基礎化學緒論課件

1、基礎化學基礎化學第一章 緒 論學 習 內(nèi) 容教 學 安 排 學 習 方 法大學與中學教學方法不同主要參考書目第一章 緒 論學 習 內(nèi) 容教 學 安 排 學 習 方 法 1. 化學的研究內(nèi)容 2. 本課程的學習內(nèi)容學 習 內(nèi) 容 1. 化學的研究內(nèi)容學 習 內(nèi) 容 化學是一門在原子、分子層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規(guī)律的科學。 化學是以研究物質的化學變化為主的科學。 Chemistry is the study of the properties ofmaterials and the changes that materials undergo.一 什么是化學? 化學是一門在原子、

2、分子層次上研究物質的組成、結構、 21世紀的化學是研究泛分子。詳言之，化學是研究原子、分子片、結構單元、分子、高分子、原子分子團簇、原子分子的激發(fā)態(tài)、過渡態(tài)、吸附態(tài)、超分子、生物大分子、分子和原子的各種不同維數(shù)、不同尺度和不同復雜程度的聚集態(tài)和組裝態(tài)，直到分子材料、分子器件和分子機器的合成和反應，制備、剪裁和組裝，分離和分析，結構和構象，粒度和形貌，物理和化學性能，生理和生物活性及其輸運和調控的作用機制，以及上述各方面的規(guī)律，相互關系和應用的自然科學。 - 徐光憲- 21世紀的化學是研究泛分子。詳言之，化化學的發(fā)展歷史悠久、源遠流長第一時期：古代及中古時期（17世紀中葉以前） 以實用為目的，化

3、學知識來源于具體工藝過程的實踐火的發(fā)現(xiàn)陶器的制作金屬的冶煉染色、釀造造紙、火藥等化學的發(fā)展歷史悠久、源遠流長第一時期：古代及中古時期（17世第二時期：17世紀中葉-20世紀初 化學實現(xiàn)了從經(jīng)驗到理論的重大飛躍，真正被確立為一門獨立的學科，并出現(xiàn)了許多分支學科第二時期：17世紀中葉-20世紀初 “空談毫無用處，一切來自實驗” 構成自然界的基本材料是一種由原初的普遍物質構成的細小致密、不可分割的粒子。這種粒子結合成粒子團，粒子團再聚合成物體。 “空談毫無用處，一切來自實驗” 近代化學之父 拉瓦錫 ( A.L.Lavoisier 法國化學家， 17431794） 1、物質燃燒時都放出光和熱 2、物質

4、只有在氧存在時才能燃燒 3、空氣由兩種成分構成。物質在空氣中燃燒時吸收了其中的 氧，其增加的重量正好等于所吸收的氧的重量 4、非金屬燃燒后通常變?yōu)樗?；金屬煅燒后生成的鍛灰是金?氧化物Lavoisier 的燃燒的氧學說（1777）近代化學之父 拉瓦錫 1、物質燃燒時都放出光和熱Lavoi 拉瓦錫于1743年8月26日出生于法國巴黎。他的父親是一位律師，家境富裕。不過，他并沒有秉承父親的旨意從事法律，而是愛上了自然科學。 博學多才的拉瓦錫研究過炸藥，涉獵過農(nóng)業(yè)栽培技術，改良過養(yǎng)牛法，制定過開山筑路的計劃。不過，最引人注目的成就是他在化學和物理方面的貢獻，尤其是他通過長期的嚴格實驗，發(fā)現(xiàn)了一種能助

5、燃、助呼吸的氣體，也就是我們今天所說的氧氣。 氧氣的發(fā)現(xiàn)是對拉瓦錫勤于思考、勇于探索的鉆研精神的饋贈。其實，在此之前，已經(jīng)有兩位科學家觸到了真理的鼻尖，令人遺憾的是，囿于傳統(tǒng)理論的束縛，他們都半途而廢，從而將撩開真理面紗的殊榮讓給了拉瓦錫。 拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣的故事 拉瓦錫于1743年8月26日出生于法國巴黎。他的 瑞典化學家舍勒在1773年以前，就通過實驗制取了純凈的氧氣。但是，作為燃素學說的忠實信徒，他錯誤地把這種氣體叫火氣，并且認為燃燒是火氣與燃燒物中的燃素結合的過程，火和熱是火氣與燃素化合的產(chǎn)物，從而未能正確地解釋燃燒現(xiàn)象。 幾乎與此同時，英國化學家普利斯特列也通過實驗制取了這種氣體。他把

6、蠟燭放在這種氣體中，發(fā)現(xiàn)火焰比在空氣中更加熾熱明亮。他還把老鼠放進去，發(fā)現(xiàn)它比在等體積的尋常空氣中活的時間約長了4倍。他親自嘗試了一下，一吸進去，便覺得這種空氣使呼吸輕快了許多，使人感到格外舒暢。但他沒有繼續(xù)研究，而是開始了在歐洲大陸的度假旅行。 瑞典化學家舍勒在1773年以前，就通過實驗制取 于是機遇女神青睞的目光投向了拉瓦錫。他發(fā)現(xiàn)燃素學說存在著許許多多的破綻。比如，既然金屬在煅燒中逸出燃素，那為什么重量反倒增加呢?而蠟燭呢，燃燒之后，竟一無所剩，似乎全部消失了。 為了弄清事實的真相，拉瓦錫開始了嚴格的實驗。他首先仔細地稱量了裝有空氣和固態(tài)物質的密閉容器，然后用放大透鏡將陽光聚集在物質上，

7、或者用火加熱。當物質燃燒完后，再重新稱量裝有反應物的容器。他用各種不同的物質反復進行實驗，結果都表明，密封容器的重量在燃燒前后都不變。 這是什么原因呢?拉瓦錫的大腦開始了緊張的思索。后來他終于得出結論：原來在沒有密封的燃燒當中，空氣中有一種新的物質元素參與了反應，使得物質燃燒前后重量不一。為此，他把這種氣體命名為酸素，也就是我們今天的氧氣。 于是機遇女神青睞的目光投向了拉瓦錫。他發(fā)現(xiàn)燃 最后，拉瓦錫推翻了流傳多年的燃素學說，指出：由于人工的或天然的操作不能無中生有地創(chuàng)造任何東西，所以每一次操作中，操作前后存在的物質總量相等，且其要素的質與量保持不變，只是發(fā)生更換和變形，這可以看成是公理。這番話

8、體現(xiàn)了物質不滅定律的基本精神。拉瓦錫的思想超越了他的同時代人，因為他不僅注意到了物質在化學反應中性質的變化，而且注意到了數(shù)量上的變化，從而使得化學科學割斷了與古代煉金術的最后一根紐帶，以一種嶄新的面目蓬勃發(fā)展起來。 最后，拉瓦錫推翻了流傳多年的燃素學說，指出 道爾頓 原子論阿伏加德羅 分子假說門捷列夫 元素周期律（1869） 道爾頓 原子論第三時期：20世紀 現(xiàn)代化學飛速發(fā)展，化學的理論、研究方法、實驗技術以及應用等方面都有了深刻的變化，并衍生出更多的分支和交叉學科。第三時期：20世紀二、20世紀的化學在推動人類進步和科技發(fā)展 中起了核心的作用 1、 化學為人類的進步提供了豐富物質基礎 化學包

9、含兩類不同的工作：有些化學家在研究自然界并試圖了解它；同時另一些化學家則在創(chuàng)造自然界不存在的新物質和尋找化學變化的新途徑 化學不但能夠大量制造各種自然界已有的物質，而且能夠根據(jù)人類的需要創(chuàng)造出自然界本不存在的物質 二、20世紀的化學在推動人類進步和科技發(fā)展 1、 化學為人類2、基礎研究取得重大突破，研究領域不斷擴展 放射性和鈾裂變的重大發(fā)現(xiàn)，打開了原子物理學的大門。 化學鍵和和現(xiàn)代量子化學理論的建立，使化學進入實驗和理論計算并重的新時代，使人們對分子的理性設計和剪裁成為可能。 化學動力學與分子動態(tài)學的研究，使人們能深入到原子、分子的結構和內(nèi)部運動，分子間相互作用和碰撞過程來研究化學反應的速率與

10、機理2、基礎研究取得重大突破，研究領域不斷擴展 放3、推動了相關學科的發(fā)展， 促進了學科的交 叉與滲透(1) 牽動其他學科向分子層次發(fā)展 生物學從描述性的科學發(fā)展成為20世紀末的前沿學科，在很大程度上是依靠化學所提供的理論、概念、方法，甚至試劑和材料 生物小分子(糖、血紅素、葉綠素、維生素)的化學結構的研究。 生物大分子（蛋白質、酶）的分離提純技術及化學結構的研究 活性生物大分子的合成（維生素B12、胰島素）3、推動了相關學科的發(fā)展， 促進了學科的交(1) 牽動其他學VB12Woodward (1965年，Nobel獎）VB12Woodward (1965年，Nobel獎） (2) 化學帶動了

11、材料科學的發(fā)展三大合成高分子材料（人造纖維、人造橡膠、塑料）新型結構材料（各種合金、特種陶瓷、納米材料）信息功能材料（液晶材料、電致發(fā)光材料、非線性光學材料、光電信息存儲材料、超導材料）生物工程材料 (2) 化學帶動了材料科學的發(fā)展三大合成 化學家不僅合成了各種材料的新分子，更重要的是創(chuàng)立了研究物質結構和形態(tài)的理論、方法和實驗手段，認識了物質的結構與性能之間的關系和規(guī)律，為設計具有各種特殊功能的化學品提供了有效的方法和手段。 化學家不僅合成了各種材料的 (3) 化學實驗方法學推動其它學科在分子 層次上觀察和測定物質的變化過程。 化學不斷研究和建立各種分析和檢測方法，檢測物質的組成、形態(tài)、結構、

12、理化性質的原理、方法和技術，推動了各個學科的發(fā)展。各種光譜、波譜、能譜技術各種化學、生物傳感器、微流技術電子掃描隧道顯微鏡 (3) 化學實驗方法學推動其它學科在分子4、 推動了化學及其相關工業(yè)的發(fā)展石油化工合成材料工業(yè)合成氨工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)能源工業(yè)信息產(chǎn)業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)汽車工業(yè)冶金工業(yè)農(nóng)業(yè)4、 推動了化學及其相關工業(yè)的發(fā)展石油化工能源工業(yè) 化學是一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的科學。 化學為總管物質在分子層次上變化之學科，人類之衣、食、住、行無不仰給于化學所掌管之成百化學元素及其所組成之萬千化合物和無數(shù)制劑、材料。化學具有實驗和理論并重之傳統(tǒng)，強于試驗不言而喻，而其發(fā)展亦受惠于突出理論之思維，。在自然科

13、學中，化學和物理儼然為共管物質及其運動之核心科學，遂有自然科學之軸心之稱。 -唐有棋- 化學是一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的科學。 三. 未來化學的的作用和地位1、 化學仍是解決食物短缺問題的主要學科之一 化學將從分子層次闡明和控制生物過程(如光合作用、動植物生長過程)的機理等方面，為研究開發(fā)高效安全肥料、飼料和肥料/飼料添加劑、農(nóng)藥、農(nóng)用材料（如生物可降解農(nóng)用薄膜）、環(huán)境友好的生物肥料、生物農(nóng)藥打下基礎。 利用化學或生物的方法增加動植物食品的防病有效成分，改進食品儲存加工方法，以減少不安全因素，保持有益成分等，都是化學研究的重要內(nèi)容。三. 未來化學的的作用和地位1、 化學仍是解決食物短缺問題2

14、、化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起關鍵作用 要研究高效潔凈的燃料轉化技術和控制低品位燃料的化學反應，使之既能保護環(huán)境，又能降低能源的成本。 要開發(fā)新能源，滿足高效、潔凈、經(jīng)濟、安全的要求。（太陽能、化學電源、燃料電池、天然氣水合物） 礦產(chǎn)資源的再生利用。2、化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全 要研3、化學繼續(xù)推動材料科學的發(fā)展 微電子材料和器件 超導材料 新型納米陶瓷 光纖通訊材料 聚合物結構材料 醫(yī)用材料3、化學繼續(xù)推動材料科學的發(fā)展 微電子材料和器件4、 化學是提高人類生存質量和生存安全的有 效保障環(huán)境化學通過研究各種物質和能的生物效應的化學基礎，找出最佳利用條件研究開發(fā)對環(huán)

15、境無害的化學品，研究對環(huán)境無害的生產(chǎn)方式（綠色化學）研究大環(huán)境和小環(huán)境中不利于健康的因素的產(chǎn)生，并提出優(yōu)化環(huán)境的途徑4、 化學是提高人類生存質量和生存安全的有環(huán)通過研究各種物質藥物化學基因藥物的研制 酶抑制劑的研究開發(fā)手性藥物的合成中醫(yī)藥的現(xiàn)代化常見病和多發(fā)病的研制(抗病毒藥、老年癡呆癥、糖尿病等)藥基因藥物的研制 酶抑制劑的研究開發(fā)手性藥物的合成中醫(yī)藥的現(xiàn) 了解化學和應用化學的水平將對社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活質量的提高起著關鍵的作用，化學基礎知識也將成為充實新世紀公民基本素質的重要內(nèi)容之一。 了解化學和應用化學的水平將 化學是最古老的科學之一,經(jīng)過下一代科學家的努力,它將仍是最新的科學之一

16、. R.Breslow 化學是最古老的科學之一,經(jīng)過下一代科學家的努 對于新世紀的大學生來說，其知識結構應包含專業(yè)知識、人文知識和一定的管理知識。而在專業(yè)知識中，必須有寬厚扎實的自然科學知識基礎，才能掌握和應用好本專業(yè)的知識，才能在綜合素質中表現(xiàn)出開拓性和創(chuàng)造性。 對于新世紀的大學生來說，其知識結構應包含專業(yè)化學變化的特征 (1) 化學變化是質變 (2) 化學變化服從質量守恒定律 (3) 化學變化伴隨著能量變化化學變化的特征 (1) 化學變化是質變 (2) 化學變化化學的學科分類化學無機化學( Inorganic Chemistry )有機化學( Organic Chemistry )分析化學

17、 ( Analytic Chemistry)物理化學 ( Physical Chemistry)高分子化學 ( Polymer Chemistry )生物化學（biochemistry )放射化學與核化學( Nuclear Chemistry)化學的學科分類化無機化學( Inorganic Chemis化 學材料化學能源化學環(huán)境化學地質化學天體化學 化學生物學化學信息學有機光電子學化 學材料化學 按研究目的不同 基礎化學 生命化學 材料化學 環(huán)境化學 國防化學 能源化學 化學工程和工業(yè)化學按研究目的不同 基礎化學基礎化學 本課程是立足于新的一門課程體系基礎之上，對原來無機化學和分析化學課程的基

18、本理論、基本知識進行優(yōu)化組合、有機結合而成的一門課程。基礎化學 我們將學習無機及分析化學的一些基本原理，掌握四大平衡。掌握原子結構及對元素性質的影響，以及元素性質的變化規(guī)律。掌握離子鍵理論、共價鍵理論、配合物的化學鍵理論對分子形成及其結構的解釋。2 本課程的學習內(nèi)容 我們將學習無機及分析化學的一些基本原理，掌握四大平衡基礎化學課程的主要內(nèi)容物質的變化 規(guī)律物質的制備與性質物質的形態(tài)與結構氣液固體原子結構分子結構晶體結構化學熱力學化學動力學酸堿平衡沉淀平衡氧化還原絡合平衡元素通論s,ds區(qū)元素p區(qū)元素d區(qū)元素f區(qū)元素基礎化學課程的主要內(nèi)容物質的變化 規(guī)律物質的制備與性質物1. 學習中必須掌握重點，突破難點。重點一定要學懂，領會貫通；對難點要作具體分析，有的難點也是重點，有的難點并非重點。由于本課程內(nèi)容多，課時緊，因此一定要做好預習，在預習的基礎上，聽好每一節(jié)課，根據(jù)各章的教學要求，抓住重點和主線進行學習，并學會運用這些理論去分析解決實際問題。學 習 方 法1. 學習中必須掌握重點，突破難點。重點一