化学与我们的生活全解

化学工业在社会发展中的作用和地位第一章、绪论第一页第二页，共35页。人类生活的各个方面，社会发展的各种需要都与化学工业息息相关。1、人类生活方面1）从头到脚2）衣食住行2、从社会发展化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用目前人们最关心的几个重大问题──环境的保护、能源的开发利用、功能材料的研制、生命过程奥秘的探索──都与化学密切相关总之，化学是一门重要的基础科学，它在整个自然科学中的关系和地位，“化学是一门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切关系。”第二页第三页，共35页。第三页第四页，共35页。第四页第五页，共35页。绪论1什么是化学？

化学是以研究物质的化学变化为主的科学。化学是一门实用的、中心的和创造性的科学。化学家做什么？

研究自然界并试图了解她；创造自然界不存在的新物质和完成化学变化的新途径。为什么化学家称这门科学为“中心科学”？

农业、电子学、材料学、生物学、药学、环境科学、计算机科学、工程学、地质学、物理学、冶金学第五页第六页，共35页。什么是化学？化学是重要的基础科学之一，在与物理学、生物学、天文学等学科的相互渗透中，得到了迅速的发展，也推动了其它学科和技术的发展。化学是认识世界的重要武器--从小到大（从原子、分子到星际空间），从无机到有机（无生命体到有生命体）。化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。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。从开始用火的原始社会，到使用各种人造物质的现代社会，人类都在享用化学成果。人类的生活能够不断提高和改善，化学的贡献在其中起了重要的作用。

第六页第七页，共35页。化学与人类的关系21世纪的人类面临的4个重大问题：资源、能源、环境、健康化学是一门使人类生活更美好的基础科学化学提供人类合理使用资源和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第七页第八页，共35页。化学与未来21世纪的4大新技术：新能源、新材料、生物技术、环境化学提供人类合理使用能源和创建新能源的方法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与生物的结合－分子生物学：生物科学的基础第八页第九页，共35页。绪论2化学简史化学的前奏历史悠久的工艺——制陶冶金化学的兴起中国的重大贡献——火药和造纸炼丹术与炼金术现代化学的兴起第九页第十页，共35页。1．化学的萌芽火的使用--人类开始用化学方法认识和改造天然物质。掌握了火以后，人类开始熟食；逐步学会了制陶、冶炼；以后又懂得了酿造、染色等等。天然物质的化学加工--古代文明的标志。古代化学知识的原始萌发。第十页第十一页，共35页。化学的前奏火是人类用来发明工具和创造财富的武器，利用火能够产生各种各样化学反应这个特点，人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺，进入了广阔的生产、生活天地。后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，这样，火就可以随身携带了。于是，人们不再是火种的看管者，而成了能够驾驭火的造火者。第十一页第十二页，共35页。古代原子论阴阳五行学说--物质构成的原始朴素学说。

公元前4世纪或更早，中国提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的，而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。四元素说和古代原子论--公元前4世纪，希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想，即为物质结构及其变化理论的萌芽。第十二页第十三页，共35页。历史悠久的工艺--制陶陶器是什么时候产生的，已很难考证。人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。第十三页第十四页，共35页。历史悠久的工艺—制陶大约距今1万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。陶器的发明，在制造技术上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等在烧制过程中发生了一系列的化学变化，使陶器具备了防水耐用的优良性质。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。第十四页第十五页，共35页。历史悠久的工艺—制陶古代制陶现代民间制陶第十五页第十六页，共35页。冶金化学的兴起在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿，约公元前3800年，伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后，便出现了青铜器。第十六页第十七页，共35页。冶金化学的兴起到了公元前3000～前2500年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡和铅两种金属。往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800℃左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅)，它的硬度高，适合制造生产工具。青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好，还出现了青铜铸造的铜币。因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。西周水鼎

曾侯乙编钟

第十七页第十八页，共35页。冶金化学的兴起世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。到了公元前8～前7世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。东汉弩机

越王勾践－剑第十八页第十九页，共35页。中国的重大贡献--火药和造纸黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢？这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝石(硝酸钾)和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火药也是黑色的，叫黑火药。火药的性质是容易着火，因此可以和火联系起来，但是这个“药”字又怎样理解呢？原来，硫磺和硝石在古代都是治病用的药，因此，黑火药便可理解为黑色的会着火的药。火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关，炼丹的目的是寻求长生不老的药，在炼丹的原料中，就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中，长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中，曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象，经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。第十九页第二十页，共35页。炼丹术炼丹术－化学的雏形。后来在中国出现了炼丹术，到了公元前2世纪的秦汉时代，炼丹术已颇为盛行，大致在公元7世纪传到阿拉伯国家，与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术，阿拉伯炼金术于中世纪传入欧洲，形成欧洲炼金术，后逐步演进为近代的化学。炼丹术的指导思想是深信物质能转化，试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药。他们有目的的将各类物质搭配烧炼，进行实验。为此涉及了研究物质变化用的各类器皿，如升华器、蒸馏器、研钵等，也创造了各种实验方法，如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等。第二十页第二十一页，共35页。炼丹术与炼金术当封建社会发展到一定的阶段，皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望：第一是希望掌握更多的财富，供他们享乐；第二，当他们有了巨大的财富以后，总希望永远享用下去。于是，便有了长生不老的愿望。例如，秦始皇统一中国以后，不但让徐福等人出海寻找，还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂--长生不老药。炼丹是古人为追求“长生”而炼制丹药的方术。丹即指丹砂或称硫化汞，是硫与汞（水银）的无机化合物，因呈红色，陶弘景故谓“丹砂即朱砂也。”丹砂与草木不同，不但烧而不烬，而且“烧之愈久，变化愈妙。”丹砂化汞所生成的水银属于金属物质，但却呈液体状态，具有金属的光泽而又不同于五金（金、银、铜、铁、锡）的“形质顽狠，至性沉滞。”。第二十一页第二十二页，共35页。炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为，可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金，然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是，在合金表面便形成了一层硫化锡，它的颜色酷似黄金(现在，金黄色的硫化锡被称为金粉，可用作古建筑等的金色涂料)。这祥，炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上，这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法，是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。炼丹术与炼金术第二十二页第二十三页，共35页。炼丹术与炼金术虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到，但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训，甚至总结出一些化学反应的规律。炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验，必定需要大批实验器具，于是，他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热坩埚、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要，制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药，其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来，他们还创造了许多技术名词，写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作，开挖了化学这门科学的先河。第二十三页第二十四页，共35页。炼丹术与炼金术从这些史实可见，炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的，后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们，应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此，在英语中化学家(chemist)与炼金术士(alchemist)两个名词极为相近，其真正的含义是“化学源于炼金术”。第二十四页第二十五页，共35页。2．化学的中兴元素的科学概念。16世纪开始，欧洲工业生产蓬勃兴起，推动了医药化学和冶金化学的创立和发展，使炼金术转向生活和实际应用，继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后（门捷列夫元素周期表），通过对燃烧现象的精密实验研究，建立了科学的氧化理论和质量守恒定律，随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，为化学进一步科学的发展奠定了基础。中国对近代化学的贡献几乎没有。第二十五页第二十六页，共35页。近代原子与分子论、无机化学与化学理论体系。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释，成为说明化学现象的统一理论。分子假说提出了，建立了原子分子学说，为物质结构的研究奠定了基础。门捷列夫发现元素周期律后，不仅初步形成了无机化学的体系，并且与原子分子学说一起形成化学理论体系。化学分析的出现。通过对矿物的分析，发现了许多新元素，加上对原子分子学说的实验验证，经典性的化学分析方法也有了自己的体系。第二十六页第二十七页，共35页。有机化学的形成。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体，以及分子的不对称性等等的发现，导致有机化学结构理论的建立，使人们对分子本质的认识更加深入，并奠定了有机化学的基础。物理化学的诞生。19世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生，把化学从理论上提高到一个新的水平。第二十七页第二十八页，共35页。3．二十世纪的化学化学是一门建立在实验基础上的科学，实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后，由于受到自然科学及其他学科发展的影响，并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法，化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展，而且在理论方面取得了许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用，对现代化学的发展起了很大的推动作用。19世纪末，电子、X射线和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。第二十八页第二十九页，共35页。现代化学的兴起19世纪末，物理学上出现了三大发现，即X射线、放射性和电子。这些新发现猛