中国绅学我术大学 University of Science and Technology of China 化学原理A) The Principles of Chemistry
化学原理 (A) The Principles of Chemistry
简中国技术大草 University of Science and Technology of China 第0章绪论 Chapter 0 Introduction
第0章 绪论 Chapter 0 Introduction
§0.1化学的研究目的和内容 一、什么是化学？ >在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质及其 变化规律；创造新物质的科学 ·人类认识和改造物质世界的主要方法和手段之一 ·一门古老而又富有活力的自然科学 >历史渊源： ·“炼金术”-Alchemy ·中国古代成就：陶瓷、治炼、造纸、火药等，炼丹术 ·化学一词最早源于埃及文“Chemi”(迷惑、隐藏) ·后经希腊、罗马和阿拉伯人的发展传入欧洲 ·欧洲文艺复兴时期产生“化学”一词，即Chemistry
§0.1 化学的研究目的和内容 一、什么是化学？ 在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质及其 变化规律；创造新物质的科学 • 人类认识和改造物质世界的主要方法和手段之一 • 一门古老而又富有活力的自然科学 历史渊源： • “炼金术”- Alchemy • 中国古代成就：陶瓷、冶炼、造纸、火药等，炼丹术 • 化学一词最早源于埃及文“Chemi”（迷惑、隐藏） • 后经希腊、罗马和阿拉伯人的发展传入欧洲 • 欧洲文艺复兴时期产生“化学”一词，即 Chemistry
二、化学的研究目的 >解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题 >揭示化学变化的本质 >驾驭化学，使之为生产实践服务。 1.化学在生产实践中的重要性 >实现化学化工新工艺的理论基础；对现代基本化学 工业的整个生产过程的建立起到重要的作用。 ·例如：接触法制备硫酸；氨的合成和氧化；有机合成 工业；化学纤维工业；合成橡胶工业；治金、石油、 建材、农药生产等等
二、化学的研究目的 解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题 揭示化学变化的本质 驾驭化学，使之为生产实践服务。 1. 化学在生产实践中的重要性 实现化学 /化工新工艺的理论基础；对现代基本化学 工业的整个生产过程的建立起到重要的作用。 • 例如：接触法制备硫酸；氨的合成和氧化；有机合成 工业；化学纤维工业；合成橡胶工业；冶金、石油、 建材、农药生产等等
2.化学对其他学科发展的重要性 >Chemistry-the Central Science:since a basic knowledge of chemistry is essential for the study of physics,biology, geology,ecology and many other subjects. 化学和物理学科的发展密不可分：宏观&微观 化学：一门中心科学 生命 地球 环境 能源 材料 S EE 科学 科学 科学 科学 科学
8 2. 化学对其他学科发展的重要性 Chemistry ── the Central Science: since a basic knowledge of chemistry is essential for the study of physics, biology, geology, ecology and many other subjects. 化学：一门中心科学 化学和物理学科的发展密不可分：宏观&微观 生命 科学 地球 科学 环境 科学 能源 科学 材料 科学 .
三、化学的研究内容 Analytical Chemistry Organic Chemistry Physical Chemistry Inorganic Chemistry Coordination Chemistry 无机化学是其它各科 的基础，是提高化学 Polymer Chemistry 素质的第一步 BioChemistry Chemistry >核心任务：发现和创造不同尺度的新物质
9 三、化学的研究内容 核心任务：发现和创造不同尺度的新物质 Inorganic Chemistry Analytical Chemistry Organic Chemistry Physical Chemistry Coordination Chemistry Polymer Chemistry BioChemistry . Chemistry 无机化学是其它各科 的基础，是提高化学 素质的第一步
>原子尺度(A,10-10m) 。 新元素的发现 √居里夫人：1911年诺贝尔化学奖，1903年诺贝尔物理学奖； 天然放射性，镭(Radium),钋(Polonium) ·人工合成新元素 √超铀元素：原子序数大于92 √重离子+靶原子，核聚变产生新元素 ata IUPAC is naming the four new elements nihonium, moscovium,tennessine,and oganesson Provisional recommendations-for public review:IUPAC is naming the four new elements nihonium,moscovium,tennessine.and oganesson posted on 8 June 2016 posted in Announcements,Call for Input.Recent Releases,Upcoming Deadlines tagged with chemical element,element 113,element 115,element 117,element 118. Dy IUPAC/IUPAP Joint Working Party,periodic table,Provisional Recommendations
原子尺度 (Å, 1010 m) • 新元素的发现 居里夫人：1911年诺贝尔化学奖，1903年诺贝尔物理学奖； 天然放射性，镭 (Radium)，钋 (Polonium) • 人工合成新元素 超铀元素：原子序数大于92 重离子 + 靶原子，核聚变产生新元素
元素发现和性质相关的Nobel Prize in Chemistry: √1904年，Sir William Ramsay,稀有气体He、Ne、Ar、Ke、Xe的发现 √1906年，Henri Moissan,研究并分离了氟元素，电解法制氟 √1908年，Ernest Rutherford,放射性，元素蜕变 √I9l1年，Marie Curie,发现镭和钋元素，提纯镭 √1914年，Theodore William Richards,精确测定了大量化学元素原子量 √192l年，Frederick Soddy,同位素，放射性物质的化学性质 √I922年，Francis William Aston,用质谱仪发现大量非放射性元素同位素 √1934年，Harold Clayton Urey,发现了重氢D √I935年，Frederic Joliot&Irene Joliot-.Curie,合成了新的放射性元素 √1943年，George de Hevesy,在化学过程研究中使用同位素作为示踪物 √1944年，Otto Hahn,发现重核的裂变 √I951年，Edwin Mattison McMillan&Glenn Theodore Seaborg,.超铀元素 √1960年，Willard Frank Libby,发展了碳14同位素进行年代测定的方法
• 元素发现和性质相关的 Nobel Prize in Chemistry： 1904年，Sir William Ramsay，稀有气体He、Ne、Ar、Ke、Xe的发现 1906年，Henri Moissan，研究并分离了氟元素，电解法制氟 1908年，Ernest Rutherford，放射性，元素蜕变 1911年，Marie Curie，发现镭和钋元素，提纯镭 1914年，Theodore William Richards，精确测定了大量化学元素原子量 1921年，Frederick Soddy，同位素，放射性物质的化学性质 1922年，Francis William Aston，用质谱仪发现大量非放射性元素同位素 1934年，Harold Clayton Urey，发现了重氢D 1935年，Frédéric Joliot & Irène Joliot-Curie，合成了新的放射性元素 1943年，George de Hevesy，在化学过程研究中使用同位素作为示踪物 1944年，Otto Hahn，发现重核的裂变 1951年，Edwin Mattison McMillan & Glenn Theodore Seaborg，超铀元素 1960年，Willard Frank Libby，发展了碳14同位素进行年代测定的方法
>分子尺度(nm):简单分子→功能分子团簇 合成氨反应：N2+3H2→2NH3(Haber-Bosch Process) √化学热力学：反应可正向进行的条件，平衡时最大产率 √常温常压下，热力学可行（△G<0),但实际无产物生成 √工业生产：T~500C,p~20-50MPa,Fe基催化剂 √实际反应体系需结合热力学和动力学两方面考虑 √常温常压下催化剂？？生物固氮 Fritz Haber Carl Bosch (1868-1934) (1874-1940) 1918年诺贝尔化学奖 1931年诺贝尔化学奖 the synthesis of the invention and ammonia from its development of elements" chemical high pressure methods
分子尺度(nm)：简单分子功能分子团簇 • 合成氨反应：N2 + 3H2 2NH3 (Haber-Bosch Process) 化学热力学：反应可正向进行的条件，平衡时最大产率 常温常压下，热力学可行（G < 0），但实际无产物生成 工业生产：T ~ 500 oC, p ~ 20-50 MPa，Fe基催化剂 实际反应体系需结合热力学和动力学两方面考虑 常温常压下催化剂？？ 生物固氮 Fritz Haber (1868-1934) 1918年诺贝尔化学奖 “the synthesis of ammonia from its elements” Carl Bosch (1874-1940) 1931年诺贝尔化学奖 “the invention and development of chemical high pressure methods
碳同素异形体：石墨、金刚石、富勒烯、石墨烯等 diamon "buckmin 石墨 石墨烯 (10,10)tube (2010年诺贝尔物理学奖) Robert F.Curl Jr.Sir Harold W.Kroto Richard E.Smalley 1996年诺贝尔化学奖，for their discovery of fullerenes
• 碳同素异形体：石墨、金刚石、富勒烯、石墨烯等 1996年诺贝尔化学奖，for their discovery of fullerenes (2010年诺贝尔物理学奖)