圈上清鱼大孝 ■-g 大学化学 大学的使命，并不是教授学生一种吃饭的 本领，或者解决学生的出路问题，大学的 使命，是要养成学生一种健全的人格，训 练一种相当的科学思想，有了这种训练， 毕业以后，无论什么工作，就都可以负 担，都可以胜出。 化学化工学院大体 裘维裕 上海交通大学 化学化工学院大学化学敏研室 上 圈达生 李梅 建工楼229室 meili@situ.edu.cn 课程网页： http://www.chemistry.sjtu.edu.cn http://www.chemistry.sjtu.edu.cn 圈上式生 校同食代 款村 化学模 物理 从化学的角度看世界 吴旦刘萍朱红主编 物 《从化学的角度看世界》 2006年1月第一版 化学工业出版社 指精 教材科购买
Shanghai Jiao Tong University 大学化学 化学化工学院大楼 上海交通大学 化学化工学院大学化学教研室 上海交通大学 Shanghai Jiao Tong University 大学的使命，并不是教授学生一种吃饭的 本领，或者解决学生的出路问题，大学的 使命，是要养成学生一种健全的人格，训 练一种相当的科学思想，有了这种训练， 毕业以后，无论什么工作，就都可以负 担，都可以胜出。 ——裘维裕 Shanghai Jiao Tong University 1.5 本课程学习的目的 最基本的两条： 什么是化学？ 非化学类专业的学生为什么要学化学？ 若干年后： 在工作中分清哪个属于化学问题？ 需要找什么样的文献资料，找什么样的合作者？ 能与化学领域的人交流，听懂所谈的问题属于什么化学 范畴。 Shanghai Jiao Tong University 李梅 建工楼229室 meili@sjtu.edu.cn 课程网页： http://www.chemistry.sjtu.edu.cn http://www.chemistry.sjtu.edu.cn Shanghai Jiao Tong University Shanghai Jiao Tong University 教材 吴旦 刘萍 朱红 主编 《从化学的角度看世界》 2006年1月第一版 化学工业出版社 教材科购买
@人生。 授课特点 ©丛生教学环节和成绩构成 国突出基本概念的思想； 小作业（作业本） 10% @突出化学学科发展和研究的方法： 大作业（网上交） 15% ●突出展示化学在生活中的踪迹； 大作业交流（课堂） 15%(7+7+1)） 国突出化学原理在社会的各个层面的应用及其重要 调研报告（网上交） 10% 性。 考试 50%(40+10) 作业交到email信箱： chem.meili@gmail.com 圈秋生 关于大作业(15%) 愈私生关于大作业交流 1.分组：5人一组（召集人1名），两个组分配一个主题 (全组同学分数一样)(15%) 2.每人都围绕所分配的主题做ppt,第一、二主题10月25日 前交老师邮箱，其他组按顺序顺延一周交 1.召集人组织大家把本组全部ppt总结成为一个(7%)含 3.ppt要求：20页左右，象化学作业，写明作者，有备注。 可以以书上顺序，也可以不是 两个思考题(1%)，提前一周交老师邮箱，全组 4.主题：1.能源 同学必须认真讨论，准备讲课 2.环境污染 2.讲课时间约20-30分钟，老师随机选本组某同学讲 3.金属、无机非金属材料 4.电池、腐蚀、 (7%) 5.电镀、电解 3.讲完后提问思考题，全部同学还需做在作业本上， 6.食品与营养 7.高分子材料 考试时出其中一些(10%) 8.液品 4.11月4日，第一、二主题同学讲。 9.表面活性剂、生活用品 10.药物、农药 @上孩人线 美于调研报告(10%) 圈上达生一 关于考试 1.希望就某个话题进行系统的查资料，得出一个较为 全面的认识。2000字左右。 2.第12周(11月25日)前交。可以手写交纸质作业， 1.基础知识占40% 也可以电子版发email。. 2.思考题占10% 3.举例： 1.食品添加剂的种类比较 2.室内装饰对人体的危害 3.感冒药的类型，作用和危害 4.低碳生活 5.水质 6.化学与专业的关系 7.等等
Shanghai Jiao Tong University 授课特点 突出基本概念的思想； 突出化学学科发展和研究的方法； 突出展示化学在生活中的踪迹； 突出化学原理在社会的各个层面的应用及其重要 性。 Shanghai Jiao Tong University 教学环节和成绩构成 大作业交流(课堂) 15%(7+7+1) 调研报告（网上交） 10% 考试 50%(40+10) 大作业（网上交） 15% 小作业（作业本） 10% 作业交到email信箱： chem.meili@gmail.com Shanghai Jiao Tong University 关于大作业（15%） 1.分组：5人一组（召集人1名），两个组分配一个主题 2.每人都围绕所分配的主题做ppt，第一、二主题10月25日 前交老师邮箱，其他组按顺序顺延一周交 3.ppt要求：20页左右，象化学作业，写明作者，有备注。 可以以书上顺序，也可以不是 4.主题： 1. 能源 2. 环境污染 3. 金属、无机非金属材料 4. 电池、腐蚀、 5. 电镀、电解 6. 食品与营养 7. 高分子材料 8. 液晶 9. 表面活性剂、生活用品 10.药物、农药 Shanghai Jiao Tong University 关于大作业交流 （全组同学分数一样）（15%） 1.召集人组织大家把本组全部ppt总结成为一个(7%)含 两个思考题（1%），提前一周交老师邮箱，全组 同学必须认真讨论，准备讲课 2. 讲课时间约20-30分钟，老师随机选本组某同学讲 （7%） 3. 讲完后提问思考题，全部同学还需做在作业本上， 考试时出其中一些（10%） 4.11月4日，第一、二主题同学讲。 Shanghai Jiao Tong University 关于调研报告（10%） 1.希望就某个话题进行系统的查资料，得出一个较为 全面的认识。2000字左右。 2.第12周（11月25日）前交。可以手写交纸质作业， 也可以电子版发email。 3.举例： 1. 食品添加剂的种类比较 2. 室内装饰对人体的危害 3. 感冒药的类型，作用和危害 4. 低碳生活 5. 水质 6. 化学与专业的关系 7. 等等 Shanghai Jiao Tong University 关于考试 1. 基础知识占40% 2. 思考题占10%
@生。一第一童从化学的角度看世界 @生一1.1什么是化学 圈什么是化学？ CHEMISTRYA ®化学在哪里？ 地gt 鲁化学学科的发展和分支 3 Chemistrv:the Central Science.9e CW 禽生物质的层次（长度）： 圈生 物质的层次（质量和体积）： bair.3x of th 1010 10510010510201025 1030 量子力学 牛顿力学 g510 ×10 0 ©生物质的组成 只
Shanghai Jiao Tong University 第一章 从化学的角度看世界 什么是化学？ 化学在哪里？ 化学学科的发展和分支 Shanghai Jiao Tong University 1.1 什么是化学 化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结 构、性质及其变化规律的科学； 化学是分子科学，是物质科学的基础学科之一； Chem-is-try Chemistry: the Central Science, 9e CW Shanghai Jiao Tong University 物质的层次(长度)： 量子力学 牛顿力学 × 10 × 2 10 × 4 5 × 106 Shanghai Jiao Tong University 物质的层次(质量和体积)： Shanghai Jiao Tong University 物质的组成 Shanghai Jiao Tong University 碱式碳酸铜
@上4人生。 1.2化学在哪里 1.目前全球关注的四大热点问题： @物质的结构：原子结构、分子结构、晶体 结构。 圈环境的保护 鲁新材料的研制 @能量变化：物质变化（化学变化）过程中伴 能源的开发和利用 随的功和热的转换关系。 生命科学 食秋生 2.化学是一门实用的科学： ·化学与国防 B-2隐形战略责炸机 鲁每架造价高达22亿美元。 ②机身采用翼身融合、无尾翼的飞翼构形，机翼 前缘交接于机头处，机翼后缘呈锯齿形。 ●机身机翼大量采用石墨-碳纤维复合材料、蜂窝 状结构，表面有吸波涂层，发电机的喷口置于 机翼上方。 我们身边的化学 图<生2.化学是一门实用的科学： 新型建筑材料 自化学与衣—服装 食一农业，食品 住一住房和家庭陈设品方面的作用 行—交通工具、燃料 吸通空调朵统
Shanghai Jiao Tong University 物质的结构：原子结构、分子结构、晶体 结构。 能量变化：物质变化（化学变化）过程中伴 随的功和热的转换关系。 Shanghai Jiao Tong University 1.2 化学在哪里 1.目前全球关注的四大热点问题： 环境的保护 新材料的研制 能源的开发和利用 生命科学 Shanghai Jiao Tong University B-2隐形战略轰炸机 每架造价高达22亿美元。 机身采用翼身融合、无尾翼的飞翼构形，机翼 前缘交接于机头处，机翼后缘呈锯齿形。 机身机翼大量采用石墨-碳纤维复合材料、蜂窝 状结构，表面有吸波涂层，发电机的喷口置于 机翼上方。 2.化学是一门实用的科学： •化学与国防 Shanghai Jiao Tong University 我们身边的化学 Shanghai Jiao Tong University 化学与衣——服装 食——农业，食品 住——住房和家庭陈设品方面的作用 行——交通工具、燃料 2.化学是一门实用的科学： Shanghai Jiao Tong University 新型建筑材料 暖通空调系统
@达生一 绿色汽车动力 C3H8+502=3C02+4H20 汽车部件与 1936年的奥运会用金属镂做燃料 涂装材料 1960年开始用天然树脂燃料 1978年变为橄榄油做燃料 圈秋生 ，4 食上达生 三聚氰胺分析仪 1.3化学学科的发展和分支 GC/MS 1.3.1.化学的分支学科 无机化学 30m 四大基础化学 分析化学 50tm 有机化学 物理化学 >化学与其他学科交叉形成多种边缘学科： 三聚氰胺 生物无机化学、环境化学、农业化学、材料化 学、地球化学、储层化学、放射化学、计算化 干覆白原来添加0.1μg/ml三 学、高分子化学等。 聚氰胶及其同类物标准品的 屋析图 @丛生 1.3.1化学的分支学科 圈我达生 科学元素观的确立 2.化学分支学科的形成 原子论的萌芽 >无机化学 ®无机化学：除去碳氢化合物和其大多数衍生物 近代原子论 Dalton,Johm 外，无机化学是对所有元素和它们的化合物及 1766-1840 反应进行实验研究和理论解释的科学。 ®最初的化学是无机化学。如：青铜、陶瓷、彩 陶、点金术、炼丹术、黑火药等： 。学托素曲一查本苇小的不可分的物版拉，所子所世， 子在 峰所行年干各个为打毫是亮全阳同的，节利是重量相网，不可元京价乐子 ®以Meye、门捷列夫- 一元素周期律为标志，标 相合，时，1个A原子+1个B原子，1个 志现代无机化学形成 退宋像迷用原子这个调象泰达不可再分价幅念。批门牌看到。皮化华的近代进展来明。象子 并不最不可升的。不在，道东的的其出观点第银出色效经至T时朝和实的的考的
Shanghai Jiao Tong University 绿色汽车动力 汽车部件与 涂装材料 Shanghai Jiao Tong University C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O 1936年的奥运会用金属镁做燃料 1960年开始用天然树脂燃料 1976年变为橄榄油做燃料 Shanghai Jiao Tong University 三聚氰胺分析仪 GC/MS 27 干蛋白原来添加0.1μg/ml三 聚氰胺及其同类物标准品的 层析图 三聚氰胺 Shanghai Jiao Tong University 1.3 化学学科的发展和分支 ¾ 化学与其他学科交叉形成多种边缘学科： 生物无机化学、环境化学、农业化学、材料化 学、地球化学、储层化学、放射化学、计算化 学、高分子化学等。 无机化学 分析化学 有机化学 物理化学 四大基础化学 1.3.1. 化学的分支学科 Shanghai Jiao Tong University 2. 化学分支学科的形成 ¾ 无机化学 无机化学：除去碳氢化合物和其大多数衍生物 外，无机化学是对所有元素和它们的化合物及 反应进行实验研究和理论解释的科学。 最初的化学是无机化学。如：青铜、陶瓷、彩 陶、点金术、炼丹术、黑火药等； 以Meyer、门捷列夫——元素周期律为标志，标 志现代无机化学形成 1.3.1 化学的分支学科 Shanghai Jiao Tong University 科学元素观的确立 原子论的萌芽 近代原子论 Dalton, John (1766-1844) Dalton, John (1766-1844)
@出 G达生 2 婚 Dimitri 44镜含f、 Mendeleev Draft for first version of Mendeleev's periodic table (17 February 1869). 圈丛生 1869年2月17日 圈达生 新元素的发现 ●C12Si28?70 Sn118 ®N14P31As75 Sb122 Bi210 1875年布瓦博得朗（法） 9016S32 Se 79 Te 128 Ga(测得比重4.7，原子量59) 类铝（比重5.9，原子量69） ®行化学元素的性质相近 实测5.94,69.9 。列化学元素性质由金属变为非金属 垂1879年尼尔森（瑞典）Sc(类硼) 需整个元素系列呈现周期性变化 鲁1886年文克勒（德）Ge(类硅) 101号元素 们 @丝一1.3.1化学的分支学科 ②上人生 2化学分支学科的形成 ●贝采里乌斯：原子量的测定：电荷的概念 >分析化学： (二元论)：分析天平的使用和定量分析的建立： 分析化学之父 ®分析化学的三大领域：含量的测定、成分的分 析、结构的表征。 。分析天平的使用—定量概念的建立—高新 仪器的发明和使用。 贝采里乌新测定 原子量使用的天平 Jons Jakob Berzelius
Shanghai Jiao Tong University Shanghai Jiao Tong University Dimitri Mendeleev Draft for first version of Mendeleev's periodic table (17 February 1869). Shanghai Jiao Tong University 1869年2月17日 C 12 Si 28 ? 70 Sn 118 N 14 P 31 As 75 Sb 122 Bi 210 O 16 S 32 Se 79 Te 128 行化学元素的性质相近 列化学元素性质由金属变为非金属 整个元素系列呈现周期性变化 Shanghai Jiao Tong University 新元素的发现 1875年 布瓦博得朗（法） Ga（测得比重4.7，原子量59） 类铝（比重5.9，原子量69） 1879年尼尔森（瑞典） Sc（类硼） 1886年文克勒（德） Ge（类硅） 101号元素 钔 实测5.94，69.9 Shanghai Jiao Tong University ¾ 分析化学： 分析化学的三大领域：含量的测定、成分的分 析、结构的表征。 分析天平的使用——定量概念的建立——高新 仪器的发明和使用。 2 化学分支学科的形成 1.3.1 化学的分支学科 Shanghai Jiao Tong University 贝采里乌斯：原子量的测定；电荷的概念 (二元论)；分析天平的使用和定量分析的建立； 分析化学之父 贝采里乌斯测定 原子量使用的天平 Jöns Jakob Berzelius
@生一13.1化学的分支学科 @上人生 2化学分支学科的形成 >有机化学 每十九世纪初，李比希(Liebig),分析了大量的有机化合物 ●1824年，德国化学家维前W6hler)成功合成了尿素 ●1834年，法国的杜马(Dumas),系统定量地研究了卤化 反应，提出了“取代学说” ●1842年，日拉尔提出了有机化合物同系列的概念 ●弗兰克兰的原子价学说 @凯库勒的原子链学说，1865年，提出羊的环状结构学说 Justus von Friedlich Friedrich ●有机立体化学的兴起，有机结构理论的发展 Liebig Wohler August ●十九世纪后半期，有机化学飞速发展 Kekule 圈丛生一13.1化学的分支学科 圈生 2化学分支的形成 >物理化学 物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联 系入手来探求化学变化规律的一门科学 >物理化学的创立和建设： )气体理论和溶液理论的建立 2)热化学与化学热力学的发展 3)电化学的建立和发展 4)化学动力学的发展 J.Willard Svante August 5)结构化学的产生和发展 Gibbs Arrhenius 化学热力学 电离学说 @丝一1.3.1化学的分支学科 圈达生 3.化学发展的未来 2化学分支学科的形成 一一写其他学科交叉渗透 >高分子化学 生命科学 嚼天然高分子材料：蛋白质，淀粉：棉、麻、丝、毛 1953年英国《自然》杂志发表了英国克里 @天然橡胶的硫化(1839年：硝化纤维(1868年)：粘胶 克和美国沃特森的DNA双螺旋结构的分子模 纤维(1893.1898年) 型，通过X射线结构分析确定了生命物质-核 ©合成高分子材料：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂 @1909年，酚醛树脂工业化 酸的空间结构。DNA双螺旋结构的解析莫定 ■1920年，Staudinger首先提出高分子的概念，获1953 了当今分子生物学的基础。二人因此而获得 年诺贝尔奖 1962年诺贝尔生理和医学奖， 圈Floy提出高分子理论，获1974年诺贝尔奖
Shanghai Jiao Tong University ¾ 有机化学 十九世纪初，李比希(Liebig)，分析了大量的有机化合物 1824年，德国化学家维勒(Wöhler)成功合成了尿素 1834年，法国的杜马(Dumas)，系统定量地研究了卤化 反应，提出了“取代学说” 1842年，日拉尔提出了有机化合物同系列的概念 弗兰克兰的原子价学说 凯库勒的原子链学说，1865年，提出苯的环状结构学说 有机立体化学的兴起，有机结构理论的发展 十九世纪后半期，有机化学飞速发展 2 化学分支学科的形成 1.3.1 化学的分支学科 Shanghai Jiao Tong University Justus von Liebig Friedrich August Kekulé Friedlich Wöhler Shanghai Jiao Tong University ¾ 物理化学 物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联 系入手来探求化学变化规律的一门科学 ¾ 物理化学的创立和建设： 1) 气体理论和溶液理论的建立 2) 热化学与化学热力学的发展 3) 电化学的建立和发展 4) 化学动力学的发展 5) 结构化学的产生和发展 2 化学分支的形成 1.3.1 化学的分支学科 Shanghai Jiao Tong University Svante August Arrhenius 电离学说 J. Willard Gibbs 化学热力学 Shanghai Jiao Tong University ¾ 高分子化学 天然高分子材料：蛋白质，淀粉；棉、麻、丝、毛 天然橡胶的硫化(1839年)；硝化纤维(1868年)；粘胶 纤维(1893-1898年) 合成高分子材料：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂 1909年，酚醛树脂工业化 1920年，Staudinger首先提出高分子的概念，获1953 年诺贝尔奖 Flory提出高分子理论，获1974年诺贝尔奖 2 化学分支学科的形成 1.3.1 化学的分支学科 Shanghai Jiao Tong University 3.化学发展的未来 ——与其他学科交叉渗透 生命科学 1953年英国《自然》杂志发表了英国克里 克和美国沃特森的DNA双螺旋结构的分子模 型，通过X-射线结构分析确定了生命物质-核 酸的空间结构。DNA双螺旋结构的解析奠定 了当今分子生物学的基础。二人因此而获得 1962年诺贝尔生理和医学奖
@达生 DNA分子中碱基配对关系及形成氢使情况 的 胸膜啶(T)…(A)脑嘧(C)一一鸟吟(G) DNA双螺旋结构 圈丛生3.化学发展的未来 @生一3.化学发展的未来 生物大分子的站构分析方法 John B.Fenn Koichi Tanaka Kurt Wuthrich Osamu Shimomura Martin Chalfie Roger Y.Tsien USA Japan Switzerland USA.1928.- USA1947. USA.1952 The Nobel Prize in Chemistry 2002 "for the development of methods for identification and The Nobel Prize in Chemistry 2008 structure analyses of biological macromolecules' for the discovery and development of the green fluorescent protein.GFP" @丝3.化学发展的未来 ©生一3.化学发展的未来 环境科学 生理、病理学 @1932年德国Domagk发现一种染料 白浪多息可有效地治疗受细菌致命 感染的实验动物。磺胺新药。 Gerhard Paul J.Crutzen Mario J.Molina F.Sherwood Rowland Domagk 。化学对健康的第一个贡献—一消毒 the Netherlands USA USA The Nobel 剂和麻醉剂 Prize in The Nobel Prize in Chemistry 1995 Physiology or "for their work in atmospheric chemistry, Medicine 1939 particularly concerning the formation and decomposition of ozone
Shanghai Jiao Tong University DNA双螺旋结构 Shanghai Jiao Tong University DNA分子中碱基配对关系及形成氢键情况 N O H O H3C H N N N N N H H H 胸腺嘧啶（T） 腺嘌呤（A） N N O H N N N O N H H H H H H 胞嘧啶（C） 鸟嘌呤（G） Shanghai Jiao Tong University 生物大分子的结构分析方法 John B. Fenn Koichi Tanaka Kurt Wüthrich USA Japan Switzerland The Nobel Prize in Chemistry 2002 "for the development of methods for identification and structure analyses of biological macromolecules" 3.化学发展的未来 Shanghai Jiao Tong University Osamu Shimomura Martin Chalfie Roger Y. Tsien USA,1928- USA,1947- USA,1952 The Nobel Prize in Chemistry 2008 “for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP” 3.化学发展的未来 Shanghai Jiao Tong University 环境科学 3.化学发展的未来 The Nobel Prize in Chemistry 1995 "for their work in atmospheric chemistry, particularly concerning the formation and decomposition of ozone" Paul J. Crutzen Mario J. Molina F. Sherwood Rowland the Netherlands USA USA Shanghai Jiao Tong University 生理、病理学 1932年德国Domagk发现一种染料 白浪多息可有效地治疗受细菌致命 感染的实验动物。磺胺新药。 化学对健康的第一个贡献——消毒 剂和麻醉剂 3.化学发展的未来 Gerhard Domagk The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1939
图生一 3.化学发展的未来 @生芯片的制造一微电子技术的关键 信息科学 年代1951p11 鲁超大规模集成电路，制造工艺的60%以上是化学 的应用： 35k:248163华 品 中 如4Mb的动态随机存取和存储器芯片制造工艺， 有164个工艺步骤，其中有118个依据化学，包括 工程工作 化学合成、化学加工、化学处理等。 地单适瑰胶力 龙制过行 够受是义 。 圈秋生 化学的研究方法 Steps in the Scientific Method
Shanghai Jiao Tong University 信息科学 超大规模集成电路，制造工艺的60%以上是化学 的应用： 如4Mb的动态随机存取和存储器芯片制造工艺， 有164个工艺步骤，其中有118个依据化学，包括 化学合成、化学加工、化学处理等。 3.化学发展的未来 Shanghai Jiao Tong University 芯片的制造－微电子技术的关键 Shanghai Jiao Tong University Steps in the Scientific Method 化学的研究方法