质量关系到人类的健康和生活，关系到工农业生产活动的正常进行，关系到生态平衡的正常延续。要保护环境，改善环境质量，必须制定环境质量标准，并对环境质量进行评价。环境质量评价的内容包括污染源评价、污染状况评价、污染状况评价、环境自净能力评价、环境对人体健康与生态系统的影响评价和环境经济学的评价等。,2. 三废处理 我国经济生产的特点是工业技术水平整体不高，工业生产的能源和资源消耗及污染物排放量高，乡镇企业比重逐渐增大，但其“三废气废气、废水、废渣)基本没有经过任何处理而四处排放，污染十分严重。 (1)废气的处理 (2
11、)废水的处理 废水按水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度。废水处理程度可分为一级、二级和三级处理。 (3) 废渣的处理 在采用各种合理方法处理垃圾有同时，更有价值的是对垃圾进行回收，这种回收包括材料和能源的回收。,三、绿色化学 目前人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧增加，资源消耗日益扩大，人均耕地、泼水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐，人类的物质生活随着工业化而不断改善的同时，大量排放的生活污染物和工农业污染物使人类的生存环境日益恶化。 当代全球十大环境问题: (1)大气污染 :(2) 臭氧层破坏以3) 全球变暖， (4) 海洋污染， (5) 淡水资源紧
12、张和污染 ;(6) 土地退化和沙漠化;(7)森林锐减 ;(8) 生物多样性减少以9) 环境公害;(10) 有毒化学品和危险废物，它们都直接地或间接地与化学物质污染有关。因此，从根本上治理环境污染问题的必由之路是大力发展绿色化学。,1.绿色化学的发展方向 从绿色化学的目标来看，有两个方面必须重视.一是开发以“原子经济性”为基本原则的新化学反应过程；另一个是对现有化学工业的改造以泊除污染。 (1) 绿色合成和绿色催化问题。 (2) 传统化学过程的绿色化学改造。 (3) 能源中的绿色化学问题。 (4) 能源再生和循环利用技术研究。 (5) 综舍利用的绿鱼生化过程。,2. 绿色化学的 12 条原则：
13、(1) 从源头上制止污染，而不是在末端治理污染; (2) 合成方法应具有“原子经济性“; (3) 在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质; (4) 设计具有高使用效益低环境毒性的化学产品; (5) 尽量不用溶剂等辅助物质，不得己时使用无毒害的物质; (6) 生产过程应该在温和的条件(低温低压)下进行，而且能耗应最低； (7) 尽量采用可再生的原料; (8) 尽量减少副产品; (9) 使用高选挥性的催化剂; (10) 化学产品在使用完后应能降解成无害的物质并能进入自然生态循环; (11) 发展适时分析技术以便监控有害物质的形成; (12) 选择参加化学过程的物质，尽量减少发
14、生意外事故的风险。,第二节 化学与材料,一、材料科学的发展过程 从古到今，如果按材料发展水平来归纳，大致可以分为五个时代： (1) 第一代，天然材料 (2) 第二代，烧炼材料 (3) 第三代，合成材料 (4) 第四代，特殊设计材料 (5) 第五代，智能材料,二、材料的分类 若按用途分类，可将材料分为结构材料和功能材料两大类。 若按材料的成分和特性分类，可分为金属材料、陶瓷材料(无机非金属材料)、高分子材料和复合材料。 金属材料又分为黑色金属和有色金属材料。黑色材料通常包括铁、锤、络以及它们的合金，是应用最广的金属结构材料。除黑色金属以外的其他各种金属及其合金都称为有色金属。 陶瓷材料是人类应用
15、最早的材料。新近发展起来的特种陶瓷或称精细陶瓷，成分扩展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等，因此可称为无机非金属材料。,高分子材料是一类合成材料，主要有塑料、合成纤维和合成橡胶，此外还有涂料的胶粘剂等，发展速度较快，已部分地取代了金属材料。合成具有特殊性能的功能高分子材料是高分子材料的发展方向。 复合材料是由金属材料，陶瓷材料和高分子材料复合组成。复合材料并已强度、刚度和耐腐蚀等性能比单材料更为优越，是一类具有广阔发展前景的新型材料。,这些新型材料的特殊点是： (1)新型材料是根据社会的需要，在人们已经掌握了物质及其变化规律的基础上进行设计、研究、试验、合成生产出来的合成材料。 (2)新型
16、材料的研制是多学科综合研究的成果。 (3)新型材料从设计到生产，需要专门的、复杂的设备和技术，它自身形成了一个独特的领域，称为新生材料技术。,三、化学在材料科学中的作用 所谓材料是指人类利用化合物的某些功能来制作物件时用的化学物质。 材料化学的工作范围主要是材料的组成设计、化学合成、制造和开发F 材料组成与性能关系的基础理论研究;材料的化学改性、化学检验和性能测试等，化学在材料科学的发展中起着无可替代的作用。 在新材料，尤其是功能材料的发展中，存在着大量的化学和物理问题。 材料科学的广泛和深入发展，促进了材料化学学科的形成与发展。,四、金属材料 (一)钢铁 钢铁是铁和碳的含金体系部称。其特点是强度高、价格便宜、应用广泛，钢铁约占金属材料产量的 90% .是世界上产量最大的金属材料。钢铁中含碳量大于 2.0% 的叫生铁，小于 0.02%叫纯铁，在这两者之间称为钢。钢中含碳量小于 0.25% 的称低碳钢，介于 O. 25%0. 60% 的称中碳钢，大于 0.60% 的称高碳钢。,(二)合金材料 合金是由一种金属与另一种或几种其他金属或非金属熔合在一起形成的具
