《化学与社会》chapter1-1绪论.ppt

化學、化工與社會發展,知識改變命運 化學改變生活,2019/6/14,2,第一章 绪论,化学-人类进步的关键 -西搏格,2019/6/14,3,化学-人类进步的关键 -西搏格,2019/6/14,4,第1讲 化学的地位与发展史,2019/6/14,5,你知道汉朝长信宫灯的制作运用了什么化学技术吗？,2019/6/14,6,你知道敦煌壁画中的人物面部为什么会呈现黑色吗？,2019/6/14,7,你知道勾践的越王剑为什么千年不锈吗？,2019/6/14,8,长信宫灯使用了汞齐鎏金技术。在铜表面用酸处理后，再涂薄薄一层汞使之生成铜汞齐。检查铜表面处理干净后，在铜汞齐表面上贴上金箔，既均匀又不浪费黄金，生成金汞齐，与铜汞齐互相渗透，在火上加热蒸发汞，生成镀金。,2019/6/14,9,我们都知道“洗尽铅华”的含义，可是为什么是“铅”，而不是其他金属呢？古人都是以铅粉即碱式碳酸铅做粉敷面。壁画中人的面部都涂以铅粉，若常年与空气中的硫化氢作用会生成硫化铅（黑色），因此壁画中人的面部会呈现黑色。,2019/6/14,10,越王剑是一把青铜剑，青铜是铜和锡的合金。越王剑不锈的原因在于其剑身表面镀了铬层，因此历经千年而不被氧化腐蚀。,2019/6/14,11,2019/6/14,12,什么是化学？,2019/6/14,13,什么是化学？,14,什么是化学？,借用一位著名化学家的话：化学就是关于创造以前不存在的新物质的科学。这些新物质涵盖了从塑料到各种农药，药物，对人们的日常生活有着极大的影响。我们现在认为，要不是通过化学知识来合成，很多现代化的产品都不会存在。 尽管设计和合成新的分子是化学的核心，分析这些新物质以及研究这些反应为什么会发生，怎样发生是化学研究的另一重要方面，它揭示我们周围世界的分子复杂性及其与我们和其它生命有机体的精妙关系。,2019/6/14,一、化学溯源,化学的历史渊源非常古老，在原始社会，人类生活在这个不停运动、不断变化的物质世界中，大自然的许多化学现象，如森林失火、动植物腐烂、空气和水对许多东西的侵蚀，不断地刺激着人类的感官，一次复一次地印入人类的脑海，人类不再局限于通过自己的本能活动来适应外界环境的变化，而开始依靠集体的力量来与自然界作斗争，人类就是在这种斗争的进程中，在赢得自己的生存和发展的基础上，孕育了包括化学在内的自然科学的萌芽，为世界文明奠定了最初的理论基础。,2019/6/14,15,2019/6/14,16,文字的采用使一些化学制取方法留下了比较准确的记载。随着文明的发展以及各种工艺技术的发明和改进，许许多多化学物体已为人所利用，可是，人们总是只关心最后的成品及其用途。只有工匠本人才关心产品制作方法。这些工匠中的大多数，出于一种仿佛几已成为人类天性的本能，为自己及其子孙后代的利益，将手艺绝不外传。他们只靠口头传授来培养后人，因而极少留下工艺过程的文字记载。所以后人也只能根据对各个古文明时期制造和使用的各种器具的分析，来了解他们使用的方法。在这方面，考古学家掌握的各种情况都说明，现在称为化学的这门学问是和人类历史一样悠久的，但也表明史前时期和古文明时期的化学纯粹是经验的产物，决不能算是一门科学。,2019/6/14,17,千万年间，随着史前人类文明雏型的缓缓发展，火的应用逐渐使人能拥有日益增多的武器和工具，从而带来了新的进步。,在火的使用和制陶技术中，包含一些化学知识的萌芽。但古代工匠甚至没有想到冶炼金属是一种化学工作，也不认为这种工作与他一生的其他活动有什么不同。然而，新的发现一旦出现，立即就会加入文明技术进程，最终成为古代科学。,陶器的出现是应该算是化学知识萌芽的较早开端。但古代文明至今保存得最好的器物要算是金属制品了。这种情况非常普遍，以致形成一种惯例：石器时代之后的人类发展时代，都用铜、青铜或铁器等名称表示。甚至连古代人也有类似的观念，只不过他们通常认为文明在逐渐衰退，是从原始的黄金时代退化到了铜器和铁器的时代。在巴比伦人那里，神祗和行星都分别和各种金属联系在一起。,2019/6/14,18,考古学的发现表明，人类最早使用的，都是一些天然金属。从埃及和美索不达米亚最古老的墓葬中，就发现了铜和金。尽管这些金属可能是在许多不同地区各自被人发现和得到使用的，但由于各个民族甚至在有文字记载之前就已开辟了贸易通道，所以，各种金属在文明国家间的辗转运送，对古代世界的文明交流无疑起了颇为重要的作用。 继天然的使用之后，接踵而来的巨大进步是发明了从矿石中提炼金属的方法。史前时代定居于伊朗南部的苏美尔人，大约很早以前就在这里发现了用木柴加热来熔炼铜的方法。由于没有设法将所有的矿石进行精选，所以在把铜矿石和锡矿石混合熔炼时，自然很快发现了青铜。青铜与铜相比，硬度高，熔点低，这使它一经发现，就得到广泛的应用。,2019/6/14,19,除金属外，古代人还使用过大量的其他化学物质。釉料在远古时期就已配制成功，后来逐渐改进，成为真正的玻璃。青金石最初可能产于巴比伦，是一种贵重商品，经过自由转运输入埃及，埃及人把它视为金属。巴比伦还制成了人造青金石，还有“埃及蓝”，这是一种钙和铜的混合硅酸盐，在整个古代世界，甚至直到罗马时代，都很驰名，当时的建筑师维持鲁维斯就描述过它的制备方法。,2019/6/14,20,二、化学发展史,自从有了人类，化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火，用火烧煮食物，烧制陶器，冶炼青铜器和铁器，都是化学技术的应用。正是这些应用，极大地促进了当时社会生产力的发展，成为人类进步的标志。今天，化学作为一门基础学科，在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。从古至今，伴随着人类社会的进步，化学历史的发展经历了哪些时期呢？,2019/6/14,21,二、化学发展史,实用技术 近代化学 现代化学 （冶金、火药、造纸） （原子、分子） （物质结构理论）,2019/6/14,22,化学科学发展史,人类逐步深入认识物质组 成、结构、变化的历史,人类合成、创造更多新物 质的历史,2019/6/14,23,1 远古的工艺化学时期,这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的，化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。,2019/6/14,24,约50万年前 “北京猿人”已会用火 公元前8000-6000年 中国（新石器时代）开始制陶器 约公元前3000年 埃及人已用采集的金银制作饰品 约公元前2000年 中国已会铸铜 约公元前17世纪 中国已开始冶铸青铜 公元前1400年 小亚细亚的赫梯人已会冶铁 约公元前1200年 中国商代已使用锡、铅、汞 公元前10世纪 埃及人已会制作玻璃器具 公无前6世纪 中国发明了冶炼生铁 公元前5世纪 中国墨子经下提出物质的最小单位是“端”的观点 公元前4世纪 古希腊的德谟克利特提出朴素的原 子论：古希腊的亚里士多德提出“四元素”学说 公元前3世纪 中国发展起块铁渗碳的制钢技术 公元前2世纪 中国西汉已有用胆水制铜的记载 公元前140-87年 中国发明了造纸术,2019/6/14,25,2 炼丹术、冶金和医药化学时期,从公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中，为求得长生不老的仙丹，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍，在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义：化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。,2019/6/14,26,前1世纪到1世纪 中国木草经成书 2世纪 中国魏伯阳的周易参同契成书， 这是世界上最早的一部有关炼丹术的著作 7到8世纪 中国唐代初年孔思邈著作中的伏硫磺法 篇里最早记有火药的三种成分 10世纪 中国宋代把火药用于制造火药箭、火球等武器 13世纪 中国火药传入阿拉伯 16世纪 中国明代已用锌制造黄铜 1661年 英国的波义耳在怀疑派化学家书中给 元素下了科学的定义,2019/6/14,27,3 燃素化学时期,从1650年到1775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。 1703年 德国的施塔尔把燃素说系统化 1772年 瑞典的舍勒制得了氧气 1777年 法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说,2019/6/14,28,4 定量化学时期，既近代化学时期,1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律，提出了原子学说，发现了元素周期律，发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。,2019/6/14,29,1777年 法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说 1799年 普罗斯提出了定比定律 1802年 法国费歇列出了第一个酸碱当量表 1803年 英国道尔顿提出原子论 1804年 英国的道尔顿提出倍比定律 1807年 英国的戴维首次用电解熔盐的方法取得了金属钾和钠 1808年 法国的盖吕萨克提出气体反应体积定律 1810年 戴维确定氯是种元素 1811年 意大利的阿佛加德罗提出分子假说 1828年 德国的维勒用无机物氰酸铵制出尿素 1834年 英国法拉第提出电解定律 1852年 英国弗兰克兰提出原子价的初步概念 1857年 德国凯库勒指出碳是四价 1860年 分子说得到世界公认 1861年 俄国的布特列洛夫提出并论述了化学结构学 1864年 挪威的古德贝格和瓦格发展和确立了质量作用定律 1867年 瑞典的诺尔贝制成用硅藻土吸收硝化甘油的炸药 1869年 俄国的门捷列夫提出了他的第一个元素周期表 1874年 荷兰的范特甫和法国的勒贝尔各自提出碳原子的正四体理论 1884年 提出了勒沙特利原理 1887年 瑞典的阿仑尼乌斯提出了电离学说 1893年 瑞士的维尔纳提出了络合物的配位理论,2019/6/14,30,5 科学相互渗透时期，既现代化学时期,二十世纪初，量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言，解决了化学上许多悬而未决的问题；另一方面，化学又向生物学和地质学等学科渗透，使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。,2019/6/14,31,1895年 德国的奥斯特瓦尔德提出催化剂概念 1898年 法国的居里夫妇发现钍有放射性并发现了钋 1906年 俄国的茨维特发明色层分析法 1911年 英国的卢瑟福提出原子核模型 1913年 丹麦的波尔根据量子理论提出原子结构模型 1934年 法国的约里奥、居里夫妇发现人工放射性1942年 中国的侯德榜发明了联合制碱法 1952年 欧格尔提出配位场理论 1961年 改用碳12为原子量的标准 1962年 加拿大的巴特来合成了第一个惰气化合物 1965年 中国科学家合成出牛胰岛素 1969-1974年 美国的乔索等合成104、105、106号元素,2019/6/14,32,附：化 学 理 论 的 发 展,一. 燃素学说（1718世纪）与科学燃烧理论 1. 燃素学说 十七世纪末德国化学家贝歇尔（燃素学说的发起人）认为：燃烧是一种分解作用，动、植物和矿物燃烧后，留下的灰烬是成分更简单的物质。（按照他的理论，不能分解的物质尤其是单质，是不能燃烧的） 矿物燃素=煅灰 德国化学家施塔尔于1703年更系统地阐述、发挥了燃素学说 按照燃素说，火是无数细小而活泼的微粒构成的实体。这种火的微粒既能同其他元素化合而形成化合物，也能以游离的方式存在。大量游离的火微粒聚集在一起就形成明显的火焰，它弥散于大气之中便给人以热的感觉。由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素”。,2019/6/14,33,燃素说解释燃烧现象时，认为一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程。物体失去燃素，变成死的灰烬，灰烬获得燃素，物体就会复活。 燃素说还解释了金属溶于酸及金属的置换反应：铁溶于酸是酸夺取了铁中的燃素（铁不复存在），铁置换溶液中的铜是由于金属铁中的燃素转移到铜中去了。（铁消失、铜复活） 波义尔： 金属+火微粒=煅灰 英国医生于1674年发表燃烧现象的议论（发现“硝气精”氧气）,2019/6/14,34,2. 科学燃烧理论（拉瓦锡）,建立条件：舍勒取得较纯净的氧气并进行了一些实验，研究了燃烧现象；普利斯特里加热氧化汞制取氧气方法的发现；罗蒙诺索夫提出金属煅烧时不但不失去燃素，而且和空气化合，质量增加。 燃烧理论：（1）燃烧时放出光和热。 （2）物体只有氧存在时才能燃烧。 （3）空气是由两种成分组成。物质在空气中燃烧时，吸收了其中的氧，因而加重；所增加之重恰为其吸收的氧气之重。 4）一般的可燃物质（非金属）燃烧后通常变为酸，氧是酸的本原，一切酸中都含氧元素；而金属煅烧后即变为灰，它们是金属的氧化物。 金属+氧=煅灰（氧化物） 水的合成和分解试验成功，氧化学说被举世公认。,2019/6/14,35,二.原子分子学说,1、原子学说（1803年，道尔顿）标志着近代化学发展的开始 （1）元素的最终组成称为简单原子，他们是不可见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的。他们在一切化学变化中保持其基本性质不变。 （2）同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的，不同元素的原子，其形状、质量及各种性质上则各不相同的。每一种元素以鞭原子的质量为其最基本的特征。 （3）不同元素的原子以最简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种原子质量之总和。同一化合物的复杂原子，其其形状、质量和性质也必然相同。,2019/6/14,36,2、分子假说（阿佛加德罗） 所谓原子者是参加化学反应时的最小质点，所谓分子者是在游离状态下单质或化合物能独立存在的最小质点，也就是说，分子是具有一定特性的物质其组成的最小单位，是一种比较复杂的粒子。分子是由原子组成的，单质的分子是由相同元素的原子组成，化合物的分子则由不同元素的原子组成。在化学变化中是不同物质的分子间各原子重新组合。同温同压下一切相同体积的气体中含有相同数目的分子。 盖吕萨克定律是分子学说的理论基础-阿佛加德罗,2019/6/14,37,三、中国的化学史,中国的化学史当然也是毫不逊色的。大约年前，我们已会制作陶器，多年前的商朝已有高度精美的青铜器，造纸、磁器、火药更是化学史上的伟大发明。在十六、十七世纪时，中国算得上是世界最先进的国家。“化学”二字我国在年开始使用。最早出现在英国传教士韦廉臣在1856年出版的格物探原一书中。,2019/6/14,38,中国化学史上的“世界第一”,1.公元前100年中国发明造纸术。公元105年东汉蔡伦总结并推广了纸技术，而欧洲人还在用羊皮抄书呢！ 2.公元700-800年唐朝孙思邈在伏硫磺法中归早记载了黑火药的三组分（硝酸钾、硫磺和木炭）。火药于13 世纪传入阿拉伯，14世纪才传入欧洲。 3.公元前200-后400年中国炼丹术兴起。魏伯阳的周易参同契和葛洪的抱扑子记录了汞、铅、金、硫等元素和数十药物的性状与配制。公元750年中国炼丹太传入阿拉伯。,2019/6/14,39,4.公元800年唐朝茅华是世界上第一们发现氧气的人。他比英国的普利斯特里（1774年）和瑞典的舍勒（1773年）氧气约早1000年。 5.我国是“纤维之王“-蚕丝的故乡。公元前2000年 中国己经养蚕。公元200年养蚕技术传入日本。 6.公元前600年中国已掌握冶铁技术，比欧洲早1900多年。公元前200年，中国炼出了球墨铸铁，比英美领先2000年。 7.1000多年前中国就能炼锌，早于欧洲400年。,2019/6/14,40,8.公元前2000年中国已会熔铸红铜