《大学物理化学授课课件第1章绪论(本科专业).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理化学授课课件第1章绪论(本科专业).ppt（45页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、Inorganic Chemistry,无 机 化 学,授课教师：曾冬铭,E-mail:电话：,中南大学,化学化工学院,2,1,4,3,理性规划四年大学生活,经常与亲人联系沟通,培养良好的学习生活习惯,主动热情的参与社团活动,写给 14 级新同学们,化学是什么 无机化学概述 如何学好无机化学,绪论基本内容,化学的定义,化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、制备、性质、结构、应用及其作用和变化规律的科学。,化学的中心含义在“化”字。化在汉语中指变化和造化，因此把英文 chemistry 按含义译为“化学”，既古雅又恰当。据考证，中文“化学”一词最早于1856年（清咸丰六年）由英国人A.Will
2、iamson 编写的格物探原一书用了“化学”一词。该书还介绍了西方近代科学中的一些化学知识。,化学是什么？,摘自周公度著化学是什么,化学的研究内容,化学的研究内容,一是利用各种分析方法测定物质由哪些原子以什么比例组成，原子间以什么作用力结合在一起，它们具有什么样的空间排布。,三是阐明并控制化学反应的全过程。,二是用化学合成手段制造出各种组成和结构的化合物和材料。,化学已经成为自然科学 基础学科的中心。,化学的主要特征,-Theodore L.Brown,H.Eugene LeMay,Jr.,Bruce E.Bursten 著,化学是一门以实验为基础 的科学。,化学的主要任务是创造新 物质。,C
3、60,氧化锆陶瓷,碳纳米管,合成皮肤,化学在社会发展中的地位及作用,（一）化学是社会发展的推动者,用火的化学活动产生了人,早期的化学活动和社会 的发展,烧制陶瓷,钻燧取火,西周时期的陶瓷,在人类的进化过程中，有了用火的实践活动，就使他们从猿猴等灵长类动物中脱颖而出，进化为人。,早期的化学活动和社会的发展（续）,冶炼金属,司母戊鼎,司母戊鼎是商朝前期的代表作，是商王为其母亲“戊”铸造的。司母戊鼎是目前世界上最大的出土青铜器。,冶丹,葛洪炼丹图,炼丹主要是在丹炉中以各种矿物和金属为原料炼制丹药，对它们进行化学变革，希图得到新的物质。这过程对一些元素及化合物的认识得到了提升。,化学变化的朴素观点,四
4、原性说,火,干,土,水,冷,热,气,湿,四原性说认为原初物质是物性的组成。物性有相互对立的热、冷、干和湿这四种。这四种物性两两组合，成为六对。由于对立面无法成双共存，即同一物体不可能既是热的又是冷的，或者说既是干的又是湿的。由此推出基本的物性只能结合成四对：热和干，干和冷，冷和湿，湿和热，它们分别与四种原初物质火、水、土、气相对应。,亚里士多德的“四原性说”示意图,五行说,“五行说”的相生相克规律,五行说认为构成宇宙的五种基本元素是金、木、水、火、土。将它们成为“五行”。这里的“行”的含义是行为、性能，五行即五种不同性能的物质，它们相生相克，相互结合起来而生成万物。,近代化学和社会的发展,拉瓦
5、锡的燃烧理论,拉瓦锡,拉瓦锡推翻了长期以来统治化学界的“燃素说”，建立了燃烧的“氧化学说”，揭开了燃烧现象的本质。,道尔顿原子学说和新元素 的发现,道尔顿,道尔顿的化学原子学说把原子论与元素学说统一起来，成为有机整体，使化学成为一门独立科学。,近代化学和社会的发展（续）,阿佛加德罗分子论和微观世界,阿佛加德罗,阿佛加德罗在物体和原子这两种物质层次之间引进了一个新的层次分子，用以解释当时的许多实验事实。该理论对化学科学的发展起了重大作用，使人们的眼光深入到微观世界，了解分子由原子组成，了解分子的大小和质量等情况。,尿素和有机物的人工合成,人工合成尿素的首创者维勒,德国化学家维勒利用无机物人工合成
6、出了有机物尿素，这是化学发展的一大进步，给了此前广泛流行的“生命力论”以巨大的打击。此后，化学家们从无机物出发相继合成出了一系列有机物，使人们确信可以由无机物人工合成出有机物。,20世纪的化学使社会迅猛发展,合成氨和化学肥料的发展,哈柏教授实现了人工合成氨,哈柏合成氨的伟大意义在于大规模人工固氮获得成功，使大规模生产化肥成为现实，大大地促进了农业现代化。,高分子材料的发展,塑料,橡胶,晴纶（纤维）,塑料、橡胶和纤维并称为三大合成高分子材料。,核化学和放射化学的发展,在20世纪后半叶，核化学和放射化学的发展，进一步提升了人们对物质世界的认识，切实的惠及广大人民。例如：（1）以放射性药物治疗困扰人
7、类的癌症等疾病；（2）利用核裂变发展核电站，核能已成为了能源的重要成员；（3）用核化学技术，如中子活化分析法，测定物体中各元素的含量；用14C放射性同位素法测定历史文物的年代。,对生命物质的认识,蛋白质的结构,DNA超螺旋结构,化学家对蛋白质和核酸等生命物质的研究，不仅使生物化学迅速发展，而且由此诞生了结构生物学和分子生物学。,（二）化学是能源的开拓者,化学在社会发展中的地位及作用（续）,化学是什么？从能源领域看，化学是提高开采能源的采收率，延长能源枯竭到来的时间；化学是提高能源加工、炼制的水平，获得高质量的产品和利用效率；化学是开发经济实用、不会枯竭的新能源，满足社会的可持续发展物质基础；化
8、学是减少“三废”的排放，减轻对环境的污染。,煤,石油开采平台,（二）化学是能源的开拓者（续）,天然气灶,氢能燃料电池,生物质能,（能替代石油的能源）,核能发电站,（三）化学是材料的研制者,金属材料,钢筋,铝材,钛合金,合成高分子材料,化学纤维,高分子薄膜材料,医用高分子材料,玻璃和陶瓷,玻璃,陶瓷,电子信息材料,单晶硅太阳能电池板,液晶显示器,（四）化学是环境的保护者,随着工业的发展，废气、废水废渣所带来的环境污染越来越严重，如何治理三废是化学工作者所面临的重要任务。,怎样来保护我们自己的家？怎样来保护我们生存的环境？-作为一个化学工作者，重任在肩！,由中南大学组建的国家重金属污染防治工程技术
9、研究中心于2012年4月成立，这是依托中南大学组建的第一个国家工程技术研究中心，也是我国首个重金属污染防治国家级科技创新平台。该中心的组建对促进环境工程学科发展、推动我国重金属污染防治技术整体水平的显著提升具有重要意义，对湘江流域乃至我国重金属污染治理将发挥重要作用。,（五）化学是美好生活的创造者,人们的衣、食、住、行、美、健等都与化学紧密相连。,衣：人们穿的衣服是由色彩鲜艳的衣料做成的。它包含了许多的化学物质，如：各种化学染料、各种合成纤维。它使人们的穿着更加美丽，对生活充满信心。,食：饮食是人类生存的决定因素之一。在人们的食物中，调味品是必不可少的。如味精，甜味剂；另外食品保鲜剂等，这些都
10、是化学产品。所以说人们的饮食离不开化学。,住：居住是人类生存的基本条件之一。各种建筑、装潢材料无一不是化学产品。如：钢材、水泥、油漆，玻璃、塑料板材等，正是有了这些材料，才使我们能够居住在温暖舒适的房间里。,行：用以代步的各种交通工具如：汽车、轮船、飞机、自行车等都是由化学产品构成的。车体是由钢材构成的、轮胎是由橡胶制作的，汽油、柴油、润滑剂、防冻剂等都是化学产品。,美：各种洗涤化装用品如：洗涤剂、肥皂、去污剂、美容霜、香水等等，都是化学产品。健：用以保证人们健康、抵御疾病的各种药物，都是经过化学合成出来化学药品，数不胜数。,化妆品,药品,食品安全问题 触目惊心！,苏丹红咸鸭蛋,三聚氰胺奶粉,
11、瘦肉精,镉米,染色馒头,牛肉膏,假葡萄酒,爆炸西瓜,肯德基,毒豆芽,（六）化学是新兴产业的支撑者,新化合物和新材料的探索研究,C60（足球烯）,石墨烯,石墨烯是一种由单层的碳原子组成的二维纳米碳材料，厚度约为 0.35 nm，是目前世界上最薄的一种材料。石墨烯的导电能力和载流密度都极为优良；其复合材料具有优良的机械性能。石墨烯有望在微电子、机械和医学等领域获得广泛的应用。,C60分子是一种由60个碳原子构成的分子。C60有许多优异性能，如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀、在光、电、磁等领域有潜在的应用前景。,天梯缆绳,坐着电梯上月亮，有门！,美国人迈克尔莱恩在2003年成立了“电梯港”公司，投
12、入巨资研究从地球通往太空的天梯。太空梯基本上就是一条长长的缆绳一端固定在地球上，另一端固定在地球同步轨道的平衡物（如卫星）上。在引力和向心加速度的相互作用下，缆绳被绷紧，太空梯将利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动。人类目前已经拥有制造天梯缆,绳的材料，那就是在1991年发明的碳纳米绳，直径1毫米的碳纳米绳可以承载60吨重量。但这种材料每克500美元，成本相当昂贵。,莱恩他们已经另辟蹊径，将研究重心转移到了造价更小的“月球电梯”上，并梦想能在10年左右时间内建造一架从月球上空5万公里处垂向月球表面的“月球电梯”！因为月球的引力仅为地球的1/6，所以“月球电梯”对缆绳强度的要求将远远小于从地球表面通
13、向太空的“太空电梯”，科学家只需使用一种日本生产的高强度、高耐热性“柴隆”复合纤维，就能实现打造“月球天梯”的梦想！,增雨炮弹和增雨剂,2008年8月8日晚，奥运会在北京开幕，估计全世界有十多亿人观看开幕盛典。根据天气预测当晚奥运会开幕式所在的场馆及放焰火的区域下雨的可能性很大。下雨将严重影响开幕式的表演和观赏效果。怎样调动下雨地点，使它不下在北京市区？气象台根据雨云是从西边飘移向市区的情况，在北京市西边布置了高射炮阵地，,于当晚向天空云层发射增雨炮弹，使雨水下在了西边，北京市区没有下雨，从而保证了奥运会开幕式庆典仪式和焰火没有受到影响。,增雨剂是由 AgI 和尿素等吸水性很强的化合物微粒组成
14、。当炸弹在云层内炸开，将云层中的小水滴和水分子吸在一起，聚集长大，成为雨滴降落大地。,揭开生命的奥秘,生物体从诞生、成长、繁殖和衰亡的整个过程，实质上都和化学反应密切相关。这些过程在生物体中由各种各样的的生物膜包围成一个个大小不同的细胞和器官，它们就是不同的化学反应器，在其中进行着非常复杂而又相互配合得很和谐的化学反应。生物体内的这些多种多样的化学反应过程，既有其共性，也有各,自不同的特点。阐明这些反应在各种条件下进行的机理，其研究内容浩如烟海，有待化学家们不断的探索。,生命的奥秘,研究宇宙的演变,在探索研究宇宙无穷无尽的演变中，天文学、物理学和化学融合在一起，做出了巨大的贡献。例如（1）制造
15、哈勃望远镜关键的部件透镜时，化学家要精确地配料达到期望的组成，并均匀的熔合、退火、冷却、分析最后成品的组成和性质；（2）根据恒星辐射的光谱了解星体物质的组成，例如人们现在已经知道太阳由哪些原子组成、月球以及其他行星表面物质的化学成分等；（3）各种辐射所对应的变化机理，如光谱中的每条谱线是由什么原子从哪个能级向哪个能级跃迁产生的。,宇宙的演变,化学科学是最古老和涉及范围最广的学科之一，积累了大量人类的知识,具有广阔的发展前景。尽管各化学学科之间的界限不是很分明,而且各学科之间彼此交叉,但由于研究方法、目标和目的不同,有必要将化学进行分类。按传统分类,可将化学分为四大分支：无机化学、有机化学、物理
16、化学和分析化学。,化学学科的分类,无机化学概述,无机化学：研究无机物质的组成、结构、性质及其变化 规律的科学。有机化学：研究有机化合物的性质、内部结构、合成方 法、有机化合物之间相互转变的科学。物理化学：研究化学现象与物理现象之间的相互联系，以便找出化学运动中最具有普遍性的一般规 律的科学。分析化学:包括定性分析和定量测定，仪器分析等,是 进行化学研究的基础。,化学的四大分支学科,无机化学的三级学科,传统上，在无机化学二级学科中，划分如下：,元素化学 配位化学,无机结构化学 无机合成化学,无机化学,合成,成份,（分析）,性质,（测量）,结构,（晶体、分子）,成键,反应,实验评价,立体化学,对称
17、性,与成键的关系,理论解释,键型,键强,成键与化合价,与结构的关系,理论解释,表征,化学计量学,实验条件,理论解释,实际应用,平衡因素,常数的评价,(K,H,S,G),理论解释,预言实际应用,实验评价,理论解释和预言,平衡因素,机理含义,实际应用,无机化学的研究范围,美国亚利桑那州立大学 T.Moeller 教授在Inorganic Chemistrya Modern Introduction教材中对现代无机化学的范围作了如下表解：,国际、国内无机化学期刊,美国,无机化学学报,1.93,10.0,4.33,1.89,0.67,3.88,无机化学也是材料科学、冶金工程、矿物工程等专业不可缺少的重
18、要基础课。,为什么要学习无机化学？,无机化学是应化、化工、制药的专业基础课；,如何学习无机化学,元素及其化合物的组成、结构、性质及变化规律,化学反应原理,无机化学的课程结构,理论化学 元素化学,912 章,28 章,物质结构理论,1323 章,期末考试成绩占 70%，平时成绩占 30%。（平时成绩包括作业、出勤、上课纪律等）,无机化学课程考试,大学化学与中学化学在学习上的不同,每节课的讲授内容少,讲授的内容重复较多,大量作业,课堂练习和课外练习,自学内容少。,中学的学习模式：,学习方法上必然有区别：大学主要以自学为主，教师只是起主导作用,1、预习2、注意听课，适当笔记，抓住重点，弄清难点3、做
19、好作业典型习题，举一反三，提高学习效率4、理论联系实际，善于思考5、培养观察能力和动手能力6、对教材内容反复研读,本课程具体的学习方法,http:/,小木虫论坛 学术科研第一站,多读书读好书！,拉瓦锡，17431794年)，法国伟大的化学家，生于巴黎的一个律师之家，法律硕士。但因爱好自然科学，最后决心专门从事化学研究。曾向法国科学院提交了大量的实验研究报告，著有化学概论等著作。1777年在论文燃烧通论中提出新的燃烧学说，否定了燃素学说，带来了一场“化学的革命”。1768年，年仅25岁当选为,拉瓦锡 近代化学的奠基者,法国科学院院士，同年成为一个包税人，承包国家税收。1789年法国爆发资产阶级革命，1793年法国国民议会发布命令，逮捕所有包税人，1794年5月8日拉瓦锡被推上断头台。他的特点是善于应用数学和物理手段，在牢固的基础上去建立崭新的化学，被誉为定量化学之父。,他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。,化学家史话,
