无机及分析化学0 绪论-2012

材料化学Materials chemistry 材料化学是材料科学的一个重要分支学科，在新材料
的发现和合成，纳米材料制备和修饰工艺的发展以及表征
方法的革新等领域所作出了的独到贡献。材料化学在原子 和分子水准上设计新材料的战略意义有着广阔应用前景。
材料化学的主要研究领域包括：金属材料、无机非金
属材料、有机高分子材料等。
环境化学Environmental chemistry
环境化学是研究化学物质在环境中迁移、转化、降解规律 及化学物质在环境中的作用的学科。主要研究内容： 1.研究化学污染物在环境(包括大气圈、水圈、土壤岩石圈 和生物圈)中的迁移、转化的基本规律，形成环境污染化学这一 介于环境科学与化学之间的一门新兴的边缘分支学科。 2.研究环境中污染物的种类和成分及其定量分析方法，形 成环境分析化学。 3.研究环境中天然的和人为释放的化学性质的迁移、转化 规律及其与环境质量和人类健康的关系，形成环境地球化学。 是介于环境与地球化学之间的一门新兴的边缘分支学科。 主要领域包括：环境分析化学、环境污染化学、污染控制 化学、污染生态化学、理论环境化学、区域环境化学、化学环 境污染与健康。
三大高分子合成材料——合成橡胶、合成塑料、合成纤维
●1912-1926年间，德国化学家施陶丁格(H. Staudinger, 1881-1965）通过大量实 验提出橡胶的化学结构假说，认为高分子化合物是由低分子单体通过化学键连 接聚合而成。为了证实“高分子理论”，1927年他通过测定高分子稀溶液的粘 度 ，验证了高分子化合物具有巨大的分子量，从而开辟了高分子化学新领域，奠 定了高分子合成工业蓬勃发展的理论基础。
这是一个放热过程（-286KJ/mol)
化学变化的特征：
★ 化学变化是质变——有新物质生成
1 H 2 g + O2 g H 2O l（化学变化） 2 H 2O l H 2O g（物理变化）
★ 化学变化是定量的变化，遵循“质量守恒定律”
1 H 2 g 2.016g O 2 g 15.999g H 2O l 18.015g 2
●第一种人工合成的塑料是酚醛塑料，俗名电木，它是由苯酚和甲醛聚合起来，
再加入木粉等填充料制成，1910年开始生产。 ● 1912年，德国首先生产出合成橡胶。它是以和异戊二烯结构相似的二丁二烯为 单体聚合而成，人称甲基橡胶。 ● 1935年，英国首先实现了聚乙烯塑料的工业生产。 ● 1935年，美国化学家卡罗瑟斯(W. H. Carothers, 1896-1937, DuPont)用己二胺 己二酸反应，制得聚酰胺纤维，取名“Nylon”，并于1938年实现工业化生产。
超分子是2个或2个以上分子通过非共价键的分子间作用 力结合起来的物质微粒。这种分子间的作用力包括范德华力， 氢键，疏水－疏水基团相互作用，疏水－亲水基团相互作用， 亲水－亲水基团相互作用，静电引力，极化作用，电荷迁移， 分子的堆积和组装，位阻和空间效应等。
5、生物层次的化学
包括生物化学，分子生物学，化学生物学，酶化 学，脑化学，神经化学，基因化学，生命调控化学， 药物化学，手性化学，环境化学，生命起源，认知化 学，从生物分子到分子生物的飞跃。 6、宏观聚集态化学
反应系统中所有元素的原子核总数和核外电子数 在反应前后不变，它们的总质量也必然不变。
★ 化学变化伴随着能量的变化，遵循“能量守恒定律 ”
（热力学第一定律）
1 O 2 g H 2 O l 286kJ mol-1 2 1 或 H 2 g + O2 g H 2O l 2 H=-286kJ mol-1 H2 g +
化学变化
分子中的原子重新组合，但原子不发生变化。 如：食物变质、水电解制氢气等。
核变化
原子核发生变化。如：原子弹爆炸等。
化学变化（反应）——有新物质生成的变化
例如：氢气在氧气中燃烧生成水
1 H 2 g + O2 g H 2O l 2
★ 物质的组成发生变化 ★ 物质的凝聚态也发生变化 ★ 反应过程伴随着能量变化，
有机化学的主要研究领域包括：有机合成、金属有机化 学、天然有机化学、物理有机化学、药物化学、化学生物学 与生物有机化学、有机分析化学、应用有机化学、绿色有机 化学、有机分子功能材料化学等。
分析化学Analytical chemistry：
分析化学是关于研究物质的组成、含量、结构和形态 等化学信息的分析方法及理论的一门科学，分析化学的主 要任务是鉴定物质的化学组成（元素、离子、官能团、或 化合物）、测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构 （化学结构、晶体结构、空间分布）和存在形态（价态、 配位态、结晶态）及其与物质性质之间的关系等。 分析化学的主要研究领域包括：色谱分析、电化学分 析、光谱分析、质谱分析、波谱分析与成像分析、分析仪 器与试剂热分析与能谱分析、放射分析、生化分析与生物 传感、活体与复杂样品分析、样品前处理方法与技术、化 学计量学与化学信息学、表面、形态与形貌分析等。
住：建筑材料（水泥、石灰、油漆、 玻璃和塑料）是化工产品。
行：用以代步的现 代交通工具需石 油化工产品。 （汽油、柴油、 美国航天飞机 防冻剂、润滑剂）
日常生活： 药品、洗涤剂、美容 化妆品、文化用品。
人类生存安全： 20世纪末资源问题？环境问题？
化学
与
环境
化学改变了世界。
长江葛洲坝岸边堆 积的“白色垃圾”
凌晨4点的哈佛大学图书 馆里，灯火通明，座无虚 席…
大学教育在于帮助学生成为具备担 当意识、独立思考精神和创造性思维能 力的人才
大学不仅是知识累积的过程，更是独立、主动、求
异、思辨的过程，因此，同学们要尽快实现由原来的老
师主导性学习转向师生互动性学习，养成自我获取知识 、进行独立思考的习惯
摘自陕西师范大学校长房喻在2010级新生 开学典礼上的讲话
化学在社会发展中的作用和地位
一、人类生活的各个方面、社会发展 的各种需要都与化学息息相关。 1、衣：色泽鲜艳的衣料经过化学处理； 丰富多彩的合成纤维更是化学的一
大贡献；（洗涤液、干洗液等）
涤纶短纤维
尼龙66树脂
食：装满粮袋子、 丰富菜篮子关键 之一是发展化学 和农药生产；加 工制造色味俱佳 的食品离不开食 品添加剂、增味 剂、防腐剂、香 料、色素等。
有机化学Inorganic chemistry ： 又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构、性 质、制备的学科，是化学中极重要的一个分支。含碳化合物 被称为有机化合物是因为以往的化学家们认为含碳物质一定 要由生物（有机体）才能制造；然而在1828年的时候，德国 化学家弗里德里希· 维勒，在实验室中成功合成尿素（一种 生物分子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围， 扩大为含碳物质的化学。
物理化学的研究对象对象：研究化学反应的规律、化 学物质的结构、结构的测定方法，化学物质和化学反应与 电、声、光、热、磁等的相互关系等等，有电化学、光化 学、磁化学、化学热力学、化学动力学、胶体化学与界面 化学、结构化学、结晶化学，等分支学科。
高分子化学 Polymer chemistry 高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、 物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综 合性学科。合成高分子的历史不过80年，所以高分子化学 真正成为一门科学还不足六十年，但它的发展非常迅速。 目前它的内容已超出化学范围，因此，现在常用高分子科 学这一名词来更合逻辑地称呼这门学科。狭义的高分子化 学，则是指高分子合成和高分子化学反应。 高分子化学的研究领域包括：高分子合成化学、高分 子化学反应、功能与智能高分子、天然高分子与生物高分 子、高分子组装与超分子结构、高分子物理与高分子物理 化学、应用高分子化学与物理。
3、分子层次的化学
分子是一个可以独立存在且具有一定化学特性的物质微 粒。单原子分子，双或多原子分子，高分子，生物大分子， 自由基，准分子（即分子的激发态，过渡态，吸附态）和带 电荷的分子离子都属于分子的范畴。现已合成2000多万种， 近来合成的众多化合物如金属有机化合物，元素有机化合物， 原子簇化合物，金属酶，金属硫蛋白，富勒烯，团簇，配位 高分子等很难适应老的分类法。 4、超分子层次化学
化学是什么？
化学是社会发展的推动者
化学是能源的开拓者 化学是材料的研制者
化学是环境的保护者
化学是美好生活的创建者 化学是新兴产业的支撑者 北京大学周公度
化学是你，化学是我
北京大学校长
著名高分子学家周其风
段连运翻译
唐有祺、王夔
化学是研究物质化学变化的科学
物理变化 变化前后分子保持不变。如：水的三态变化等。
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
化学的主要分支
经典化学：无机化学、有机化学、分析化学和物理化学。 无机化学Organic chemistry：
是研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、
性质、变化和应用的一门化学分支。对于矿物资源的综合利
用，近代技术中无机原材料及功能材料的生产和研究等都具 有重大的意义。当前无机化学正处在蓬勃发展的新时期，许 多边缘领域迅速崛起，研究范围不断扩大。已形成无机合成、 丰产元素化学、配位化学、有机金属化学、无机固体化学、 生物无机化学和同位素化学等领域。
1940年，英国的温费尔德(J. R. Whinfield)等化学家，用对苯二甲酸和乙二醇为
原料，合成了聚酯纤维(涤纶)。
化学工程学Chemical engineering ：
研究化学工业和其他过程工业 (process industry) 生产中 所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。这 些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、食品 工业、造纸工业等。 它们从石油、煤、天然气、盐、石灰石 、其他矿石和粮食、木材、水、空气等基本的原料出发，借 助化学过程或物理过程，改变物质的组成、性质和状态，使 之成为多种价值较高的产品，如化肥、汽油、润滑油、合成 纤维、合成橡胶、塑料、烧碱、纯碱、水泥、玻璃、钢、铁 、铝、纸浆等等。 化学工程学的研究领域包括：化工热力学和基础数据、 传递过程、分离过程、化学反应工程、化工系统工程、无机 化工、有机化工、生物化工与食品化工、能源化工、化工冶 金、环境化工、资源化工等。