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无机化学. 绪 论. 二○一二年八月. 寄 语 祝各位同学: 在迈入大学的第一个学期目标明,学业成 ! 愉快而充实的度过人生中最美好的大学时光! 在大学里,会学、乐学加真学! 在竞争与挑战面前冲向同仁们前面! 珍惜这段最重要的经历,确立更高的人生奋斗目标 不断的努力,不断的进取, 为人生的辉煌积淀坚实 的力量!. 设置的问题. 1 化学的发现现状、发展趋势如何 ? 2 化学的发展对社会发展、经济繁荣和科技 进步有何重要作用 ? 3 无机化学在化学科学中的地位和作用 ?.
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无机化学 绪 论 二○一二年八月
寄 语 • 祝各位同学: 在迈入大学的第一个学期目标明,学业成! 愉快而充实的度过人生中最美好的大学时光! 在大学里,会学、乐学加真学! 在竞争与挑战面前冲向同仁们前面! 珍惜这段最重要的经历,确立更高的人生奋斗目标 不断的努力,不断的进取, 为人生的辉煌积淀坚实 的力量!
设置的问题 1 化学的发现现状、发展趋势如何? 2 化学的发展对社会发展、经济繁荣和科技 进步有何重要作用? 3 无机化学在化学科学中的地位和作用?
§ 1-1 化学是研究物质变化的科学 • 一切自然科学都以客观存在的物质世界作为它考察和研究的对象 何谓物质 宇观物质 宏观物质 微观物质 化学研究什么-物质
21世纪化学研究的对象-泛分子十个层次 • ①原子层次; • ②分子片层次; • ③结构单元层次; • ④分子层次; • ⑤超分子层次; • ⑥高分子层次; • ⑦生物分子层次; • ⑧原子和分子的介观聚集体层次(纳米层次); • ⑨原子和分子的宏观聚集体层次; • ⑩复杂分子体系及自装体层次 • (分子器件、分子芯片、分子机器。
21世纪化学研究的十个内容 • ①合成与反应; • ②分离与纯化; • ③分析与表征; • ④物理、化学性质及功能; • ⑤分子组装与自组装(分子剪裁、构筑与修饰); • ⑥结构、构型、构象与手性; • ⑦粒度、形状与形貌; • ⑧生物与生理活性; • ⑨上述各方面间的相互关系; • ⑩上述各方面的应用。
1—2 研究化学的目的 1 化学的作用和地位 (1)化学仍是解决食物和健康问题的主要学科之一 粮食安全:高效肥料、杀虫剂 食物安全:各种绿色添加剂 (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 合理利用化石能源 开发新能源 (3)化学将继续推动材料科学发展 微电子材料、超导材料、激光材料、 纳米材料、复合材料、 信息材料、 智能材料、记忆材料、 医用材料、 仿生材料 (4) 化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障 环境化学、药物化学
化学是八大朝阳学科的中心学科 信息、生命、材料、环境 能源、地球、空间、核科学
2. 21世纪化学学科发展的总趋势 预计2l世纪科学发展的趋势 各学科间纵横交叉,用以解决实际社会问题。 对于化学学科,其自身的继续发展与相关学科融合; 化学学科内部的分支的继续发展和作为整体发展相结合;
1—3 研究化学的方法 • 微观与宏观相结合 (2) 定性与定量相结合 (3) 静态与动态相结合 (4) 分化与综合相结合 (5) 复杂 简单 复杂 • 与其他学科的交叉、渗透与融合
§ 1-2化学发展简史 • 2—1 古代化学 • 2—2 近代化学的发展 • 2—3 化学的现状
2—1 古代化学 • (1)实用和自然哲学时期(---公元前后) • (2)炼金术、炼丹时期(公元前后—公元1500年) • (3)医化学时期(公元1500—1700年) • (4)燃素学说时期(公元1700-1774年)
1、实用化学时期公元前3000年以前,原始社会及奴隶社会初期。以实用化学工艺为特征的。1、实用化学时期公元前3000年以前,原始社会及奴隶社会初期。以实用化学工艺为特征的。 为牧畜和农业生产,冶炼粗糙的实用金属工具。 我国早在公元前8000年新石器早期已开始陶器制造。 化学科学起源于几个古代科学文化发达的国家:中国、埃及、印度、美索不达米亚。在这些国家里早在公元前就发展了金属冶炼、陶瓷、染色等技术。
2、原性说(公元前3000年~公元1700年) 纪元前 希腊——水、火、空气和土 中国——“阴阳五行 ” 印度——“水、土、火、气、以太、时间、空间、 灵魂和感觉 十五到十六世纪,炼金、炼丹时期 阿拉伯炼金家贾伯的思想——所有金属都是汞和硫的混和物。 十六世纪,医药化学时期 瑞士医药学家帕拉塞尔士-万物都是由汞、硫、盐三种元素构成的
3、燃素说(公元1700~1774)冶金的兴起使人们对燃烧现象发生了强烈的兴趣,1703德国化学家斯达尔(Starl.G.E)提出,思想为: • 金属 –燃素 = 矿灰 怎么解释金属失去燃素重量反而增加的现象,燃素学说支持者法国科学家文耐尔(Venel.G)提出:燃素与地心是相排斥的,具有负重量。 燃素学说统治化学界100余年,这种唯心的学说后来被拉瓦锡的氧化学说所推翻。
2—3 化 学 的 现 状 一、化学研究的重大突破 1. 放射性和铀裂变的重大发现 约里奥-居里夫妇-人工创造出放射性元素-1935获诺贝尔化学奖。 1942年在费米领导下成功地建造了第一座原子反应堆。
2.化学键和现代量子化学理论的建立 鲍林提出化学键理论- 1945年获诺贝尔化学奖。 现代化学进入分子的理性设计的高层次领域。 3. 创造新分子新结构 —合成化学 1912年格林尼亚因发明格林尼亚试剂[烃基卤化镁(R-MgX)] 开创有机金属化合物新领域而获诺贝尔化学奖。 1989 年,哈佛大学的Kishi 全合成C145H264N4O78海葵毒素。该化合物有64 个手性中心,中心的7个骨架内双键的分子,存在271≈2×1021个异构体)。
4.高分子科学的建立和发展 1920年德国施陶丁格提出高分子概念,创立高分子链型学说。 在此理论指导下塑料、纤维、橡胶三大合成材料得以发 展,33年后的1953年施陶丁格获得诺贝尔化学奖。 5.化学动力学与分子反应动态学的发展 1956年前苏联谢苗诺夫和英国欣歇尔伍德在化学反应机理 反应速度和链式反应方面的开创性研究而获诺贝尔化学奖。 美籍华人李远哲及美国赫希巴赫从微观角度发展了分子反应动态学,亦称态--态化学,荣获1986年诺贝尔化学奖。
6. 分析科学的发展 • 生命科学和计算机科技发展,分析化学继而可对物质多种状态、多维结构、多种形貌的组成与结构以及化学行为和生物活性做出瞬时追踪,无损和在线监测,观察微粒形态与排列。 • 1990年的人类基因组计划(HGP),DNA测序技术发展起来2001年提前完成。
二、化学基础研究推动下化学工业的大发展 1、石油化工成为支柱产业 2、三大合成材料时代 3、化肥(农药)工业的巨大作用 4、医药工业的大发展
矿物化学、 土壤化学、 海洋化学、 药物化学、 能源化学、 大气化学、 宇宙化学、 星际化学、 化学信息学、 化学商品学、 化学与社会、化学与经济·······
21世纪化学的四大难题: 1、化学的第一根本规律:建立精确有效而又普遍适用的化学 反应的含时多体量子理论和统计理论。 2、分子结构及其性能的定量关系。 例如: 〈1〉如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料? 〈2〉如何使宏观材料达到微观化学键的强度? 〈3〉溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。 〈4〉具有单分子和多分子层的膜结构和性能的关系。 3、生命现象中的化学机理问题。 充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律,是21世纪化学待解决的重大难题之一。
〈1〉研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理,〈1〉研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理, 这是药物设计的基础。 〈2〉化学遗传学的创建,使得研究者不通过改变产生某一 蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能,为开创化学 蛋白质组学,化学基因组学奠定基础。 〈3〉光和作用的机理。 〈4〉生物固氮的机理。 〈5〉搞清楚牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维 分解为小分子的反应机理。 〈 6〉如何彻底了解大脑的结构和功能将使1世纪的脑科学、 生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科 共同来解决的难题。 〈7〉了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。
〈8〉 了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。 〈9〉 如何实现从生物分子到分子生命的飞跃?如何制造活 的分子,跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。 〈10〉蛋白质和DNA的理论研究。 4、纳米尺度的基本规律。 当尺度在十分之几到10nm的量级,正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中,有许多新的奇异特性和新的效应,新的规律和重要应用,值得理论化学家去探索研究。
§ 1-3 无机化学简介 • 3—1 无机化学的研究对象和发展 • 3—2 无机化学的任务
3—1 无机化学的研究对象和发展 研究所有元素及化合物(除碳氢化合 物及其衍生物)组成、结构、性质与变化的科学。 是一门丰富多彩具有无限发展前途的学科。
二战后随着工农业生产的飞跃发展, 继而产生新的边缘学科, 如: 元素化学 配位化学 稀土化学 超铀化学 无机合成化学 无机材料化学 无机固体化学 有机金属化学 物理无机化学 生物无机化学 原子簇化学
3—2 无机化学的任务 1 无机课程的目标 (1)理解无机化学基本原理和基本规律; (2)牢固掌握重要元素和化合物的主要性质、 结构、变化规律和用途; (3)熟练掌握无机化学的基本计算和基本实验; (4)规范化地使用化学符号和化学语言; (5)培养学习化学的能力,树立在化学领域的 创新思维、创新意识和创新精神。
基本把握无机化学的内容框架 • 理论部分:化学反应原理和物质结构理论 是无机化学理论部分两大部分 元素部分:周期系中各族元素及化合物 的基本知识是中心内容
(1)无机化学的理论部分 化学反应原理 理 论 部 分 物质结构理论
(2) 无机化学的元素部分: 以周期系线索,将化学反应原理、物质结构知识与元素性质 有机的结合在一起,引导学生运用理论和规律去分析和掌握 元素和化合物的基本性质. 反应活性 热稳定性 周期系中 酸硷性 氧化还原性 各族元素 沉淀溶解性 配合离解性 及化合物 光电磁功能性 实用性 合成与制备
参 考 书 目 1. 武汉大学等校编. 曹锡章,宋天佑,王杏乔修订. 无机化学(上、下册,第3版). 2.北京师范大学等三校编. 无机化学(第四版,上、下册). 北京:高等教育出版社,2002. 3.大连理工大学无机化学教研室编. 无机化学(第四版). 北京:高等教育出版社,2001. 4. 董平安等编著.无机化学习题与解答.武汉:武汉大学出版 社,2006. 5.徐家宁等编著.无机化学例题与习题.北京:高等教育出版 社,2006.
6. 唐宗薰主编.中级无机化学.北京:高等教育出版社,2003. 7. 唐有祺主编. 当代无机化学前沿.北京:中国致公出版社, 1997. 8. 不里斯罗(美)著. 华彤文,宋心琦,张德和等译. 化学的 今天和明天–一门中心的、实用的和创造性的科学. 北京:高等教育出版社,1997. 9.《大学化学》编委会. 今日化学.北京:北京大学出版社, 1995. 10. 唐有祺,王 夔主编. 化学与社会.北京:高等教育出版 社,1997. 11. 孟庆金,戴安邦编. 配位化学的创始与现代化.北京: 高等 教育出版社,1998. 12. 巴索洛(美)著. 高忆慈,王尧宇,史启祯编译. 无机化学 前沿.兰州:兰州大学出版社,1998.
参 考 网 站 1 . http://www.google.cn/ 2 . http://www.baidu .com/ 3 . 无机化学教学网站: www.chem.pku.edu.cn/wuji/ 4. 无机化学网络课程:chem.jlu.edu.cn/eclass/zyjck/inorchem/ 5. 无机化学学习网:www.blog.edu.cn/user2/jxswx/archives/ 6. 无机化学网络课程:col.njtu.edu.cn/zskj/2015/wuji/tiyao/