无机化学绪论教学目标.ppt

无 机 化 学,绪 论,教 学 目 标 、了解化学及无机化学的研究对象 、了解化学及无机化学的发展史 、了解无机化学的前景 4、 了解大学的学习方法,内 容,1 21世纪化学的定义 2 化学与人类社会发展的关系 3 无机化学的研究对象、发展和前景 4 无机化学课程的内容和学习方法,化学是研究物质化学变化的科学,化学变化（反应）有新物质生成的变化,物理变化,变化前后分子保持不变。如：物质三态变化等。,化学变化,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。,核变化,原子核发生变化。如：原子弹爆炸等。,化学是研究物质化学变化的科学,具体的说：化学是在分子、原子或离子等层次上研究物质的组成、结构、性能、变化规律及其应用的科学。,化学变化的特征, 化学变化前后，所有元素的原子核总数和核外电子数不变质量守恒。 在变化中，分子组成发生改变有新物质生成。,化学变化伴随着能量的变化，遵循“能量守恒定律”（热力学第一定律），即反应过程中体系和环境能量总和保持不变。,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量，而生成水分子形成新的化学键则要向环境放出能量。,北京大学徐光宪教授说：,我的专业是化学，从学化学、 教化学到研究化学也有几十年 了，但现在我却有点搞不清化 学的定义了。科学的发展太快 了，需要对本门科学重新定位。,徐光宪院士,1 21世纪化学的定义,19世纪，化学是原子的科学。 20世纪，化学是分子的科学。 21世纪，化学是研究泛分子的科学。 泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。,CA上登录的化合物统计表,泛分子的十个层次,C2H5OH,（1）原子层次：如碱金属原子(Cs)的Bose-Einstein凝聚态。 Bose-Einstein凝聚态是物质的一种奇特状态，处于这种状态的大量原子的行为像单个原子一样。要实现物质的该状态需要一方面达到极低的温度（在实验室中达到了仅仅比绝对零度高.纳开尔文），另一方面还要求原子体系处于气态。,（2）分子片（指组成分子的碎片）层次：如 （3）结构单元层次：如高聚物的单体，蛋白质的氨基酸 （4）分子层次(研究分子层次的问题）：如分子周期律，分子的激发态（氯化氙）。,（5）超分子（是二个或以上 分子通过分子间作用力结合 起来的物质颗粒）层次： 如 -环糊精分子（主体）与 形成1:1的超分子； 可以抑制爱滋病毒；环糊精分子（客体）插入 晶体的结构层间组装成超分子。,（6）高分子层次: 如蜘蛛丝的研究，美国杜邦公司通过实验室造蜘蛛丝的研究，得到与蜘蛛丝相同的生物纤维。这些生物纤维有许多可能的用途，它既轻又结实又有弹性，可能在飞机上得到应用。,（7）生物分子层次: 主要是指蛋白质、核酸、高分子量的碳氢化合物。生物分子间的力非常小，如果每个人只能用1“飞牛”的力，拿起一根头发，就要动用全世界60亿人口。,（8）纳米分子和纳米聚集体层次（100nm以下）：如碳纳米管，纳米金属及其氧化物（纳米MgO)颗粒 ，纳米厚度的膜（金刚石纳米薄膜制成的手术刀） 。,（9）原子和分子的宏观聚集体层次：如固体，液体，气体，等离子体（由大量的正、负带电粒子组成的离子化气体状物质），溶液，熔融体，表面等。 提问： 在地球大气上层是否存在等离子体？ 在太阳、恒星、闪电中是否存在等离子体，它占了整个宇宙的多少？,（10）复杂分子体系及其组装体的层次：如复合材料(铝-硼纤维) ， 分子器件（分子导线，分子芯片），宏观组装器（锂离子电池,燃料电池，太阳能电池）。,卟啉衍生物分子导线,2 化学与人类社会发展的关系,2.1化学对人类创造物质财富的贡献（衣、食、住、行、看、听） 化学研究热点： 能源，材料，环境，生命。,2.2化学与能源的关系,石油储量只能再供开采40年左右； 煤储量只能再供开采200年左右； 新能源有多种多样：包括核能、电源、太阳能、海洋能等，它们都和化学密切相关（例如：汽车乙醇汽油）。,2.3 化学与材料的关系,石器时代 铁器时代 高分子时代 物理学赋予物理特性 化学 材料 工程学加工制造器件,高分子结构材料： 具有质量轻、强度大、耐腐蚀性等优点，如聚对苯二甲酰对苯二胺的比强度已高出钢铁，其强度-质量比为钢铁的6倍；,光纤通讯材料,目前主要用高透明度的SiO2 材料， 可用化学气相沉积法制备。 近年来还有新的光纤材料，如ZrF4、 LaF4、BaF2三元混合体的氟玻璃， 其性能优于SiO2，光损失更小。,微电子材料,高纯硅：几十万个晶体管或其他部件都可以光刻在2-3mm的硅片上，光刻的细度可小至100nm。,半导体材料,GaAs作为半导体材料芯片做成计算机后，其运算速度将高出千倍。,2.4 化学与环境的关系,绿色环保催化剂纳米TiO2 纳米TiO2利用 自然光、常温 常压即可催化 分解病菌和污 染物,二氧化钛纳米微粒的TEM,纳米TiO2涂料能有效降解室内环境氨气、甲醛、苯类化合物。 纳米TiO2有效地降解江河中的有机污染物。 在塑料中添加约1%纳米TiO2，具有很好的抗菌性能。,2.5 化学与生命的关系,人体有25种微量元素， 缺少任何一种都会带 来疾病（例如钙，铁）。,21世纪化学二级学科,3 无机化学的研究对象、发展和前景,（1）研究对象： 无机化学是研究除碳元素以外的所有元素的单质及其化合物的化学。,（2）无机化学的发展,无机化学（1869年门捷列夫提出元素周期律）： 40年代原子能工业 50年代半导体材料 60年代宇宙工业 70年代生命科学 80年代环境与能源 90年代信息科学,无机化学(8个发展方向),现代无机合成 配位化学 原子簇化学 超导材料 无机晶体材料 稀土化学 生物无机化学 核化学和放射化学,（3）无机化学的前景,a.无机材料化学（固体无机化学）研究固体无机物； b.金属有机化学研究含有-碳-金属-键的化合物 ； c.生物无机化学研究金属离子和生物配体形成的化合物。,a.固体无机化学,太阳能电池发电原理,生物材料:可替代人体中的骨骼和牙齿 纳米陶瓷：可克服陶瓷脆性能 室温超导材料：可使电力以最高效率传输,无机晶体材料,锗酸铋（ ）晶体：当电子、 射线进入锗酸铋时，它能发出蓝绿色的荧光，可作为高能粒子的探测器。,锗酸铋单晶,b.金属有机化学,金属有机化学在20世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一。 19631975年中有七位金属有机化学家获得诺贝尔化学奖。,二茂铁（ ),燃料催化剂：添加到固体燃料，液体燃料或气体燃料中，能发挥消烟助燃效用，尤其是对燃烧时产生大量烟尘的烃类，其效果更为显著。,c.生物无机化学,含铂配合物抑制癌 细胞分裂有显著疗 效。现已证实顺铂 及其一些类似物对 子宫癌、肺癌有明 显疗效。,顺-PtCl2(NH3)2的抑癌机理, 无机化学课程的内容和学习方法,内容 化学原理： （1）热力学与四大平衡（化学平衡，离子平衡，氧化还原平衡，配位平衡）（宏观）； （2）物质结构 （原子结构，分子结构，固体结构，配合物结构）（微观） ； （3）元素周期律（宏观与微观）。 元素化学：按周期表体系从s区，p区，d区，f区的顺序编排内容。,学习方法 (1)重视做好无机化学实验 自然科学和技术是一门实验科学，一切自然现象都是在凭实验观察到的，因此实验在自然科学中占有重要地位； 从一开始就严格培养自己的实验操作训练，没有良好的操作训练，就无法得到正确的实验结果。,(2)重视化学理论的指导作用,a.对科研的作用 应用研究成果具体项目的研