化学与人类及趣味化学

化学与人类及趣味化学理学系张金悦0.1化学是什么ChemistryWhat•“化学”一词何时出现?When•是谁首先使用?Who化学名称的由来和含义从人类文明发展的历史可知,人类从用火开始,就知道自然界中出现的各种变化:•火的制造是一个伟大的发明，恩格斯把这看做是“人类历史的开端”。盗火者•普罗米修斯名字的意思是“先见之明”(forethought)•宙斯禁止人类用火，他就帮人类从奥林匹斯偷取了火。神族要对人族进行技术封锁，普哥背叛了神族领袖。对人族进行技术推广。传说里的盗版。泄密者，斯诺登。神权与人权•“爱德华·斯诺登——用他不惜个人巨大代价的英勇努力——揭露了监控活动的存在及其规模。美国政府监控了全世界的电子设备。通过曝光这一违反国家法律和国际条约的监控项目，爱德华·斯诺登让这个世界变得更好更安全了一些。通过他个人的努力，他还表明，个人可以捍卫基本的权利和自由。”火柴•外国火柴输入我国的最早官方记录，见于是1865(大清帝国同治四年)年的天津海关报告，其后三年，才陆续见于其他地区的海关报告。从1867年开始有了全国进口火柴总数的报告。有些报告，还要呈予关心和兴办洋务运动的李鸿章过目。古代取火法主要有三：•1、用木燧；•2、用金燧；•3、用石敲火。•火种最早来自于天然火•最早的时候人们为保留火种会挖一个洞，并不断的丢入树枝等可燃物，来保留火。这样总要有人看护火，也需要人不断的寻觅可以燃烧的东西。•而保留火的过程中，因烧烤地附近的土变质而受启发，人类发明了陶器。从而制作了第一个火种器，这样可以移动火种了。•香火•将柴草燃烧,熊熊烈火,烟气腾腾,柴草化为灰烬;•将黏土拌水,做成陶瓷坯件,经火燃烧,变化而成为可以盛水的陶瓷器皿;•将矿石冶炼,化石成金,得到性质完全和矿石不同的金属。•人们的生产和生活的实践已了解了物质能相互作用、发生变化、造成万物•“化学”一词英语是Chemistry。在我国和日本等东亚诸国都沿用“化学”这一名词。•经过考证，发现中文“化学”这一词在公元1856年(大清帝国咸丰六年),在英国来华传教士韦廉臣（A.williamson）编写的《格物探原》中就使用过“化学”这一名词。•化学一词古雅又恰当。•世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。•化学不断地发展，目前，人们发现和合成的物质已有几千万种，其中，很多是自然界中原本不存在的，这极大地改善了人类的生存和发展条件。0.2“化学”的含义•化学的中心含义在“化”字。•化指变化、转化、造成万物之造化等。•化学研究各种物质的化学性质和化学变化。☆化学变化是物质中原子间的排列方式和化学键发生改变的变化。•化学性质是物质在化学变化中表现出来的性质。如所属物质类别的化学通性：酸性、碱性、氧化性、还原性、热稳定性及一些其它特性。•化学是在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构、变化规律的科学。化学是研究物质变化的科学0.3人是什么人就有三个表述：•第一个：介乎于天使和魔鬼之间的两足动物；•第二个：地球上有193种猿类和猴类，其中192种有毛，他们通通叫灵长类，还有1种无毛，自称人类；•第三个：什么叫人？•只不过是一根苇草，是自然界最脆弱的东西；•但他是一根能思想的苇草。——布莱士·帕斯卡BlaisePascal人只不过是一根苇草，是自然界最脆弱的东西；但他是一根能思想的苇草。用不着整个宇宙都拿起武器来才能毁灭；一口气、一滴水就足以致他死命了。然而，纵使宇宙毁灭了他，人却仍然要比致他于死命的东西高贵得多；因为他知道自己要死亡，以及宇宙对他所具有的优势，而宇宙对此却是一无所知。因而，我们全部的尊严就在于思想。——布莱士·帕斯卡BlaisePascalThinking！•思想形成人的伟大，☆人之伟大源于他有思想。布莱士·帕斯卡（BlaisePascal，1623－1662）是法国数学家、物理学家、哲学家、散文家。•人类(human)，人是地球生物中处于进化最高阶段的动物。•由类人猿进化而成的，能制造和使用工具进行劳动的，并能用语言，进行思维的高等动物的统称。课程说明•32学时•2学分内容提要化学是一门使人类生活得更美好的基础学科化学提供人类合理使用能源的方法化学使人类丰衣足食化学能保护和改善人类赖以生存的环境化学是人类使用新材料的源泉化学使人类世界五彩缤纷化学帮助人类延年益寿1.原来生活可以更美的——化学是一门使人类生活的更美好的学科内容提要1.1化学是研究物质变化的科学1.2化学是一门实验科学1.3化学学科的发展与当今的机会1.1化学是研究物质变化的科学1.1.1、化学的研究对象和内容化学的研究对象：实物（物质）物质可分为以下几个层次：宇宙天体单质和化合物原子、分子和离子电子、质子、中子及其他粒子单质和化合物元素：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子的总称。单质：由同一种元素组成的纯净物。化合物：由两种或两种以上元素组成的纯净物。混合物：由多种纯净物混合而成。没有化学式，无固定组成、性质，其中每一种组分都保留着各自原有的性质。水是单质还是化合物？18K金是化合物还是混合物？化学研究的内容：物质的化学运动，即物质的化学变化。原子间电磁的吸引和排斥的相互作用之所以是化学运动的基本矛盾1.1.2化学研究的目的化学研究的目的：揭示化学反应规律，以控制物质的变化。了解化学反应，归纳出反应的规律，再去找到所希望发生的化学反应的条件和方法。和任何自然科学一样化学研究的最终目标是为人类造福，使人类生活得更美好。人类的欲望或要求可大致分为3个层次：人类面临的五大危机：人口、粮食、能源、资源、环境•由于全世界人口的猛增，地球上为人类所利用的资源，包括土地在内都是有限的。为了生存的需要，人们必须在有限的土地上生产出更多的粮食和农产品。化肥、农药的研究正是为此而发展起来的。•能源也是人类生存的必需要素之一，而自然界的石油、煤等矿物资源已日趋减少，如何合理而又综合地利用这些能源，正是化学家孜孜以求的目标。又例如原子核能利用的关键也在于化学制备和处理，而进入电器时代的人类更需要化学家能提供更多的高效化学电源。•人类生活质量的高低在很大程度上取决于新材料的诞生。化学家研究成功的高分子材料就使人们走进了塑料时代，新型建筑材料和装潢材料的问世又使人们的居住条件得到了改善。特种材料的研制成功又使人类走向宇宙，开创了宇航时代。•人体中微量元素的作用正在被化学家一一探明，新的合成药物一批又一批地被研制成功，人类的寿命正在不断延长，而且还会有新的突破。•随着工业的发展，人口的增多，人类赖以生存的环境也受到愈来愈严重的污染，探明环境被污染的程度，制定保护环境的对策又是化学研究的重要内容。•总之，化学是一门使人类生活得更美好的学科。1.2化学是一门实验科学1.2.1实验是化学学科的根本居里夫人花了4年时间从8吨沥青铀矿石中提炼出0.1g新元素的氯化物镭。苦逼加死磕的精神•Chemistry•Chemistry1.2.2敏锐的观察是成功的基础法国化学家巴拉尔从海藻中提取碘时，他注意到每次实验后，母液的瓶底都会有一层红棕色的液体，他没放过这一意外发现，经一系列测试，证实这种液体是一种新的元素溴。德国化学家李比希李比希的“懊伤瓶”“任何疏于观察和分析，必将导致失误。”拉瓦锡的“瓶盖”发现“质量守恒定律”法国化学家拉瓦锡1.2.3实验手段的不断进步是化学发展的关键古人云：“工欲善其事，必先利其器”。19世纪初，有人提出“任何原子的重量都是氢原子的重量的倍数”。后来，精密天平的出现，测得氯原子的原子量是35.5，并非氢原子的整数倍。该学说才受到质疑并最终被抛弃。1785年，英国著名科学家卡文迪什在研究空气组成时，发现一个奇怪的现象，把空气中的氮、氧、二氧化碳除尽后，发现还残留少量气体。英国化学家卡尔文迪什瑞利发现从氮的化合物中分离出来的氮气每升重1.2508g，从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572g，这0.0064g的微小差别引起了瑞利的注意。他与化学家莱姆赛合作，利用光谱分析方法鉴定气体。在1894年，发现了氩（Ar）英国物理学家瑞利英国化学家莱姆赛核磁共振制服一种魔草亚细亚刚毛草是危害粮食作物的寄生植物，曾使亚洲和非洲的粮食大量减产，致使4亿人口受到饥饿的威胁。•亚细亚刚毛草是蹂躏粮食作物的一种寄生草，粮食作物一经播种，几天之后必然会有亚细亚刚毛草的须根粘在粮食作物的主根上，大肆吸取营养，致使粮食作物枯萎。•经过化学家、农学家和生物学家的合作研究，发现亚细亚刚毛草的种子上应该有一种特殊的“化学雷达”，它能探知粮食作物在生长时所渗出的一些化学物质。•一旦得知粮食作物已经发芽，它便破土出芽。而它有四天的生长独立期，即在头四天里它可以不需要外来营养，四天后，它必须抓住宿主植物以维持生命。它所特有的化学雷达和宿主植物渗出的化学信息物质，使它能够如愿以偿。•科学家的目标是找出这种信息物质，以便阻断这种信息的传递。然而，由于这种渗出的物质极其微量，竭尽全力也只能收集到千分之几毫克，所以一直未能解析出这种物质的化学结构。•直到精密核磁共振仪的诞生，科学家才探明这种信息物质的全部化学结构。它并不是结构十分复杂的物质，化学家可以在实验室里将它合成出来，并在播种前，洒在大地里。•亚细亚刚毛草种子的“化学雷达”收到农民“种粮”信号后，便破土出芽，结果无法找到宿主而死亡，农民清理掉枯死的寄生草之后，再播种粮食就不会受到干扰。科学家们可以用同样的方法，识别另外一些寄生草的信息物质，从而制服了更多的寄生草。•科学家的目标是找出这种信息物质，以便阻断这种信息的传递。然而，由于这种渗出的物质极其微量，竭尽全力也只能收集到千分之几毫克，所以一直未能解析出这种物质的化学结构。•直到精密核磁共振仪的诞生，科学家才探明这种信息物质的全部化学结构。它并不是结构十分复杂的物质，化学家可以在实验室里将它合成出来，并在播种前，洒在大地里。亚细亚刚毛草种子的“化学雷达”收到农民“种粮”信号后，便破土出芽，结果无法找到宿主而死亡，农民清理掉枯死的寄生草之后，再播种粮食就不会受到干扰。科学家们可以用同样的方法，识别另外一些寄生草的信息物质，从而制服了更多的寄生草。1.3化学学科的发展与当今的机会化学是一门古老而实用的学科，它不但使人类由古代穴居人的野蛮生活进化到现代高度文明和谐的环境中，使人类社会的文明进步和人类生存环境及质量都有了翻天覆地的变化，同时，也使人类生活的各个方面以及社会发展的种种需要都与化学息息相关。诺贝尔•阿尔弗雷德·伯纳德·诺贝尔（AlfredBernhardNobel,1833.10.21－1896.12.10）是瑞典化学家、工程师、发明家、军工装备制造商和炸药的发明者。•1833年10月21日，诺贝尔诞生在瑞典首都斯德哥尔摩。•诺贝尔的父亲曾是一个水手，后来当过建筑工程师。在一次火灾中，他的财产被烧毁，只好借债度日。在诺贝尔4岁的时候，老诺贝尔离别了妻儿，离别了祖国，到芬兰谋生。不久，又来到俄国。在那里，老诺贝尔发明了水雷，受到了俄国皇室的重用。••诺贝尔有两个哥哥，一个弟弟。诺贝尔8岁的时候，在斯德哥尔摩的雅拉布小学读书。他只念了一个学期。由于老诺贝尔在俄国找到了工作，全家就搬到彼得堡（即现在的列宁格勒）。•到了彼得堡，诺贝尔听不懂俄语，没办法上学，只好跟两个哥哥一起，在家自学。从此，诺贝尔没有进过高等学校。他的学问，全靠自学得来的。•由于老诺贝尔研究水雷，使诺贝尔对炸药发生了莫大的兴趣。•意大利化学家索布雷罗（AscanioSobrero，l8l2～1888）l847年在报告他的研究成果时说，用硝酸和硫酸处理甘油，得到一种黄色的油状透明液体，即硝化甘油，“这种液体可因震动而爆炸，将来能做何用途，只有将来的实验能告诉我们。”•西宁教授在圣彼得堡做锤击硝化甘油发生爆炸实验给诺贝尔看，并说，如能想出切实的办法使它爆炸，它将在军事上大有用处。这引起了年轻诺贝尔的极大兴趣。从此以后，诺贝尔对此念念不忘，决心要完成这一