大学化学绪论

大学化学（通识课程）上海交通大学化学化工学院大学化学教研室

马荔

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CA901大学化学（通识）

教材及学习参考书第一章绪论

什么是化学？我们身边的化学；简话化学发展史——研究化学领域的方法及未来；本课程的学习目的、内容与安排第一章绪论1.1什么是化学化学是在原子、分子（泛分子）层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学；化学是物质科学的基础学科之一，同时与应用学科之间还起着承上启下的作用；化学是一门中心的，实用的，创造性的科学。第一章绪论ChemistryTheCentralScience,9eCW.htm物质的层次：层次典型尺寸/m实例理论胀观1040？宇观1021银河星系太阳系广义相对论宏观102篮球场牛顿力学微观10－17大分子基本粒子量子力学渺观10－36？超弦

第一章绪论研究问题的方法？主要研究的内容物质的结构：原子结构、分子结构、晶体（非晶体）结构；能量变化：物质变化（化学变化）过程中伴随的功和热变化及其转换关系。第一章绪论1.2我们身边的化学1.目前全球关注的热点问题：环境的保护能源的开发和利用新材料的研制生命科学第一章绪论环境科学向化学提出的基本问题已经从早期的分析监测方法和环境治理方法转向环境过程研究：

①环境过程化学：环境中化学过程的跟踪、分析、模拟和预测。

②环境生物化学：研究天、地、生相互作用的基本化学反应，特别是人和生物对外来物质和能量所做的应答以及人类生活、生产活动对环境影响的化学基础。

生命科学中的基本化学问题应该是当前研究生命系统屡屡遇到的、各种生物系统所共有的问题：①生物大分子之间、生物大分子与小分子之间的各种相互作用的规律。②关于生物体系的多层次结构（特别是分子以上细胞以下的高级结构）与功能的关系。③生命体系复杂过程的化学研究。材料科学中的基本化学问题涵盖以下几个方面：①材料分子结构（分子聚集体高级结构）-理化性质-功能之间的关系，特别是定量关系。②合成功能分子与构筑高级结构的理论和方法。③分子器件的研究。④仿生材料研究。⑤智能材料研究。

化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起着关键作用。经过20世纪竭泽而渔的开采以来，能源化学的挑战和机遇非常清楚地摆在面前，人们需要设计出更好方法：①研究解决利用太阳能的方法；②用燃料电池技术代替燃烧工艺；③解决如何运输和储氢问题；④研究发展和利用核能。B-2战略轰炸机每架造价高达22亿美元的B-2战略轰炸机，是世上迄今最昂贵的飞机。机身采用翼身融合、无尾翼的飞翼构形，机翼前缘交接于机头处，机翼后缘呈锯齿形。机身机翼大量采用石墨-碳纤维复合材料、蜂窝状结构，表面有吸波涂层，发电机的喷口置于机翼上方。这种独特的外形设计和材料，能有效地躲避雷达的探测，达到良好的隐形效果。

第一章绪论2.化学是一门实用的科学：化学与国防化学与生活衣——服装食——农业，食品住——住房和家庭陈设品方面的作用（建筑材料）行——交通工具、燃料第一章绪论新型建筑材料暖通空调系统绿色汽车动力汽车部件与涂装材料化学对健康和生命的贡献（药物化学）20世纪人类寿命显著延长。1900年，美国平均寿命为49岁，1976年为73岁，2000年79岁，2011年，上海80岁原因：生活质量提高（营养、生活和工作的环境）医疗条件的改善（化学合成药的研制成功）第一章绪论（1）化学经验方法：观察方法；实验方法；模拟方法；粗估方法；逐步逼近法3.化学的研究方法及其特点（2）化学理论方法：分析方法；综合方法；抽象方法；比较方法；分类方法；计算3.化学的研究方法及其特点1.3简话化学发展(1)实用和自然哲学时期(～公元前后)1.3.1古代化学(15世纪以前)商代青铜器(铜锡合金)第一章绪论ImmortalPhilosopherofAntiquityAristotle384-322B.C.Plato427-347B.C.第一章绪论(2)炼金术、炼丹术时期(公元前后～公元1500年)这段时期，化学走入了歧途，但积累了很多的化学知识，提高了实验技术，制作了操作器皿。第一章绪论(3)医化学时期(公元1500～1700年)(4)燃素说时期(公元1700～1774年)1.3.2近代化学的创立近代化学归功于天平的使用，定量阶段1748年，罗蒙诺索夫的质量不灭定律1774年，拉瓦锡(Lavoisier)的氧化理论1869年，门捷列夫的元素周期律第一章绪论氧气的发现者普利斯特里(JosephPriestly)，英国舍勒(CarlWilhelmScheele)，瑞典拉瓦锡(AntoineLavoisier)，法国第一章绪论FatherofmodernchemistryunfortunateassociationwithacompanyorganizedtocollecttaxesforKingLouisdiedatguillotineofnousetotheNewRepublicofFranceheadlessbodyburiedinunmarkedgraveShowedconservationofmassinchemicalreactionsinventedprecisescaletoweighsmallamountsofmatteraccurateto0.0005grams,about1/100ofadropofwatermassofallreactants=massofallproductsmatterisnotcreatedfromnothing,onlychangesformduringchemicalreactions第一章绪论1.3.3化学学科的分支及其形成化学与其他学科交叉形成多种边缘学科：生物无机化学、环境化学、农业化学、材料化学、地球化学、储层化学、放射化学、计算化学、星际化学，高分子化学等。第一章绪论无机化学分析化学有机化学物理化学四大基础化学1化学的分支2化学分支的形成

无机化学以Meyer、门捷列夫——元素周期律为标志，标志现代无机化学形成分析化学：贝采里乌斯——分析天平的使用和定量分析的建立是分析化学的标志。有机化学十九世纪初，李比希(Liebig)，分析了大量的有机化合物1824年，德国化学家维勒(Wöhler)成功合成了尿素物理化学物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化规律的一门科学第一章绪论第一章绪论DimitriMendeleevDraftforfirstversionofMendeleev'speriodictable(17February1869).贝采里乌斯：原子量的测定；电荷的概念(二元论)；化学符号和化学方程式的创始人；分析化学之父贝采里乌斯测定原子量使用的天平第一章绪论

JönsJakobBerzelius第一章绪论JustusvonLiebigFriedrichAugustKekuléFriedlichWöhler有机化学领域的创始人物理化学史上的明星SvanteAugustArrhenius电离学说J.WillardGibbs化学热力学

ThelaboratoryapparatusdesignedbyFritzHaberandRobertLeRossignolforproducingammoniafromhydrogenandnitrogen在实验室发明氨的合成反应（铁催化），第一个使用毒气的人。3.化学发展的未来

——化学与其他学科交叉渗透第一章绪论DNA双螺旋结构DNA分子中碱基配对关系及形成氢键情况第一章绪论Cisplatin顺铂金属配合物抗癌应用1969年首次报道

–顺铂对动物肿瘤有强烈的抑制作用人们对金属配合物抗肿瘤研究的重视铂、铑、钌、锗、锡等的化合物具有抗肿瘤活性发现第一代铂抗癌药物第二代铂抗癌药物卡铂（Carboplatin）奈达铂（Nedaplatin）第三代铂抗癌药物奥沙利铂（Oxaliplatin）乐铂（Lobaplatin）扰乱DNA的正常双螺旋结构

–使局部变性失活

–丧失复制能力反式铂配合物无此作用作用机理顺铂与DNA的几种作用方式生物大分子的结构分析方法

2002年的诺贝尔化学奖是奖励三位科学家发明了生物大分子的结构分析方法---

（1）可以迅速、可靠地确认蛋白质；（2）更好地了解蛋白质在细胞中的作用给新药的开发带来革命性的变化，也为更好地诊断出癌症带来了希望。第一章绪论环境科学

1995年诺贝尔化学奖授予三位大气环境化学家[墨西哥]Molina、[美]Rowland、[荷兰]Crutzen。他们首先提出了平流层臭氧破坏的化学机制，包括Nox理论（Crutzen）和CFCs(Rowland和Molina)理论。这些理论对南极“臭氧洞”的发现，并导致《蒙特利尔议定书》的签定，为保护全球环境作出了重大贡献。第一章绪论信息科学超大规模集成电路是信息科学领域的核心技术，但其制造工艺的60%以上是化学的应用：如4Mb的动态随机存取和存储器芯片制造工艺，有164个工艺步骤，其中有118个依据化学，包括化学合成、化学加工、化学处理等。第一章绪论其他——能源（核能、煤炭、天然气）——农业——材料——汽车工业——生物技术等在20世纪都得到相应而高速发展，这其中都有化学研究所作出的重大贡献第一章绪论1.4本课程的学习目的最基本的两条：什么是化学？非化学类专业的学生为什么要学化学？若干年后：在工作中分清哪个属于化学问题？需要找什么样的文献资料，找什么样的合作者？能与化学领域的人交谈，能够大体上听懂所谈的问题属于什么化学范畴。若要研究与化学有关的问题，应该从何处着手？第一章绪论1.5本课程的内容、范围及安排理论课32学时基本原理篇：绪论化学反应的基本规律物质结构及其性质水资源与化学能源与化学材料与化学生活与化学（含有机化学基础）

第一章绪论1.6授课特点突出基本概念的思想；突出化学学科发展和化学研究的方法；突出展示化学在生活中的踪迹；突出化学原理在社会各个层面的应用及重要性。第一章绪论1.7考核重点和成绩分布考核重点：基本概念和思想；化学反应进行方向的判断以及如何利用化学反应？化学在生活中表现出的现象的本质；用化学原理来解释发生在你周围的化学变化；探究化学在未来各行各业的作用。第一章绪论第一章绪论教学环节和成绩构成小作业（作业本）+点名15%大作业ppt（网上交）15%大作业ppt交流(课堂)10%(9+1)调研报告（网上交，12周前）10%考试（基础知识+思考题）50%(40+10)关于大作业1.分组：6人一组（召集人1名，负责召集全组同学讨论所选的主题，分配ppt的侧重点等），每组分配一个主题。2.要求每位同学围绕所分配的主题做ppt，9月30日前交，邮箱（chemistry223@126.com

）。