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化学的今天和明天 (选修课) 化学系 陈承声 第一章 化学是一门中心的、实用的和创造性的科学 1 化学研究什么 2 化学是一门中心的科学 3 化学是实用的和创造性的科学 4 化学科学与人类的需求息息相关 1、化学研究什么 化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学…… ——R. Breslow 根据物质的尺度，可将物质分为宇观物质、宏观物质、介观物质和微观物质四个层次。 宇观物质：宇宙、星云等； 宏观物质：地球、亭台楼阁等； 介观物质：纳米尺度、光学显微镜尺度等； 微观物质：分子、离子、原子、亚原子微粒等。 小结： 化学是以“化学物质”为研究内容的，包括：原子层次、分子层次、超分子层次的微观物质。 原子层次：原子、单原子离子； 分子层次：原子聚集体（通过化学键结合），如分子、离子晶体，等； 超分子层次：分子间以弱相互作用力相联系。 3、化学是一门创造性的科学 化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究分子和创造分子。 ——《化学课程标准》 早期的化学有些什么？ 化学的历史很长，人类的化学活动可以追溯到有历史记载以前。 例如： 从花卉和昆虫中提取颜料，用来作画和染布； 通过化学变化来制造新的物质，如，肥皂和木炭。 4、化学是一门实用的科学 4.1 化学可以令衣着更加多姿多彩 4.2 化学可以改进食物的供给 化学肥料为植物的生长提供了氮、磷和钾等元素，以保证粮食的增收增产，为人类供应足够的食物。 除草剂能使作物长得茂盛，而杀虫剂则可以保护农作物。 化学家们还利用氯或臭氧等来为饮用水消毒，通过开发现代的药物来防治疾病，从而保证了人们的身体健康。 4.3 化学使住房和家庭陈设变得充满生气 4.4 化学让人们的出行更加方便和舒适 4.5 化学为保卫国防发挥重要作用 5、化学的基本原理 化学物质是由分子组成的，分子中各元素的原子以一定的方式相互联结在一起； 已知的100多种元素被排列在元素周期表中， 随着原子序数（质子数）的增加，一元素常常表现出和之前的某个元素有相似的性质。 分子内原子联结的方式将强烈地影响着该化合物的性质。 5.1 化学反应的特征 一般来说，化学反应是从能量较高的反应物向能量较低的生成物方向发生的； 化学反应的发生往往需要一定的外部条件，以及达到过渡阶段的活化能； 化学变化都伴随着能量变化； 化学反应遵守质量守恒定律。 5.2 化学反应的认识方法 化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，目的是认识分子和创造分子。 原子和分子都是肉眼看不到的微粒，我们只能通过借助特殊的方法 （模型与假说、化学实验、高效显微镜）来观察和认识它们的结构和性质。 利用扫描隧道显微镜 （1） 利用扫描隧道显微镜 （2） 通过模型的方法（1） 通过模型的方法（2） 通过实验的方法（1） 通过实验的方法（2） 6 化学的领域有多大 化学家每年所创造的新化合物超过100万种； 新药物、新材料的使用以满足人类需求； 生物化学和分子生物学对生命机理的研究； 绿色化学和环境保护； 计算化学预测物质的性质； 催化剂化学的应用； …… 本课程讨论的专题 化学是一门中心的、实用的和创造性的科学 化学的基本原理 健康和生命的化学 计算机与化学 生物体与工业中的催化作用 化学家怎样创造新分子 认识分子结构和化学反应 化学的秘密图纸---元素周期表 球碳的发现和所引起的思考 * * 作者简介 美国哥伦比亚大学教授，有机化学博士。 美国化学会会长。获得1991年总统授予的美国国家科学奖。 Ronald Breslow 化 学 药物化学 生物化学 分子生物学 地球化学 宇宙化学 量子化学 环境化学 能源化学 材料化学 2、化学是一门中心科学！ 天然的物质 人造的物质 第三位 第二位 第一位 炸药、燃料、新材料 生物、医学、农业 化学 物理 国 防 新材料、用于建筑和电器的聚合高分子 物理/化学 运输、 通讯 影响、新工艺 农业 生物 化学 环 境 新材料、聚合物 物理/农业 化学 衣、住 煤业岩、光合作用、燃料电池、有机光化学 农业 生物 化学/物理 能 源 药物、生态行为机制 化学/生物 医学 健 康 肥料、杀虫剂、生长激素、农药、遗传工程 医学 化学/生物 农业 食 物 化学的贡献方式 学科对人类需求的贡献 人类需求 有关