无机化学 第1章

2 .化学变化的特点：
• 2. 1 化学变化是质变 H2O (l) = H2O (s) 2H2O (l) = 2H2 (g) + O2 (g) • 2. 2 化学变化是定量的 2H2O (l) = 2H2 (g) + O2 (g) 36 4 32 吸热 (△H ﹥0) • 2 . 3 化学变化伴随能量变化：放热、吸热 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (l) 放热 (△H ﹤0)
什么是大学？
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希望寄托在你们身上。 毛泽东，1957 今日之责任，不在他人，而全在我少 年。少年智则国智，少年富则国富，少 年强则国强，少年独立则国独立，少年 自由则国自由，少年进步则国进步，少 年胜于欧洲，则国胜于欧洲，少年雄于 地球，则国雄于地球。 梁启超，1900
• 环境保护
图3. 美国North Carolina州 Triangle研究所的半导体研究室
• 许多化学研究 并不仅仅在试 管和烧瓶中进 行。
诺贝尔化学奖获奖名单及研究领域
(1994 – 2006)
• 2006年：美国斯坦福大学的罗杰-考恩伯格因为在真核转 录分子基础方面的研究获得诺贝尔化学奖 。 • 2005年：授予发现有机物合成转换(烯烃复分解反应)领 域方面做出贡献的法国石油研究所化学家埃维斯-沙文 (Yves Chauvin, 74岁) 、美国加州理工学院的化学教授罗 伯特-格鲁布斯(Robert H. Grubbs, 63岁) 和美国麻省理工 学院教授理查德-施罗克(Richard R. Schrock, 60岁)。烯 烃复分解反应广泛应用在化学工业，尤其是制药业和塑 料工业 。 • 2004年：以色列科学家阿龙-西查诺瓦、阿弗拉姆-赫尔 什科和美国科学家伊尔温-罗斯，表彰他们在蛋白质控制 系统方面做出重大发现: 人类细胞如何控制某种蛋白质 的过程，具体地说，就是人类细胞对无用蛋白质的“废 物处理”过程。
诺贝尔化学奖获奖名单及研究领域 (1994 – 2006) (续)
• 2003年：美国的彼得· 阿格雷和罗德里克· 麦金农，表彰他们在细 胞膜通道方面做出的开创性贡献。 彼德.阿格雷(54岁), 罗德里克.麦金农 (47岁) : 细胞膜: H2O通道 金属离子(K+, Na+, Ca2+…)通道 从分子 – 原子水平研究生物!
→ 治疗肾脏病, 心脏病,肌肉病, 神经系统病
• 2002年：美国的约翰· 芬恩、日本的田中耕一、瑞士的库尔特· 维 特里希，表彰他们发明了对生物大分子进行确认和分析的方法。
诺贝尔化学奖获奖名单及研究领域 (1994 – 2006) (续)
• 2001年：美国的威廉· 诺尔斯、巴里· 夏普莱斯、日本的野 依良治，表彰他们在更好地控制化学反应方面所作出的贡 献 。这为发明治疗心脏疾病和帕金森病的药物铺平了道 路。 • 2000年：美国的阿兰· 黑格和阿兰· 麦克迪尔米德、日本的 白川秀树，表彰他们发现了导电的塑料和研发具有传导性 能 的聚合体。 • 1999年：美国的阿米德· 泽维尔，表彰他在基本化学反应 领 域所作出的先驱性研究。他将飞秒(fs, 10-15 s)光谱学应 用于化学反 应的转变状态研究。 • 1998年：美国的沃尔特· 科恩，表彰他在60年代提出密度 泛 函理论。英国的约翰· 波普，表彰他发明了测验化学结 构和 物质特性的计算机技术。
第一章 化学基础知识
物质在变化的过程中遵循以下规律，总能 量不变，称为能量守恒定律；总的原子数 不变，称为质量守恒定律。 H2 + O2 → H2O 2H2 + O2 ＝ 2H2O（质量守恒）
第一章 化学基础知识 四、气体摩尔体积 指单位物质的量的气体所具有的体积。其 符号为Vm，常用单位为 L/mol。 • 在标准状态下，即温度为0摄氏度、压强为 101325Pa条件下，1mol任何气体的体积都 约为22.4L。 • 阿伏伽德罗定律：在相同的温度和压力下， 相同体积的任何气体都含有相同数目的分 子。
三、化学常用符号的单位和含义
1、标准计量单位 kg g L ml m cm mm nm pa kpa 2、常用符号 Kθw , Kθ , Kθa , Eθ, EθMF 3、浓度符号 C（H+）， Ceq（H+），mol/L
第一部分 平衡原理与基本理论
第一章 化学基础知识 一、化学基本概念 化学是研究物质及其变化规律的科学，物质分 为有机物和无机物，有机物是早期化学对来源于 生物体的一些物质的总称；除了有机物的其他物 质，都称为无机物，无机化学研究的对象是无机 物，分为单质和化合物。 单质——Fe，O2, H2 化合物——H2O，CO2
3.1 无机化学
• 40年代：铀矿中U含量约十万分之几 • 制原子弹、氢弹。 • 有机磷萃取剂TBP或P204 → 40% - 60% U • 50年代半导体： • Si、 Ge、In、U高纯度。 • 60年代：航天
无机化学热点：材料、生命、能源、环境 • 无机材料化学： 光、电、磁、热等功能材料和机械材料 • 生物无机化学：人体中25种金属元素 • 有机金属化学： 含M-C键化合物。超真空，无水，无O2。 催化剂、半导体、药物、能源。
3 .化学的分支学科（二级学科） • • • • • 无机化学 分析化学 有机化学 物理化学 高分子化学
3.1 无机化学
• 无机化学是化学科学发展中最古老的一 个分支科学。它承担着研究所有元素及 其化合物（除了碳氢化合物及其衍生物） 的组成、结构、性质和反应变化规律的 重要任务。 • 1871 年，俄国门捷列夫发表“元素周期 表”，含68个元素。
诺贝尔化学奖获奖名单及研究领域 (续) (1994 – 2006) (续)
• 1997年：美国的保罗· 博耶、英国的约翰· 沃克、丹 麦的詹 斯· 斯科，表彰他们在研究身体细胞是如何 储存和传递能量 方面所取得的成果。 • 1996年：英国的哈诺德· 克奥托、美国的小罗伯 特· 荷尔、 理查德· 斯莫利，表彰他们发现了布基球 (C60, C70, C140 …)，这是一种球型的 碳分子。 • 1995年：荷兰的保罗· 克鲁特恩、美国的马里奥· 莫 利纳、 F· 罗兰，表彰他们在研究臭氧层形成和破坏 方面所取得的 成果。 • 1994年：美国的乔治· A· 欧拉，表彰他在碳氢化合 物即烃 类研究领域所作出的杰出贡献。
二、什么是“化学”
1 .化学的定义 2 .化学变化的特点 3 .化学的分支学科（二级学科）
1 .化学的定义：
从原子、分子及其凝聚态层次上研究物质的组成、结 构、性质、变化规律及其应用科学的科学。
物质的凝聚态: s – solid （固体） l – liquid（液体） g – gas（气体） 等离子体(plasma)
3 . 化学的分支学科（二级学科）（续）
• 3.2 分析化学 • 化学分析、仪器分析 • 定性、定量 • 成分分析、结构分析 • 无机分析、有机分析… • 3.3 有机化学 • 10，000，000多种有机化合物。 • 人工成牛胰岛素晶体 （1965，中国科学院）
3 .化学的分支学科（二级学科） 3.4 物理化学 化学热力学、化学动力学、结构化学 3.5 高分子化学 全世界高分子聚合物年产量1亿吨
“无机化学的基本内容”学什 么
本课程分三部分： 平衡原理与基本理论 元素化学 实验 用这些理论去分析、研究和解决无机化 学问题, 包括理论问题和实际应用问题。
主要参考书目
• 1、华彤文等，《普通化学原理》，北京大学出版社，2001。 • 2、严宣申等，《普通无机化学》，北京大学出版社，1999。 • 3、武汉大学等，曹锡章等修订，《无机化学》（第3版，上、下 册），高等教育出版社，1994。 • 4、宋天佑，程鹏，王杏乔，《无机化学》（上册），高等教育 出版社，2004。 • 5、宋天佑，徐家宁，程功臻，《无机化学》（下册），高等教 育出版社，2004。 • 6、F.A.Cotton, G.Wilkinson, P.L.Gaus，Basic Inorganic Chemistry (3rd ed.), John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd., 2001。 • 7、蔡少华, 龚孟濂, 刘杰，《无机化学习题解答》，中山大学 出版社，2004。 • 8、竺际舜主编，《无机化学习题精解》，科学出版社，2001。
第1章 绪 论
• 一、化学是中心科学
图1. 1种可能与HIV病毒中功能活化酶 相Βιβλιοθήκη Baidu合的待试药物的计算机模拟图像
• 治疗爱兹病 的药物?
图2. 南极上空臭氧层中的空洞
(根据NASA卫星提供的数据绘制: 左图: 1993.10.06; 右图: 2006.10.20, 臭氧空洞达1060 万平方英里)