第四章 现代自然科学化学

第四章现代自然科学化学第1页，共69页，2023年，2月20日，星期三元素周期理论的新发展1902年，英国物理学家卢瑟福等人进一步发现，放射性是由于元素的原子蜕变而引起的，提出了元素蜕变的假说。1916年，英国科学家索迪基于对大量实验事实的分析而认识到，一种元素会有两种或两种以上不同原子的元素变种存在，提出了同位素假说。1913年，英国科学家莫斯莱在研究各种元素的X射线时发现元素的原子序数，实质是原子的核电荷数，决定元素化学性质呈周期性变化的是原子序数，而不是原子量。1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮时，氮变成了氧，第一次实现了人工核反应。1939年，德国科学家哈恩等人，在用中子轰击重元素铀原子核的实验中，发现了核裂变反应，开辟了原子能的新时代。第2页，共69页，2023年，2月20日，星期三现代化学结构和化学键理论1913年玻尔提出原子结构模型。

化学键有三种基本类型：离子键、共价键和金属键。第3页，共69页，2023年，2月20日，星期三晶体结构的测定及胰岛素的合成1955年，英国人桑格测定了最简单的蛋白质牛胰岛素的结构，确定了蛋白质中氨基酸的结合顺序，

1965年9月首次合成结晶牛胰岛素，

尿素的合成，突破了无机物和有机物的界限，从而开创了有机合成的新时期；胰岛素的合成，突破了一般有机物和生物高分子的界限，从而开创了人工合成蛋白质的新时期。第4页，共69页，2023年，2月20日，星期三众多分支学科的产生无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、量子化学、核化学、结构化学、化学反应动力学、合成化学、生物化学等，无一不是化学与其它学科相互渗透和相互促进而发展形成的。现代电子计算机与化学相结合形成了计算化学第5页，共69页，2023年，2月20日，星期三扫描探针显微镜第6页，共69页，2023年，2月20日，星期三美国IBM公司在-2690C移动硅原子构成第7页，共69页，2023年，2月20日，星期三运用纳米技术拍出的照片

凹陷的地方是原子被拨出后显示的深黑色沟槽，凸起的亮点是散落的原子形成的，显白色。第8页，共69页，2023年，2月20日，星期三中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图第9页，共69页，2023年，2月20日，星期三48个铁原子在铜表面组成的“量子围栏”

第10页，共69页，2023年，2月20日，星期三实用技术近代化学现代化学冶金、酿酒、火药、造纸等原子——分子学说现代物质结构理论回顾：化学发展史第11页，共69页，2023年，2月20日，星期三现代化学的地位和作用化学是一门重要的基础科学，它与国民经济的各个方面密切相关。化学与社会生活、生产有着及其广泛的联系，对于我国实现工业、农业、国防和科学技术现代化具有重要的作用。第12页，共69页，2023年，2月20日，星期三现代化学的地位和作用化学与人类生活：衣、食、住、行化学与农业生产化学与能源化学与材料化学与现代战争化学与生物制药第13页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与人类生活衣:尼龙、涤纶、其它衣料、人造革（聚氯乙烯

）食：馒头、酒、槟榔是少数民族喜爱的食物，在食用前，槟榔必须切成小块浸泡在熟石灰中，到一定时间后，才可食用。住：多彩的装饰、瓷砖、合金、PPR管全称无规共聚丙烯塑料,又称聚丙烯三型。它的热熔连接彻底解决了水管接头漏水的问题。行：燃料－交通工具的主要动力。牙膏、日用洗涤剂、香水第14页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与农业生产食物问题是涉及人类生存和生存质量的最大问题。21世纪中叶，我国人口将达到16亿，靠什么来保证人类食物的供应，最主要的是靠科学：化学和生物学化学：化肥、农药、植物激素和生长调节剂化肥：NPK及某些微量元素农药：化学农药－滴滴涕、六六六植物激素：第15页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与能源当前煤炭、石油、天然气等化石能源还是人类所能利用的重要能源，但这些能源在100年后将变得稀缺。化学将提供一些高效、洁净、经济、安全的化学能源与燃料电池。第16页，共69页，2023年，2月20日，星期三普通干电池

蓄电池

铜锌原电池第17页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学燃料、核能、太阳能、氢能源

化石能源是有限的，提高燃烧效率，开发新能源需要化学。第18页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与材料能源、材料、信息是国民经济的三大支柱，而材料又是发展能源和信息技术的物质基础。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。三大合成材料全世界年生产能力：合成橡胶1200万吨、合成纤维1500万吨、塑料6000万吨第19页，共69页，2023年，2月20日，星期三第20页，共69页，2023年，2月20日，星期三硅计算机芯片是硅做的。自然界没有单质硅。是化学家，把砂子（SiO2）转化为硅（Si），形成了计算机的基石。石英砂+碳+氯气四氯化硅+二氧化碳SiO2+C+2Cl2SiCl4CO2四氯化硅+氢气硅+氯化氢SiCl42H2Si4HCl

第21页，共69页，2023年，2月20日，星期三光导纤维主要成分：SiO2第22页，共69页，2023年，2月20日，星期三按化学组成和特性分无机非金属材料

金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维金刚石钻头隐形飞机（特殊光学材料）(压电陶瓷)铜、钢铁、铝等第23页，共69页，2023年，2月20日，星期三金刚石第24页，共69页，2023年，2月20日，星期三高纯氧化铝透明陶瓷管第25页，共69页，2023年，2月20日，星期三现代通信用光缆第26页，共69页，2023年，2月20日，星期三光学纤维胃镜第27页，共69页，2023年，2月20日，星期三用光导纤维做手术，不用开刀第28页，共69页，2023年，2月20日，星期三金刚石钻头第29页，共69页，2023年，2月20日，星期三氧化铝陶瓷制品第30页，共69页，2023年，2月20日，星期三氧化锆陶瓷第31页，共69页，2023年，2月20日，星期三F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。第32页，共69页，2023年，2月20日，星期三第33页，共69页，2023年，2月20日，星期三高压钠灯备注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400℃）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。第34页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与现代战争化学武器的应用，体现了当今科学的高度发展，但是，化学武器却给人类带来了前所未有的大灾难。闷人弹：令人和机器全“脱氧”

散花弹：中一弹要几十处动手术

惰性金属弹：大面积烧伤

电磁脉冲炸弹：让人神经错乱贫铀弹：打坦克同时制造癌症

火焰弹：可一直烧到骨头

集束炸弹像罐装饮料化学毒气:1984年2月，伊拉克与伊朗战争中使用了“芥子毒气”，造成了7000多人中毒不治而亡的悲剧。“死神”的毒气沙林洁白无垢，苹果味，香味，如把芥子气和沙林按比例混合使用，毒性竟比原来提高5倍多。第35页，共69页，2023年，2月20日，星期三战机挂装美制MK-77燃烧弹资料第36页，共69页，2023年，2月20日，星期三美军BLU-114型石墨炸弹第37页，共69页，2023年，2月20日，星期三集束炸弹在公路上爆炸后路面被炸出一片片弹坑第38页，共69页，2023年，2月20日，星期三美军贫铀穿甲弹发射后的弹芯第39页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与生物制药1909年德国艾里希合成了治疗梅毒的特效药胂凡纳明；1932年德国G.Domagk发现磺胺类药－－百浪多息且有抗菌活性（链球菌、葡萄球菌），荣获1939年诺贝尔生理及医药奖青霉素、四环素、红霉素、头孢菌类世界年销售量约为3000亿美元，临床有效化学药物2万种，常用药1000种新药研究转向针对明确了的药物靶分子，1988瑞典Astra公司推出奥美拉唑，1997年销售量约为29亿美元，一举成为世界销售额的第一位第40页，共69页，2023年，2月20日，星期三化学与环境保护

化学在造福人类的同时也造成了大量的环境污染第41页，共69页，2023年，2月20日，星期三第42页，共69页，2023年，2月20日，星期三第43页，共69页，2023年，2月20日，星期三第44页，共69页，2023年，2月20日，星期三第45页，共69页，2023年，2月20日，星期三第46页，共69页，2023年，2月20日，星期三第47页，共69页，2023年，2月20日，星期三海边第48页，共69页，2023年，2月20日，星期三臭氧空洞第49页，共69页，2023年，2月20日，星期三第50页，共69页，2023年，2月20日，星期三第51页，共69页，2023年，2月20日，星期三

第52页，共69页，2023年，2月20日，星期三第53页，共69页，2023年，2月20日，星期三每年二氧化硫排放所造成损失约为1165亿元，农作物218亿元人体172亿元森林776亿元每年由室内空气污染引起的超额死亡数达11.1万人，经济损失高达107亿美元。北京每年因有毒建筑装饰材料引发的急性中毒事件有400多起，中毒人数10万人，死亡人数350人。哈尔滨血液肿瘤研究所去年收治了1800多例肿瘤患者，46.7%是室内环境污染造成的。我国2001年因室内空气污染造成的损失为106亿美元。93.6%的新车室内空气污染严重超标，90%的新居装修及新家具甲醛测试超标。68%孕妇胎儿畸形是由居室甲醛严重超标造成，90%的白血病患儿家中近期装修过。第54页，共69页，2023年，2月20日，星期三

环境污染触目惊心

七大江河水系的741个监测断面的水质：29%I－Ⅲ类，30%Ⅳ、Ⅴ类，41%劣Ⅴ类东部和西南200余湖泊中80％富营养化近一半城镇饮用水源地水质不符合标准据343个城市调查，仅1/3达二级空气质量标准1/3国土受到酸雨污染垃圾围城普遍，有毒有害废弃物影响开始显现环境污染造成的损失相当GDP的3-8%第55页，共69页，2023年，2月20日，星期三

2004年度全国酸雨分布情况第56页，共69页，2023年，2月20日，星期三环境健康问题日渐突出

11个大城市，水与空气污染估计每年使5万多人夭折，约40万人染呼吸系统疾病华北某大城市约40%儿童血铅含量超标(2000年)二恶英类化合物已在市售牛奶、母乳（华东、南一些省市）中检出华北某大城市严重污染的蔬菜地土壤中汞含量超标98倍第57页，共69页，2023年，2月20日，星期三

原子经济性反应高选择性反应反应过程反应物反应产物绿色化学示意图无毒无害原料可再生资源安全的生产工艺提高能源的利用率应用无毒无害的溶剂应用无毒无害的催化剂环境友好产品（安全、能降解、可再利用）第58页，共69页，2023年，2月20日，星期三清澈的河水第59页，共69页，2023年，2月20日，星期三优美的环境第60页，共69页，2023年，2月20日，星期三20世纪化学的回顾与

化学学科发展的趋势1、科技发展的基本考虑20世纪人类认识和利用物质经历了为人类生存、人类生存质量、人类生存安全三个历史阶段。2、20世纪的化学在推动人类进步和科技发展中起了核心的作用。3、对20世纪末化学现状和地位的不同估计。第61页，共69页，2023年，2月20日，星期三21世纪化学的发展特色1、将会深入研究由原子组合成分子的方法和技巧；原子经济性和反应效率将成为重点关注的领域2、分子间相互作用及由此构成的多分子体系将成为重要的研究对象（分子聚集体系靠什么作用，规律如何？研究分子以上层次受重视）3、化学与其它学科的相互渗透和交叉将是21世纪科学发展必然趋势4、从化学基础研究的重大突破到形成高新技术产业化的周期将会大大地缩短，即科学－技术－生产力的链结将会缩短，从而加速生产力的发展第62页，共69页，2023年，2月20日，星期三未来化学的作用和地位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。4、化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障。

第63页，共69页，2023年，2月20日，星期三21世纪化学研究