化学与社会第一章课件

化学与社会化学化工学院（微结构国家实验室，唐仲英楼C612）郑和Ohenghg@公共邮箱：hxysh2010@163.comhuaxue成绩评定平时30分期末考试40分读书报告30分作业(15分)；出勤(15分)自选与化学有关专题或平时40分(每次10份，达4次无成绩）期末考试60分研究内容化学研究什么？化学学科的发展方向与化学研究中的机遇化学与环境化学与材料化学与农业化学与生命化学与现代文明纳米专题第一章序论一、化学研究什麽？1化学研究的对象

单质：指由同种元素的原子组成的物质，如氧气(O2)和氮气(N2)；金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)、锌(Zn)和锡(Sn)等

化合物：指由不同种元素的原子组成的物质，如盐酸(HCl)，氢氧化纳(NaOH)，碳酸钙(CaCO3)机械运动:位置的移动物理运动：蜡烛燃烧由固态变为液态。化学运动：蜡烛燃烧变CO2生物运动：花开花落

物质运动形式

物质发生化学变化后，它的组成会发生变化。研究化学变化时，常对物质的组成、结构、性质、发生变化所需的外界条件及变化规律等进行研究。

解决化学变化能否发生、进行程度如何及有哪些影响因素等问题，能为社会生产实践提供理论指导。

热力学研究结果表明氢气(H2)与氧气(O2)可以发生化学反应生成水（H2O）。但事实上正常条件下，空气中的氧气和氢气能稳定存在而并不生成水。动力学研究显示这是因为二者反应速度很慢，106亿年才生成0.15%的水。因此若想实现该反应，就必须研究影响该反应的各种因素,如催化剂等。

化学是一门在原子、分子和离子层次上研究物质的组成、结构、性质等变化条件及规律的科学。亦即是研究物质变化的科学。化学的定义化学研究的目的—认识自然，改造自然，造福人类

出于对自然界物质的好奇，人们很早就知道如何从自然界分离出某些化学物质，例如从花卉中提取颜料来染布和作画。同时，人类很早也认识到通过化学变化来制造新物质，最早的可能是肥皂和活性炭。从化学元素概念的提出、氧化学说的建立、元素周期律的发现、由无机化合物合成有机化合物（尿素），为人类文明的进步带来飞跃。化学研究的各项成果为人类认识自然和改造自然及社会的发展和进步起了非常重要作用。

化学研究围绕保证人类的生存、提高人类生活质量和延长人类寿命的目标一直在做不懈的努力。如化学研究在解决人类的衣、食、住、行、能源短缺、合理使用自然资源及环境保护等难题方面和合成新材料、新药物及探明生命过程中的化学奥秘方面曾经而且还将继续做出巨大的贡献。

化学研究发展到今天从来就没有脱离过为人类造福和使人类生活得更美好的长期而远大的目标。二、化学学科的发展方向与化学研究中的机遇

近代化学时期（从十七世纪中叶到十九世纪末）：化学作为一门独立的学科的形成和发展时期。元素论的诞生标志着化学学科的确立；从燃素说到氧化学说的建立，化学计量定律的确立、原子-分子学说的建立、及元素周期律的发现。科学实验的兴起和化学工业的蓬勃发展，促进了化学史上一系列的发现和发明。化学的分支学科也迅速发展。

1.化学发展简史古代化学时期（十七世纪以前）：制陶、玻璃制造、炼铜和铁、造纸和火药、炼丹和炼金、医药化学和冶金化学等的萌芽期。这一时期的化学特点是注重实用性，化学知识是经验性和零散性的。现代化学（十九世纪末，二十世纪初）：X-射线、放射性、电子的发现。化学的研究深入到探索原子、分子、晶体的内部结构。量子力学的建立全面揭示了元素周期律的本质。化学研究从宏观实验和经验归纳转为从微观领域的演绎和推理来阐明物质及其变化本质。经历了从宏观到微观、从静态到动态的认识过程，建立了崭新的化学理论体系，化学与其它学科的研究和发展也相互渗透、相互促进。现代化学有三个突出的特点：（1）多学科的综合性和相互渗透；（2）新的实验手段的普遍应用；(3)理论与实验相结合。InorganicChemistry,2009,48,5772:(NH4)2MoS4+CuI+4,4’-Bipy+Bu4NI

{Mo2O2S6Cu6I2(4,4-bipy)6}n中性化合物一级学科:

化学二级学科:无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学、环境化学及化学工程等。交叉边缘科学：生物无机化学、生物有机化学、物理有机化学、金属有机化学等。按研究划分:

基础研究、应用研究和开发研究。然而实际上的划分却是不易的，例如催化。

化学学科的分支

（a）弄清各种物质在各种状态下的组成、结构和性能等及其相互关系（结构研究）。(b)弄清各种物质结构变化的机理细节及其结构变化的控制方法和手段（结构变化）。（c）弄清各种物质化学反应的机理细节及其结构变化的控制方法和手段（反应机理）。（d）根据需要能够任意设计和合成各种性能的化合物（合成化学）。

化学学科自身的使命化学学科的发展方向既涉及本身具有普遍科学意义的各项研究，又应该考虑整个社会大系统环境的各个角度例如国家政策、方针、社会需求、现有的科学资源及科学实力等。除了要完成自身的历史使命外，还肩负着促进其它自然科学与社会科学的发展和进步。化学的发展与其它学科的相互关系

化学与生命科学生命科学之谜？

1.生命起源之谜。

最早的生命从何而来？这个被人们称为“自然历史上最复杂、最难以解决的疑问”，今后仍是科学研究的焦点，将长期吸引学者的注意。2．大脑之谜。这个“大自然创造的最神秘黑箱”，有着无比奇妙的特点。诺贝尔奖金获得者克里克写道：“你本身，你的喜怒哀乐，你的记忆，你的雄心，你的个人

感觉，你的自由意志，事实上不外乎是大量细胞及其相关分子的行为。”勒维司说“你什么都不是，仅仅只是一堆神经元”。但这堆神经元究竟是怎样开展工作的，至今却还知之甚少。3．演化之谜。生命是如何演化的？达尔文“物竞天译”理论对此作了颇为精彩的解释，但近年来一系列发现，却使得这个领域重新充满疑团。例如“寒武纪大爆炸”就是其中最具挑战性的事实，在距今5亿多年前的寒武纪后期，在非常短促的历史时期内，地球上突然冒出了许多新的动物类型，包括海绵动物、腔肠动物、腕足动物、节肢动物、脊索动物等等。总之，大多数“门类”都在此时同时出现，而之前根本并不存在，之后则基本上没有增加。这一事实与“渐进式演化”、“系谱树”等理论很难协调。此外在分子水平研究进化问题时，也发现许多难以用自然选择理论解释的事实。“生命如何演化”，仍然是值得继续探索的大课题。4.地外生命之谜。尽管直至今天还没有找到任何地外生命存在的踪迹，但由于宇宙中星体太多了，要否定它几乎是不可能的事，所以寻找还必须继续进行。一旦发现地外生命，由于它们所处的环境和地球截然不同，其元素组成、结构方式、遗传密码、新陈代谢类型，肯定与地球型生命有很大差别、研究二者的异同，必然会导致生命科学的重大跃进。5．各种生物基因图谱的绘制。每种生物都有自已一套独特的遗传系统，包括若干染色体及排列于其上的基因。其化学基础则是DNA分子，是由许多核苷酸按照严格顺序联接起来的长链。测定基因位置，并最终确定各个核苷酸的排列顺序，是透彻了解该生物的基础工作。现在科学家已经完成了对大肠杆菌、酵母菌及其它11种微生物的基因图谱工作。对于人类基因，已标识了将近一半，不过对于30亿个碱基对，仅只分析了约6000万个，大量工作需今后继续进行。

现在人们认为生命的起源是通过化学途径实现的，生命过程本身就是化学变化的表现。要了解生命必须先了解化学活性。生命科学的发展要求我们在分子水平上解释生命过程，例如组成生命的各种酶、核酸和蛋白质的分离，及其化学结构与生物功能的关系，遗传基因的序列。 应用：亲子签定传统的测血型亲子鉴定测DNA亲子鉴定化学与信息科学(记录、传输、存储、识别等）

计算机的计算速度和容量的提升及计算机本身的发展却依赖新一代计算机芯片的发展。而计算机芯片所用材料又是无机或有机化合物。

计算机科学与化学实验手（自动化和智能化、文献）药物及农药筛选量子化学的进一步发展及生物大分子的深入研究单晶硅砷化镓磷化铟碳化硅锗化学与信息化学与信息化学与地球科学

同位素地球化学、微量元素地球化学、岩石地球化学、矿床地球化学等也都是化学的直接应用而发展起来的边缘科学。

化学与环境科学、考古学和哲学的发展和进步。

文物保护和档案材料的保护都与化学技术的进步息息相关。聚苯乙烯灯塑料制品地板革化学与材料化学与能源水能太阳能

化学的发展与社会文明进步化学与社会问题和社会需求有：化学工业、增产粮食、增加能源、发展材料、裨益健康、改善环境、增强国防。化学工业是一种高技术工业，它依赖现代化的生产流程、最先进的仪器设备和最新颖的构思。它已成为各国国民经济中的重要支柱。

例如，美国化学品及其相关产品工业拥有一百万员工，每年出口量达1750亿美元，赢得约165亿美元的国际贸易顺差；英国化学工业年产值约21万亿英镑（约占英国总产值9%），出口顺差25亿英镑国民；日本和法国化学工业品国际贸易顺差分别达461亿美元和257亿法郎。

化学涉足的工业领域1988年我国化学工业总产值占全国工业总产值的6.9%。2006年增加到18%。化学及其密切相关工业，如石油加工业、医药工业和橡胶制品等占全国工业总产值的28.6%。国际市场上化学工业品的竟争力主要依赖该国在化学科学能否保持领先地位。尽管先进工业所依赖的纯科学基础有时是很隐蔽的，但对于国家前途来说，没有比化学更安全的基础科学投资领域。我国化学工业现况用有限的土地资源去养活不断增长的人口是人类面临的一个严峻的问题。我国在这一问题上更为突出，人口占世界22%，耕地面积占世界7%。因此食物的增产问题无法回避。解决的办法有：通过扩大耕地面积和提高单位面积耕地产量来提高种植业的产量；在分子水平上认识动物生长激素及调节物来提高养殖业的产量；通过固氮和光合作用的深入研究和开发应用寻找增产食物的根本途径；加强食物的储藏和保鲜研究；海洋食物的进一步开发。这些解决办法都直接或间接与化学相关，如提高单位面积耕地产量离不开化肥、除草剂、植物生长促进剂和调节剂、土壤改良剂、害虫引诱剂、昆虫信息素、昆虫激素、农药等领域研究的突破。化学与农业中国首例国产抗艾滋病药“克度”于2002年上市由中国东北制药集团公司自行生产的齐多夫定（ＡＺＴ）片剂和胶囊剂今天在中国上市，其商品定名为“克度”。获得中国国家药品监督管理局的国内上市批准文号，是中国批准生产的第一例抗艾滋病病毒药品。它结束了中国抗艾滋病病毒药品完全依赖进口的历史。

目前中国艾滋病患者和ＨＩＶ感染者共有100万人左右。由于长期依赖进口，高昂的药物价格使中国的艾滋病患者每年承担的治疗费用比泰国、巴西等国患者要高出数倍以上。

目前接受鸡尾酒疗法治疗的病人，平均每人每月的药物花费在２５００－３０００元人民币左右。而经济条件差的病人只能接受对症疗法（根据病人出现的病症治疗）。

化学与人类健康化学与食品添加剂常用的合成食用色素1）苋菜红2）胭脂红3）柠檬黄4）日落黄5）靛蓝其它添加剂如：甜味剂、防腐剂、香料、杀菌剂等三聚氰胺白色无味的结晶粉末微溶于水半致死量大约为每千克体重3克

胃酸作用下解离肾结石或肾衰竭火药（KNO3,C,S)的发明改变了交战状态，现代炸药式样更新。化学药品或混合物经化学反应产生气体，并释放大量热能，气体急剧膨胀而爆炸。子弹（铅或钢质）是用化学炸药推动的。化学武器是使用了化学毒物。核武器利用了核变过程中产生的热能和辐射。开发防毒面具及抗细菌药物，隐形材料，保护材料也与化学密切相关。化学与国防人造卫星航天飞机隐型战斗机导弹航天飞机宇航员装备后背座：氮推进器，液体氧，水罐等。控制板：调节氮气，氧气和水供应等。头盔：透明塑料（多层材料)，涂金的防护镜，减少太阳的辐射。手套：硅橡胶，给出触感。化学与环境人类环境自然环境社会环境地质环境土壤环境大气环境水体环境生物环境生产环境交通环境商业环境文教环境卫生环境旅游环境改善环境工业三废（气、渣、液）处理；生活垃圾（如