北京大学-应用化学基础【第一章】应用化学及应用化学品

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第一章
应用化学及应用化学品
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1.1 应用化学的历史及其意义
1.1.1.应用化学产生的社会渊源
公元前7000年人们已开始制陶
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公元前3500年已有冶铜
商代人面纹铜鼎 高38.5厘米，口长29.8厘米， 口宽23.7厘米 1959年宁乡黄材出
春秋牛角形耳云纹铜鼎 通高22.8厘米，口径19.8厘米 1982年湘乡何家湾出土
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1.1.4.应用化学的5个特点
①明显的目的性和领域性:应用化学是基于 已知的化学理论和方法去解决实际问题。 ②综合性和边缘性:应用化学不仅综合了各 类化学知识而且必须吸收非化学学科的理 论基础和研究方法。 ③功利性:应用化学着重研究大规模工业化 生产化工产品的具体方法, 以取得实际社会 效益和经济效益为根本目的。
北燕鸭形玻璃注 北燕时代的玻璃
五代时期，北洞山 汉墓出土的玻璃杯
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公元前2000年左右 已有染色、酿酒和炼铁的工艺
公元前印度制成靛蓝 以麯发酵酿酒是中国祖 先独特的技术，历史可 以追溯到公元前1600年 的中国商代。
古代中国人最早发 明炼铁技术并用于 制造工具、武器和 炊具。
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宋代沈括(1031～1095) 的《梦溪笔谈》 中则介绍了“石油”,他自己动手用其烟 制成墨。另外他还介绍了提炼胆矾、炼 制纯铜以及用铁置换制铜的方法,并首次 鉴定了陨石的主要成分是铁。
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举例：催化剂和各种助剂
(1)催化剂：炼油用催化剂、石油化工用催化剂、各种化学工业用 催化剂、环保用（如尾气处理用）催化剂及其它用途催化剂 。 (2)印染助剂：净洗剂、分散剂、匀染剂、固色剂、柔软剂、抗静 电剂、各种涂料印花助剂、荧光增白剂、渗透剂、助溶剂、 消泡剂、纤维用阻燃剂、防水剂等。 (3)塑料助剂：增塑剂、稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂、发泡剂 、偶联剂、塑料用阻燃剂等。 (4)橡胶助剂：硫化剂、硫化促进剂、防老剂、塑解剂、再生活化 剂等。 (5)水处理剂：絮凝剂、缓蚀剂、阻垢分散剂、杀菌灭藻剂等。 (6)纤维抽丝用油剂：涤纶长丝用油剂、涤纶短丝用油剂、锦纶用 油剂、腈纶用油剂、丙纶用油剂、维纶用油剂、玻璃丝用油 剂等。
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1596年问世的李时珍所著《本草纲目》,世 界上最早的药物化学的百科全书。
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1637年出版的宋应星所著《天工开物》, 世界上最早的药物化学和化学工艺的百 科全书。
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在化学作为科学出现以前,对食 品、染料、冶金、医药的实际探索已 经总结出了大量的知识并推动和指导 了生产和生活的实践活动,并由此而 孕育了现代化学的产生。
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1.2 应用化学品分类
应用化学品一般包括通用化学品和精细化学品两类。 1.2.1 通用化学品（重化学品） 具有一定的化学式和理化常数的单一化学物质 或大量生产的、广泛通用的混合物。 单一有机化合物如：苯、二氯甲烷、三硝基甲 苯等。 单一无机化合物如：硫酸钠，三氯化铝、硫代 硫酸钠等。 混合物如：汽油，柴油等都属于通用化学品的 范畴。
精细化学品相对通用化学品来说，其生产 规模较小、生产量较少，而技术垄断性较强， 是一类具有专用性能或特定功能的化工产品。 例如医药、涂料、印刷油墨、香精、洗涤 用品、化妆品、感光材料、采矿浮选剂、水质 处理剂、防菌防霉剂等。功能性精细化学品， 如抗氧剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、增塑剂、 催化剂等。
医药
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北京大学化学系的前身是 京师大学堂格致科化学门， 1910年首次招生。 1923-1924学年化学系开 设有普通化学、有机化学、 定性分析、定量分析、物 理化学，高等无机、高等 分析、高等有机、高等物
化、应用化学、化学 工程、胶体化学、电化学、 化学史等21门课。
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1.1.3.应用化学的意义
在化工产品开发过 程中,可以大致分 为3个基本阶段
基础研究
应用研究
化学工程设计与施工
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• 基础研究则是化学科学的任务,主要包括无机 化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构 化学、高分子化学和生物化学等。 • 而化学工程学则是完成化学工程设计与施工的 工程科学。 • 应用化学定义为根据化学的基本原理和方法对 人类生产、生活实践中与化学有关的问题进行 应用基础理论和方法的研究以及实验开发研究 的一门技术科学。
• 1．《应用化学》吴洪,曲凤玉,阎红编著，哈尔滨， 东北林业大学出版社，2001。 • 2．《精细化学品合成化学与应用》赵德丰[等]编 著，北京，化学工业出版社，2001。 • 3．《食品添加剂实用大全》刘程,周汝忠主编， 北京，北京工业大学出版社，1994。 • 5．《核化学与放射化学》王祥云，刘元方编著。 • 6.《放射化学》刘元方等编著。 • 7.《核药物化学》范我等编著。
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应用化学实验
• • • • • • • • 实验1 实验2 实验3 实验4 实验5 实验6 实验7 实验8 雪花膏护肤化妆品的制备 润肤露护肤化妆品的制备 防晒霜护肤化妆品的制备 粉刺霜护肤化妆品的制备 洗面奶护肤化妆品的制备 强力中泡洗衣液的制备 无磷洗衣液的制备 餐具洗涤剂的制备
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主要参考资料
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•
应用化学是化学学科的重要组 成部分，也是化学在应用领域不断 取得持续发展的不竭动力。 • 应用化学的研究对象主要不是 化学学科本身的基本原理和规律， 而是化学实际应用的基础，属于应 用基础研究的范畴。 • 应用化学也不同于化工，化工 主要从宏观上研究特定化学的工艺 和设备。
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应用化学是从微观分子水平上，进行 新产品和新技术路线的实验室研发和工艺 流程的原理性研究，促进化学基础研究成 果向工业应用的转化，并为化工生产提供 理论和实验依据。 因此，应用化学是化学由实验室走向 大规模工业生产中间的一座桥梁。
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④研究成果的应用范围较基础科学要小,保 密性强,实现较快。 ⑤由于重视实际效益,特别是经济效益成为 应用化学研究成果的生命力的基本指标。 因此,应用化学的研究中特别重视原料的 来源、价格、运输、贮存,反应的可操作 性,工艺过程的可行性,产品的商品化及 工艺和产品的社会相容性及社会经济评 价(包括环境评价) 。
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• 18世纪初期以三酸二碱(硫酸、硝酸、盐酸、烧碱、 纯碱)为基础的化学工业开始蓬勃发展。
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18世纪后期以纺织工业的出现 19世纪中期以苯胺染料的生产为代表的有机合 成工业的出现 种类不断增多的大规模的化学品生产所需要的 化学知识促成了应用化学从化学中脱胎而出。
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• 1840年德国化学家李比希出版的《化学在农 业和生理学中的应用》一书不仅是应用化学 的第一部名著,而且也是近代科学史上科学 理性地应用于生产的首次范例。 • 逐渐成熟的化学理论和知识,已开始向生产 力转化,越来越多的化学家从事着与生产有 关的实际工作而成为“实用化学家”,应用 化学的发展也就成为一种历史的必然。 • 1888年德国化学会创办的《化学工业杂志》 不久即改名为《应用化学》(Angewandte Chemie) 正是反映了这一历史。
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考核方式
考勤（20%） 闭卷笔试(80%) 考题分类：填空题、问答题、选择题等 考题范围：课堂讲授的部分重要内容
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PPT文件存放位置
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基本教学内容
• • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 应用化学及应用化学品 应用化学研究方法 表面活性剂应用基础 食品添加剂 染料与颜料 化妆品
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基本教学内容
• • • • 第七章 第八章 第九章 第十章 放射性与放射防护 标记化合物 放射性在化学中的应用 放射性药物化学
应用化学基础
褚泰伟 化学院应用化学系 Email地址：twchu@ 办公电话：62754319
2015年3月6日
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课程特点
• • • • 注重应用性 紧密联系生产、生活与环境的实际 启发性、趣味性强 基于该课程涉及知识面较广，学生应该 “了解一部分、理解一部分、掌握一部 分”。
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1.2.2.1 精细化学品的生产要求
• 精细化学品需要不断进行产品的更新换代，以满足不同 的需求或追求更完美的功能。
• 为了追求更完美的功能，许多精细化学品是以辅助成分 配合主要活性成分加工而成的，因此配方技术成为这些 产品质量的关键。 • 不同厂家生产的同类产品，其应用性能互有差别，甚至 使用功效有天壤之别。 • 精细化学品的技术垄断性很强。同时由于市场变化的需 要，许多精细化学的更新周期较短，品种多，产量相对 较小。因此，要求不断改变制备技术和工艺设备。
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1.1.5.应用化学研究的方向和对象
按研究的对象来分可包括无机化学品化学、 冶金化学、石油化学、煤化学、天然气化学、精 细化学品化学、材料化学、应用有机化学、食品 化学、能源化学、光源化学、海洋化学、环境化 学、地球化学、生物化学、药物化学、助剂化学、 放射化学、应用电化学、应用光化学、应用胶体 及界面化学、应用动力学及热力学、萃取化学、 分离过程化学、工业分析化学、农业化学等。 目前看来一般认为应用化学研究的主要对象 是化学品的生产原理、工艺流程、操作条件、生 产技术和应用方法。
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பைடு நூலகம்
(7)有机抽提剂：吡咯烷酮系列、脂肪烃系列、乙腈系列、糖醛系 列等。 (8)高分子聚合添加剂：引发剂、阻聚剂、终止剂、调节剂、活化 剂。 (9)表面活性剂：除家用洗涤剂以外的阳离子型、阴离于型、非离 子型和两性表面活性剂。 (10)皮革助剂：合成鞣剂、加脂剂、涂饰剂、光亮剂、软皮油。 (11)农药用助剂：乳化剂、增效剂、稳定剂等。 (12)油田用化学品：泥浆用化学品、二次、三次采油用化学品、 水处理用化学品、油田用破乳剂、絮凝剂、杀菌灭藻剂。 (13)混凝土添加剂：减水剂、防水剂、速凝剂、缓凝剂、引气剂 、泡沫剂等。
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1.2.2.2 精细化学品的分类
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 农药 染料 涂料（包括油漆和油墨） 颜料 试剂和高纯品 信息化学品（包括感光材料、磁性材料等能 接收电磁波的化学品） 食品和饲料添加剂 粘和剂 催化剂和各种助剂 化学合成药品（原料药） 日用化学品 高分子聚合物中的功能性高分子材料（包括 可降解高分子材料、功能膜、感光材料等）
涂料
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印刷油墨
香精
洗涤用品
化妆品
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精细化学品的特点： （1）不是作为化学物质，而是作为具有功能的产 品进行交易的。 （2）品种多、产量相对较小，多以间歇分批方式 生产。 （3）价格高，利润大。 （4）在应用技术方面，制造方需具有与用户同等 的或更多的知识。 （5）精细化学品相当一部分为复配混合型产品， 配方、生产工艺，设备等决定产品的性能。 （6）很多以商品名的形式进行交易，重视技术服 务。 （7）一般要求不断进行新产品的技术开发，更新 换代。
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公元前2500年开始制造玻璃
玻璃作坊的工人首先把一些由碳 酸盐和石英粉混合而成的原料放 在可能是回收的容器里进行再加 热。第二步工序是对玻璃进行着 色处理，通常情况下是通过加入 铜，放在特制坩埚的里高温加热， 使玻璃变成红色圆锭，接着被送 到其他车间再进行加热，最后制 成饰品。考古学家们表示，这些 玻璃器皿常常被用作香水瓶和其 他液体的容器。
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1.1.2.应用化学教育的历史渊源
• 1886年应用化学作为一个高等学校的专业名称是 在东方出现的。日本颁布《帝国大学令》,首次将 应用化学作为工业专门学校中工艺科的一门专业。 其教学内容大多围绕工业化学,重点培养冶金、炸 药、染料等化工专门人才。
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1903年北洋工艺学堂(1904年改名直隶高等 工业学堂,1951年并入天津大学) 在其本科 设有应用化学专业。
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通用化学品特点
不同厂家生产的产品， 只要规格相同，均可通用于 同一用途。 进行通用化学品技术研 发，其目的主要是改进分离 方法或制备路线，改进生产 工艺和设备，而不存在更新 品种的问题。 通用化学品一般来说工 艺生产规模和生产量都非常 大，生产设备的专用性和连 续化生产程度高。
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1.2.2 精细化学品