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1、凌晨凌晨4 4点的哈佛大学图书点的哈佛大学图书馆里，灯火通明，座无虚馆里，灯火通明，座无虚席席 第1页/共40页 大学教育在于帮助学生成为具备担当意识、独立思考精神和创造性思维能力的人才 大学不仅是知识累积的过程，更是独立、主动、求大学不仅是知识累积的过程，更是独立、主动、求异、思辨的过程，因此，同学们要尽快实现由原来的老异、思辨的过程，因此，同学们要尽快实现由原来的老师主导性学习转向师生互动性学习，养成自我获取知识、师主导性学习转向师生互动性学习，养成自我获取知识、进行独立思考的习惯进行独立思考的习惯摘自陕西师范大学校长房喻在2010级新生开学典礼上的讲话第2页/共40页国际化学年国际化学年
2、联大宣布联大宣布2011年为年为“国际化学年国际化学年”第3页/共40页化学是什么？化学是社会发展的推动者化学是社会发展的推动者化学是能源的开拓者化学是能源的开拓者化学是材料的研制者化学是材料的研制者化学是环境的保护者化学是环境的保护者化学是美好生活的创建者化学是美好生活的创建者化学是新兴产业的支撑者化学是新兴产业的支撑者北京大学周公度北京大学周公度化学是你，化学是我化学是你，化学是我北京大学校长北京大学校长著名高分子学家周其风著名高分子学家周其风第4页/共40页段连运翻译段连运翻译唐有祺、王夔唐有祺、王夔第5页/共40页变化前后分子保持不变变化前后分子保持不变。如：水的三态变化等。如：水的三
3、态变化等。分子中的原子重新组合，但原子不发生变化。分子中的原子重新组合，但原子不发生变化。如：食物变质、水电解制氢气等。如：食物变质、水电解制氢气等。原子核发生变化原子核发生变化。如：原子弹爆炸等。如：原子弹爆炸等。化学变化（反应）化学变化（反应）有新物质生成的变化有新物质生成的变化物理变化物理变化化学变化化学变化核变化核变化化学是研究化学是研究物质化学变化物质化学变化的科学的科学第6页/共40页例如：氢气在氧气中燃烧生成水例如：氢气在氧气中燃烧生成水 物质的组成发生变化物质的组成发生变化 物质的凝聚态也发生变化物质的凝聚态也发生变化 反应过程伴随着能量变化，反应过程伴随着能量变化，这是一个放
4、热过程（这是一个放热过程（-286KJ/mol)第7页/共40页化学变化的特征：化学变化是化学变化是质变质变有新物质生成有新物质生成第8页/共40页 化学变化是定量的变化，遵循化学变化是定量的变化，遵循“质量守恒定律质量守恒定律”反应系统中所有元素的原子核总数和核外电子数反应系统中所有元素的原子核总数和核外电子数在反应前后不变，它们的总质量也必然不变。在反应前后不变，它们的总质量也必然不变。第9页/共40页 化学变化伴随着能量的变化，遵循化学变化伴随着能量的变化，遵循“能量守恒定律能量守恒定律”（热力学第一定律）（热力学第一定律）破坏氢气分子和氧气分子中的化学键需要从环境中吸收能破坏氢气分子和
5、氧气分子中的化学键需要从环境中吸收能量，而生成水分子形成新的化学键则要向环境放出能量。量，而生成水分子形成新的化学键则要向环境放出能量。第10页/共40页 化学可从研究对象的不同划分为8个层次1、原子层次化学。（包括核化学，放射化学，同位素化学，元素化学，单原子操纵和检测化学）2、分子片（亚分子）层次化学。原子只有110余种，但分子数已超过2000万种，因此有必要在原子和分子之间引入一个“分子片”的新层次，21世纪，应该开展分子片化学的研究。内容包括：分子片的定义，分子片的价态，分子片的高精度从头计算，分子片接轨成分子的理论算法，分子片的电负性、酸碱性、亲电和亲核性、氧化还原活性序列，分子片的
6、周期性，分子片的实验组装法，分子片试剂，分子片的自组装，功能分子片（如染料分子的生色团，药物分子的活性基团）的和基本规律的研究等化学的研究对象化学的研究对象第11页/共40页3、分子层次的化学 分子是一个可以独立存在且具有一定化学特性的物质微粒。单原子分子，双或多原子分子，高分子，生物大分子，自由基，准分子（即分子的激发态，过渡态，吸附态）和带电荷的分子离子都属于分子的范畴。现已合成2000多万种，近来合成的众多化合物如金属有机化合物，元素有机化合物，原子簇化合物，金属酶，金属硫蛋白，富勒烯，团簇，配位高分子等很难适应老的分类法。4、超分子层次化学 超分子是2个或2个以上分子通过非共价键的分子
7、间作用力结合起来的物质微粒。这种分子间的作用力包括范德华力，氢键，疏水疏水基团相互作用，疏水亲水基团相互作用，亲水亲水基团相互作用，静电引力，极化作用，电荷迁移，分子的堆积和组装，位阻和空间效应等。第12页/共40页5、生物层次的化学 包括生物化学，分子生物学，化学生物学，酶化学，脑化学，神经化学，基因化学，生命调控化学，药物化学，手性化学，环境化学，生命起源，认知化学，从生物分子到分子生物的飞跃。6、宏观聚集态化学 包括固体化学，晶体化学，非晶态化学，流体和溶液化学，等离子化学，胶体化学，界面化学。7、介观聚集态化学 包括纳米化学，微乳化学，溶胶凝胶化学，软物质化学，胶团胶束化学，气溶胶化学
8、。8、复杂分子体系的化学 包括分子材料，分子器件（如分子开头，分子探针），分子芯片，分子机器（如分子计算机）。第13页/共40页化学在社会发展中的作用和地位化学在社会发展中的作用和地位一、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。1、衣：色泽鲜艳的衣料经过化学处理；丰富多彩的合成纤维更是化学的一大贡献；（洗涤液、干洗液等）涤纶短纤维尼龙66树脂第14页/共40页食：装满粮袋子、丰富菜篮子关键之一是发展化学和农药生产；加工制造色味俱佳的食品离不开食品添加剂、增味剂、防腐剂、香料、色素等。第15页/共40页住：建筑材料（水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料）是化工产品。第16页/共40页行：
9、用以代步的现代交通工具需石油化工产品。（汽油、柴油、防冻剂、润滑剂）美国航天飞机第17页/共40页日常生活：药品、洗涤剂、美容化妆品、文化用品。第18页/共40页人类生存安全：20世纪末资源问题？环境问题？化学 与 环境第19页/共40页化学改变了世界。化学改变了世界。第20页/共40页第21页/共40页长江葛洲坝岸边堆长江葛洲坝岸边堆积的积的“白色垃圾白色垃圾”第22页/共40页未来化学的作用和地位未来化学的作用和地位（1 1）化学仍然是解决食品问题的主要学科之一(2)化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用（3）化学继续推动材料科学的发展第23页/共40页化学的主要分支化学的主
10、要分支经典化学：无机化学、有机化学、分析化学和物理化学。无机化学Organic chemistry：是研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用的一门化学分支。对于矿物资源的综合利用，近代技术中无机原材料及功能材料的生产和研究等都具有重大的意义。当前无机化学正处在蓬勃发展的新时期，许多边缘领域迅速崛起，研究范围不断扩大。已形成无机合成、丰产元素化学、配位化学、有机金属化学、无机固体化学、生物无机化学和同位素化学等领域。第24页/共40页有机化学Inorganic chemistry：又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科，是化学中极重要的一个分支。含
11、碳化合物被称为有机化合物是因为以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物（有机体）才能制造；然而在1828年的时候，德国化学家弗里德里希维勒，在实验室中成功合成尿素（一种生物分子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围，扩大为含碳物质的化学。有机化学的主要研究领域包括：有机合成、金属有机化学、天然有机化学、物理有机化学、药物化学、化学生物学与生物有机化学、有机分析化学、应用有机化学、绿色有机化学、有机分子功能材料化学等。第25页/共40页分析化学Analytical chemistry：分析化学是关于研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学，分析化学的主要任务是鉴定物
12、质的化学组成（元素、离子、官能团、或化合物）、测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构（化学结构、晶体结构、空间分布）和存在形态（价态、配位态、结晶态）及其与物质性质之间的关系等。分析化学的主要研究领域包括：色谱分析、电化学分析、光谱分析、质谱分析、波谱分析与成像分析、分析仪器与试剂热分析与能谱分析、放射分析、生化分析与生物传感、活体与复杂样品分析、样品前处理方法与技术、化学计量学与化学信息学、表面、形态与形貌分析等。第26页/共40页物理化学Physical chemistry 物理化学是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。随着科学的迅
13、速发展和各门学科之间的相互渗透，物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准确划分的界限，从而不断地产生新的分支学科，例如物理有机化学、生物物理化学、化学物理等。物理化学的研究对象对象：研究化学反应的规律、化学物质的结构、结构的测定方法，化学物质和化学反应与电、声、光、热、磁等的相互关系等等，有电化学、光化学、磁化学、化学热力学、化学动力学、胶体化学与界面化学、结构化学、结晶化学，等分支学科。第27页/共40页高分子化学 Polymer chemistry 高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。合成高分子的历史不过
14、80年，所以高分子化学真正成为一门科学还不足六十年，但它的发展非常迅速。目前它的内容已超出化学范围，因此，现在常用高分子科学这一名词来更合逻辑地称呼这门学科。狭义的高分子化学，则是指高分子合成和高分子化学反应。高分子化学的研究领域包括：高分子合成化学、高分子化学反应、功能与智能高分子、天然高分子与生物高分子、高分子组装与超分子结构、高分子物理与高分子物理化学、应用高分子化学与物理。第28页/共40页三大高分子合成材料合成橡胶、合成塑料、合成纤维1912-1926年间，德国化学家施陶丁格(H.Staudinger,1881-1965）通过大量实 验提出橡胶的化学结构假说，认为高分子化合物是由低分
15、子单体通过化学键连 接聚合而成。为了证实“高分子理论”，1927年他通过测定高分子稀溶液的粘度 ，验证了高分子化合物具有巨大的分子量，从而开辟了高分子化学新领域，奠 定了高分子合成工业蓬勃发展的理论基础。第一种人工合成的塑料是酚醛塑料，俗名电木，它是由苯酚和甲醛聚合起来，再加入木粉等填充料制成，1910年开始生产。1912年，德国首先生产出合成橡胶。它是以和异戊二烯结构相似的二丁二烯为 单体聚合而成，人称甲基橡胶。1935年，英国首先实现了聚乙烯塑料的工业生产。1935年，美国化学家卡罗瑟斯(W.H.Carothers,1896-1937,DuPont)用己二胺 己二酸反应，制得聚酰胺纤维，取
16、名“Nylon”，并于1938年实现工业化生产。1940年，英国的温费尔德(J.R.Whinfield)等化学家，用对苯二甲酸和乙二醇为 原料，合成了聚酯纤维(涤纶)。第29页/共40页化学工程学Chemical engineering：研究化学工业和其他过程工业(process industry)生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。这些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、食品工业、造纸工业等。它们从石油、煤、天然气、盐、石灰石、其他矿石和粮食、木材、水、空气等基本的原料出发，借助化学过程或物理过程，改变物质的组成、性质和状态，使之成为多种价值较高的产品，如化肥、
17、汽油、润滑油、合成纤维、合成橡胶、塑料、烧碱、纯碱、水泥、玻璃、钢、铁、铝、纸浆等等。化学工程学的研究领域包括：化工热力学和基础数据、传递过程、分离过程、化学反应工程、化工系统工程、无机化工、有机化工、生物化工与食品化工、能源化工、化工冶金、环境化工、资源化工等。第30页/共40页材料化学Materials chemistry 材料化学是材料科学的一个重要分支学科，在新材料的发现和合成，纳米材料制备和修饰工艺的发展以及表征方法的革新等领域所作出了的独到贡献。材料化学在原子和分子水准上设计新材料的战略意义有着广阔应用前景。材料化学的主要研究领域包括：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。第
18、31页/共40页环境化学Environmental chemistry 环境化学是研究化学物质在环境中迁移、转化、降解规律及化学物质在环境中的作用的学科。主要研究内容：1.研究化学污染物在环境(包括大气圈、水圈、土壤岩石圈和生物圈)中的迁移、转化的基本规律，形成环境污染化学这一介于环境科学与化学之间的一门新兴的边缘分支学科。2.研究环境中污染物的种类和成分及其定量分析方法，形成环境分析化学。3.研究环境中天然的和人为释放的化学性质的迁移、转化规律及其与环境质量和人类健康的关系，形成环境地球化学。是介于环境与地球化学之间的一门新兴的边缘分支学科。主要领域包括：环境分析化学、环境污染化学、污染控制
19、化学、污染生态化学、理论环境化学、区域环境化学、化学环境污染与健康。第32页/共40页 本课程的任务是通过课堂讲授，并与无机化学实验密切配合，使学生掌握无机化学的基础知识，了解研究无机化学的一般方法，懂得无机化学基本知识的应用。本课程的学习任务基本内容1.初步认识化学热力学的一些基本概念。初步认识化学热力学的一些基本概念。2.四大平衡理论四大平衡理论(酸碱平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡和氧化酸碱平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡和氧化还原平衡还原平衡)的一些基本概念、原理和计算方法。的一些基本概念、原理和计算方法。3.适应大学化学的学习方法，培养自学能力。适应大学化学的学习方法，培养自学能力。第33页
20、/共40页 主要在于学习能力的培养，包括如何进行独立自学，查阅参考书刊和数据手册等方面的能力。在学习中应当注意：1 1理论大课 （1）要坚持课前预习,逐步培养自学能力。（2）课堂认真听讲,跟上教师讲授思路,有弄不懂的问题暂且放下,待以后解决,不然,由于讲授速度快,容易积累更多的疑难问题。（3）作好课堂笔记，积极参与课堂讨论.留下一定的空白处,做标记,提出问题。（4）在学习中要分清主次，新旧联系，归纳对比，寻求相关知识间的异同点。多阅参考书，要摆脱死记硬背的僵化的学习方法。方 法第34页/共40页2.辅导课 习题与答疑课目的:解决课程的疑难问题形式:讲解习题,作业中存在问题,自由解答疑难问题方式
21、:每周一次,每次2学时,从下周开始要求:在笔记或教材中标明疑问,做记号,在答疑课向教师请教和探讨.3.实验课实验课一门独立的课程一门独立的课程 目的目的:掌握基础实验技能掌握基础实验技能,通过实验深化理论问题的理通过实验深化理论问题的理 解和记忆解和记忆,提高分析问题和解决问题的能力提高分析问题和解决问题的能力.要求要求:预习报告预习报告,实验记录实验记录,实验报告实验报告 第35页/共40页 生物无机化学：应用无机化学的理论原理和实验方法研究生物体中无机金属离子的行为，阐明金属离子和生物大分子形成的配合物的结构与生物功能的关系；金属离子在生命过程中扮演着重要的角色：如，在血红素Fe2、维生素
22、B12Co3、辅酶、细胞色素C、几十种之多的金属酶和蓝铜蛋白质等中的Fe、Co、Cu等许多过渡金属离子在各种生命过程中起着关键性的作用。第36页/共40页 光合作用中的锰酶：绿色植物光系统中的氧释放配合物水被氧化放出氧气是由锰配合物催化完成的6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体能量来源氧气来源第37页/共40页无机生物固氮：现在知道固氮酶是由铁蛋白和钼铁蛋白构成的。在这些蛋白中，Fe、S、Mo都是功能元素。Rees等认为，N N2 2分子是在三棱柱体空腔中与 FeFe原子形成六联N N2 2桥物种而活化并被还原的。第38页/共40页第39页/共40页感谢您的观看。第40页/共40页