第一章绪论§1化学是研究物质变

1、 第一章第一章 绪绪 论论 1 化学是研究物质变化的科学化学是研究物质变化的科学 一一 物质存在的形式物质存在的形式 实物和场实物和场 场场 电场，磁场电场，磁场 实物实物 恒星，行星，卫星恒星，行星，卫星 山岳，河流，房屋，桌椅山岳，河流，房屋，桌椅 分子，离子，原子，质子，电子分子，离子，原子，质子，电子 化学研究的是实物；化学是在原子，分子和离子这个层次上研化学研究的是实物；化学是在原子，分子和离子这个层次上研究物质的变化。究物质的变化。 二二 物质的变化和化学研究的内容物质的变化和化学研究的内容 化学中经常接触的是物理变化和化学变化，化学主要研究物质化学中经常接触的是物理变化和化学变化

2、，化学主要研究物质的化学变化。研究物质在化学变化中表现出来的性质的化学变化。研究物质在化学变化中表现出来的性质 化学性化学性质。质。 1 化学变化是质变化学变化是质变 由反应物变成产物，其实质是旧的化学键断裂，新的化学键生由反应物变成产物，其实质是旧的化学键断裂，新的化学键生成，即生成新的物质成，即生成新的物质 新的物质是指具有新的组成或新的结构新的物质是指具有新的组成或新的结构的物质的物质 。 物质的组成当然影响其化学性质，物质的结构也影响其性质。物质的组成当然影响其化学性质，物质的结构也影响其性质。 C2H2 和和 C6H6 ，组成相同，性质差别极大；金刚石和石墨，组，组成相同，性质差别极

3、大；金刚石和石墨，组成相同，性质差别也极大。这是由于结构不同造成的。成相同，性质差别也极大。这是由于结构不同造成的。 组成不同的物质，其性质不同更是理所当然的。组成不同的物质，其性质不同更是理所当然的。 于是，研究化学键、分子结构、原子结构以及晶体结构，是化于是，研究化学键、分子结构、原子结构以及晶体结构，是化学的基本内容。这些内容属于结构化学，在无机化学课程中要学习学的基本内容。这些内容属于结构化学，在无机化学课程中要学习结构化学的基础知识。结构化学的基础知识。 2 化学变化是定量的变化化学变化是定量的变化 化学变化是原子的重排，变化过程中，原子的种类和个数不变。化学变化是原子的重排，变化过

4、程中，原子的种类和个数不变。这就是物质不灭定律。故化学反应有确定的计量关系，所以化学变这就是物质不灭定律。故化学反应有确定的计量关系，所以化学变化是定量的变化。化是定量的变化。 因此，关于物质种类的鉴定及数量的分析检测，关于反应物和因此，关于物质种类的鉴定及数量的分析检测，关于反应物和产物的定量计算，也是化学学科的基本内容。这些内容属于分析化产物的定量计算，也是化学学科的基本内容。这些内容属于分析化学，在无机化学课程中要学习分析化学的基础知识。学，在无机化学课程中要学习分析化学的基础知识。 3 化学反应与能量有关化学反应与能量有关 化学反应过程中伴有能量的吸收和释放。这种能量变化将影响化学反应

5、过程中伴有能量的吸收和释放。这种能量变化将影响反应进行的方向和完成的程度。反应进行的方向和完成的程度。 反应的进行要求反应物具备一定的能量。这种能量将影响化学反应的进行要求反应物具备一定的能量。这种能量将影响化学反应的速率。反应的速率。 因此研究与化学反应相关的能量，也是化学课程必不可少的重因此研究与化学反应相关的能量，也是化学课程必不可少的重要内容。要内容。 化学反应进行的方向和化学反应完成的程度，属于化学热力学化学反应进行的方向和化学反应完成的程度，属于化学热力学的研究范畴；化学反应速率属于化学动力学的研究范畴。的研究范畴；化学反应速率属于化学动力学的研究范畴。 这些内容属于物理化学，在无

6、机化学课程中要学习化学热力学这些内容属于物理化学，在无机化学课程中要学习化学热力学和化学动力学的最基本的内容。和化学动力学的最基本的内容。 2 无机化学的发展状况无机化学的发展状况 一一 化学的学科分支化学的学科分支 1 无机化学是历史最悠久的化学分支无机化学是历史最悠久的化学分支 化学研究的物质，最初是矿物、金属、水和空气等，多属无机化学研究的物质，最初是矿物、金属、水和空气等，多属无机物。因此最初的化学是无机化学。物。因此最初的化学是无机化学。 2 有机化学有机化学 1828 年德国化学家年德国化学家 whler 人工合成尿素实验的成功，标志人工合成尿素实验的成功，标志着有机化学分支的创立

7、。着有机化学分支的创立。 到到 20 世纪初，已发现和合成了世纪初，已发现和合成了 15 万种有机化合物。万种有机化合物。 近近 30 年来，每年报道的新合成化合物约年来，每年报道的新合成化合物约 30 万种，其中多数万种，其中多数为有机化合物。为有机化合物。 1990 年报道的第年报道的第 1000 万种化合物也是有机化合万种化合物也是有机化合物。物。 至今无机化合物约有至今无机化合物约有 10 万种。万种。 3 高分子化学高分子化学 据据 20 世纪末，世纪末，2000 年的统计数据，高分子材料的世界年产年的统计数据，高分子材料的世界年产量约为：量约为： 塑料塑料 16300 万吨万吨 化

8、学纤维化学纤维 3130 万吨万吨 合成橡胶合成橡胶 1084 万吨万吨 接近天然橡胶产量的接近天然橡胶产量的 2 倍。倍。 若按使用的材料划分时代，人类已经历过石器时代、铜器时代、若按使用的材料划分时代，人类已经历过石器时代、铜器时代、铁器时代。是否可以认为今天属于高分子化学时代。铁器时代。是否可以认为今天属于高分子化学时代。 从从 1828 年有机化学创立起，以后的年有机化学创立起，以后的 60 余年里，无机化学和余年里，无机化学和有机化学都取得了快速的发展。有机化学都取得了快速的发展。 无机化学方面：无机化学方面： * 发现发现 20 余种新元素余种新元素 Rb， Cs， Ga， Ge，

9、V， In， F 以及十几种镧系元素；以及十几种镧系元素； * 提出了以氧单位为基础的原子量；提出了以氧单位为基础的原子量； * 合成了多种无机化合物；合成了多种无机化合物； * 1869 年确立了元素周期系；年确立了元素周期系； * 1893 年提出了络合物（配位化合物）概念。年提出了络合物（配位化合物）概念。 从从 19 世纪末至世纪末至 20 世纪世纪 40 年代初的半个世纪里，无机化学年代初的半个世纪里，无机化学的发展速度较缓慢。的发展速度较缓慢。 二二 无机化学的复兴无机化学的复兴 20 世纪世纪 40 年代之后的半个世纪里，无机化学又取得了飞速年代之后的半个世纪里，无机化学又取得了

10、飞速的发展。这个发展阶段，化学界称之为无机化学的复兴。的发展。这个发展阶段，化学界称之为无机化学的复兴。 1 无机化学复兴的历史背景无机化学复兴的历史背景 20 世纪以来，量子力学理论的发展，使无机化学的经验材料世纪以来，量子力学理论的发展，使无机化学的经验材料得以理论化。得以理论化。 现代电磁学、光学、电子显微技术的发展，使无机物的宏观性现代电磁学、光学、电子显微技术的发展，使无机物的宏观性质与微观结构建立了联系。质与微观结构建立了联系。 20 世纪世纪 30 年代末，世界著名科学家年代末，世界著名科学家 Bohr 、 Fermi 、 Einstein 等倡导的等倡导的“原子能计划原子能计划

11、”，得到当时美国政府的支持，致，得到当时美国政府的支持，致使人力、财力和物力的空前集中。使人力、财力和物力的空前集中。 在这个计划的实施过程中，无机化学得到了快速的发展。在这个计划的实施过程中，无机化学得到了快速的发展。 2 无机化学的新兴领域无机化学的新兴领域 1 有机金属化学有机金属化学 有机金属化合物有机金属化合物 ( Organo - metallic compounds ) 以含有以含有 金属金属 碳（碳（ M C ）键为特征。）键为特征。 1951 年，夹心式化合物年，夹心式化合物二茂铁二茂铁( C5H5 )2 Fe 的合的合成，标志着成，标志着有机金属化学这一有机金属化学这一学科

12、的迅速发展。学科的迅速发展。 据据 20 世纪世纪 80 年代统计，英文版的专门期刊已有年代统计，英文版的专门期刊已有 6 种。种。 有机金属化合物具有良好的催化性能，生产聚乙烯、聚丙烯的有机金属化合物具有良好的催化性能，生产聚乙烯、聚丙烯的工业，即以有机金属化合物工业，即以有机金属化合物 烷基铝为催化剂。烷基铝为催化剂。 2 金属原子簇化学金属原子簇化学 金属原子簇金属原子簇 ( Clusters ) ，是指是指 3 个或个或 3 个以上的金属原子直个以上的金属原子直接键联，组成以分立的多面体骨架为特征接键联，组成以分立的多面体骨架为特征 的分子或离子。如的分子或离子。如 Pt ( CO )

13、 6 n 2 - 。 其特点是具有其特点是具有 M M 键；分立的多键；分立的多 面体结构，以区别于金属或合金。面体结构，以区别于金属或合金。 金属原子簇化学于金属原子簇化学于 20 世纪世纪 60 年代年代初确立，初确立，40 年来得到飞速发展。合成、结构测定、光谱学研究以及年来得到飞速发展。合成、结构测定、光谱学研究以及催化方面的应用均有大量工作报道。催化方面的应用均有大量工作报道。 3 生物无机化学生物无机化学 生物无机化学研究各种微量元素在生物体内的行为与作用；研生物无机化学研究各种微量元素在生物体内的行为与作用；研究生物活性物质的结构与生物活性的关系。究生物活性物质的结构与生物活性的

14、关系。 20 世纪世纪 60 年代初确立，目前已经研究了年代初确立，目前已经研究了 25 种微量元素在生种微量元素在生物体内的作用。如对氧的运输、酶催化及神经信息传递等。物体内的作用。如对氧的运输、酶催化及神经信息传递等。 已有生物无机化学方面的专著和期刊。国际上每年召开专门的已有生物无机化学方面的专著和期刊。国际上每年召开专门的学术会议。学术会议。 4 无机材料化学无机材料化学 * 光导纤维光导纤维 硅锗的氧化物，以蒸气沉积法制成。头发丝粗细硅锗的氧化物，以蒸气沉积法制成。头发丝粗细 的光导纤维可供的光导纤维可供 25000 人同时通电话。人同时通电话。 * 储氢材料储氢材料 氢气是来源充足

15、而无污染的燃料。但是氢气的储氢气是来源充足而无污染的燃料。但是氢气的储运很困难。运很困难。 LaNi 5 作为储氢材料，作为储氢材料，1 克克 LaNi 5 可以在几个大气压下吸收可以在几个大气压下吸收 100 多毫升氢气。多毫升氢气。 * 超导材料超导材料 Ba La Cu ， Sr La Cu 复合氧化复合氧化 物，具有物，具有 100 K 临界温度。高临界温度超导材料，预示着无损耗输临界温度。高临界温度超导材料，预示着无损耗输电及超高速电子计算机的可能。电及超高速电子计算机的可能。 经典无机化学几十年来也有很大的进展。经典无机化学几十年来也有很大的进展。 * 10 几种超铀元素的发现；几

16、种超铀元素的发现； * 稀有气体化合物的制备；稀有气体化合物的制备； * 高溴酸及其盐的制备；高溴酸及其盐的制备； * 化学方法制备氟单质化学方法制备氟单质 F2 等。等。 3 学好无机化学课学好无机化学课 无机化学是化学类本科生的第一门基础化学课。无机化学是化学类本科生的第一门基础化学课。 无机化学课的一个重要特点是，它既有无机化学学科自身的丰无机化学课的一个重要特点是，它既有无机化学学科自身的丰富的知识内容，又承担着为后继课程作好必要准备的特殊任务。另富的知识内容，又承担着为后继课程作好必要准备的特殊任务。另一方面，从中学到大学在学习方法和思维方式等方面的过渡，也将一方面，从中学到大学在学

17、习方法和思维方式等方面的过渡，也将在学习无机化学阶段得以完成。在学习无机化学阶段得以完成。 一一 重视实验课的学习重视实验课的学习 化学是一门实验科学。尤其是无机化学，它的每一步发展均与化学是一门实验科学。尤其是无机化学，它的每一步发展均与 实验的成功密不可分。实验的成功密不可分。 19 世纪末，当时人们已经认为空气的成分清楚了。这时，英世纪末，当时人们已经认为空气的成分清楚了。这时，英 国科学家国科学家 Ramsay 发现，从空气中得来的发现，从空气中得来的 N2 每升每升 1.257 g ， 在学习无机化学的过程中，应处理好下面一些问题。在学习无机化学的过程中，应处理好下面一些问题。从含氮

18、化合物中得到的从含氮化合物中得到的 N2 每升每升 1.251 g 。 Ramsay 多次重复自己的实验，并认为这小数点后第三位上的多次重复自己的实验，并认为这小数点后第三位上的差别不是实验误差，而是空气中得来的差别不是实验误差，而是空气中得来的 N2 不纯。不纯。 Ramsay 终于在终于在空气中发现了一系列的稀有气体。空气中发现了一系列的稀有气体。 1986 年诺贝尔化学奖得主李远哲教授，被合作者誉为年诺贝尔化学奖得主李远哲教授，被合作者誉为“实验实验奇才奇才”。20 多年来，他创制多种离子束、分子束实验仪，解决了多年来，他创制多种离子束、分子束实验仪，解决了许多的化学领域里的难题。他的合

19、作者在许多的化学领域里的难题。他的合作者在 60 年代初就提出了对于年代初就提出了对于化学动力学的深刻见解，只是在化学动力学的深刻见解，只是在 1967 年以后，由于李远哲的合作，年以后，由于李远哲的合作，创制了精密灵敏质谱仪，才使得工作有了突破，终获诺贝尔化学奖。创制了精密灵敏质谱仪，才使得工作有了突破，终获诺贝尔化学奖。 实验的准确性，实验手段的高明，对于化学工作者的重要，于实验的准确性，实验手段的高明，对于化学工作者的重要，于此可见一斑。此可见一斑。 二二 学习知识与提高能力学习知识与提高能力 中学阶段的学习是以学习知识为主的，未来的研究生阶段则以中学阶段的学习是以学习知识为主的，未来的研究生阶段则以培养思想方法、锻炼独立工作能力为主。大学阶段是一个重要的承培养思想方法、锻炼独立工作能力为主。大学阶段是一个重要的承前启后的阶段。要注意在全面的广泛的接受知识的同时，培养良好前启后的阶段。要注意在全面的广泛的接受知识的同时，培养良好的思维方法，以形成有效的自学能力。并要有意识的逐渐锻炼自己的思维方法，以形成有效的自学能力。并要有意识的逐渐锻炼自己的独立的科研能力。的独立的科研能力。 三三 上好大课和习题课上好大课和习题课 新课在阶梯教室集中上，一般称为新课在阶梯教室集中上，一般称为“大课大课”，