1、化学与日常生活黄 婷绪 论J 化学的魅力化学的魅力 化学是一门中心的,实用的和创造性的科学The Central,Useful and Creative Science 从早晨开始，我们在用化学产品建造的住宅和公寓中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们用化学家们设计的肥皂和牙膏和穿上合成纤维和合成染料制成的衣着，即使天然的纤维(如羊毛或棉花)也是经化学品处理过的和上色来改进它们的性质。为了保护起见，我们的食品被包装起来和冷藏起来，并用肥料、除草剂、和农药使之成长，家畜用兽医药来防病，维生素类可以加到食品中或制成片剂后口服，其至我们购买的天然食品，诸如牛奶，必须要经化学检验来保
2、证纯度。我们的交通工具汽车、火车、飞机在很大程度上是要依靠化学加工业的产品，晨报是印刷在经化学方法制成的纸上，所用的油墨是由化学家们制造的，用于说明事物的照片要用化学家们制造的卷片，在我们生活中的所有金属制品都是用矿石经过以化学为基础的冶炼转化变成金属或再将金属转变成合金，化学油漆还能保护它们。化妆品是由化学家制造和检验过的，执法用的和国防上用的武器要依靠化学。事实上，在我们日常生活中用的产品中很难找出有那一种不是依靠化学和在化学家们的帮助下制造出来的。J 什么是化学什么是化学J 化学家在做什么化学家在做什么 化学（化学（chemistrychemistry）是研究物质的组成、结构、）是研究物
3、质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。性质、以及变化规律的科学。J 化学简史化学简史 140BC 中国炼丹术据说已经开始 AD 0-50 埃及的亚历山大出现论“神术”的第一部著作，其中包括最古老的化学 300 葛洪，中国最著名的炼丹家 300 莱顿纸草和斯德哥尔摩纸草，总结古代有关冶金、染色、仿造宝石等技术知识 300 埃及的左世谋斯描述许多化学操作：溶解、过滤、熔化、升华、蒸馏等，以及一些化学物质及化学反应。开始相信金属的蜕变。斯德哥尔摩（斯德哥尔摩（A.D.300A.D.300）的一页。这页中间一段的一页。这页中间一段的秘方是讨论的秘方是讨论“绿玉的绿玉的制造制造”，即仿造法。，即仿造
4、法。亚历山大里亚历山大里亚的化学：亚的化学：640 阿拉伯人征服埃及，后来翻译了埃及的化学书籍。引入金属由水银和硫磺组成的观念。阿拉伯化学大部分是埃及化学的延续 800-900 印度化学类似于阿拉伯化学 1144 通过在西班牙进行阿拉伯的著作的翻译，欧洲出现炼金术。1250年左右，罗吉尔.培根和阿尔伯特书写了炼金术著作。1493-1541 巴拉赛尔士，医疗化学的奠基者。炼金家的三要素：盐、水银、硫磺 1494-1555 阿格利柯拉，论金属（1556），论采矿和冶金 阿拉伯的化学：阿拉伯的化学：印度的化学：印度的化学：中国的化学：中国的化学：1579-1644 范.海尔孟，发明“气体”一词，说二
5、氧化碳是“野气”。批评老的元素学说，把水看成是基本元素。定量实验 1540-1616 李巴威乌斯，第一本化学教科书炼金术（1597）。定性分析。发现氯化锡 1600（？）锑之凯旋车；锑化合物；硫酸 1604-1670 格劳勃：无机盐、盐类。砷和金属的无水氯化物。亲和性观念。新哲学的炉（1646-1649）1614-1672 息尔微乌斯：体内酸和碱的“起泡作用”1645-1715 莱梅里：教科书化学教程（1675）颗粒学说。把物质分为矿物、植物和动物 1650 塔沈纽斯：盐由酸和碱组成，医用化学（1666）昆刻尔：金红玻璃，磷，化学实验室（1716）Syntagma A Lilau 描述制备各种
6、化合物方法，H2SO4、HCl 燃烧和大气性质的早期研究：波意耳：近代化学的奠基者。化学值得为其自身目的去研究；将严密的实验方法引入到化学中；给元素下了一个清楚的定义，通过实验证明亚里士多德的四元素和炼金家的三要素不配称为元素或要素。胡克。燃素学说。气体的发现 近代化学的基础：拉瓦锡。定量方法。化学元素。新的化学命名法。水。气体化学的发展 化合比例定律和原子学说：定比例、倍比例、互比例。道尔顿原子学说 拉瓦锡的元素拉瓦锡的元素表表 （17891789）戴维、柏尔采留斯的电化学说或二元学说：碱金属。氯、碘、火焰的研究。微粒学说。同晶型现象。同分异构现象。体积理论。相对原子质量表。阿伏加德罗假说。
7、当量的应用。有机化学的初期 取代学说、一元学说和类型论 化合价理论 有机化学的发展：合成有机化学 物理化学 周期率：门捷列夫。无机化学的发展 原子结构：放射性。同位素，居里夫人。周期理论。化合价的电子理论。配位化合物。定向化合价理论。元素的蜕变。一段时期化学可称为生命的理论，另一时期称为一段时期化学可称为生命的理论，另一时期称为冶金学的一个分支，另一段时期就探索所以现象的不冶金学的一个分支，另一段时期就探索所以现象的不变的基础。仿佛化学有时是手艺，有时是哲学，有时变的基础。仿佛化学有时是手艺，有时是哲学，有时是秘术，有时是科学。是秘术，有时是科学。-缪尔缪尔J 为什么称这门学科为为什么称这门学
8、科为“中心科学中心科学”“我们就要创造新药，生产用于制造住所，衣服和交通我们就要创造新药，生产用于制造住所，衣服和交通用的材料，发明提高和保证粮食供应的新办法，以及多方用的材料，发明提高和保证粮食供应的新办法，以及多方面地改善我们的生活。因此，我们认为化学在人类由古代面地改善我们的生活。因此，我们认为化学在人类由古代穴居人的野蛮生活进化到现在这样一个世界的变化中起了穴居人的野蛮生活进化到现在这样一个世界的变化中起了”中心中心“的作用。的作用。”化学与很多的其他科学领域有关，它对农业、电子学、化学与很多的其他科学领域有关，它对农业、电子学、生物学、药学、环境科学、计算机科学、工程学、地质学生物学
9、、药学、环境科学、计算机科学、工程学、地质学、物理学、冶金学以及很多其他的领域，都有重大的贡献、物理学、冶金学以及很多其他的领域，都有重大的贡献。J 化学领域有多大化学领域有多大人类的每项活动都用到一些由化学提供或加工的物质，同时在许多活动中也包含着化学变化化学工业过程 石油工业、橡塑工业、造纸工业、玻璃和建材工业、钢铁工业、食品和饮料工业、纺织工业、皮革工业等都要用到大量的化学J 为什么化学成为为什么化学成为“实用的科学实用的科学”、“创造创造性的科学性的科学”J 化学的基本原理化学的基本原理化学物质是由分子组成的，分子中的不同元素的原子是以一定的方式联结在一起的现在已有大约100多种元素,
10、它们被排列在元素周期表中，这些元素是按照它们核内质子数目的递增而排列的,表现出周期性原子联结的方式将强烈地影响着化学物质的性质如果反应的产物比起始物质更不稳定(具有更高的能量)时，这样的反应将不会发生即使反应是有利的，产物的能量比起始物质低，混乱度比起始物质大，反应也不一定必须进行得很快即使反应以低能量的产物为终止，仍需要一些额外的能量以便通过不稳定的过渡阶段乙醇乙醇 二甲醚二甲醚化学与哲学化学研究的方法论化学史的哲学分析“化学革命问题”的探讨化学与其他学科的关系关于化学运动基本矛盾问题的讨论关于化学运动辩证内容的研究现代化学的科学分类现代化学发展中的哲学问题J 一把双刃剑一把双刃剑滴滴涕(D
11、DT)2,2-bis(4-Chlorophenyl)-1,1,1-trichloroethane 主要用途 用作农用杀虫剂20世纪3070年代发生的著名的世界八大公害事件：马斯河谷烟雾事件 洛杉矶光化学烟雾事件 多诺拉烟雾事件 伦敦烟雾事件 四日市哮喘事件 骨痛病事件 水俣病事件 米糠油事件 20世纪70年代以来发生公害事件：1976年，意大利米兰 二噁英污染事件 1979年，南美洲邻近特立尼达海域 原油 1983年，英国威尔士 钚1984年，印度博帕尔市 毒气泄漏事件 1986年，前苏联乌克兰 核事件 1986年，瑞士莱茵河 农药1991年，中东战争 原油1996年，日本东京 投毒事件 19
12、99年，南斯拉夫，战争 铀 2000年，罗马尼亚边境 金矿事件大气污染大气污染臭氧层损耗臭氧层损耗全球变暖全球变暖淡水资源紧缺和污染淡水资源紧缺和污染海洋污染海洋污染生物多样性减少生物多样性减少绿色屏障锐减绿色屏障锐减土地退化和沙漠化土地退化和沙漠化有毒化学品和危险废弃有毒化学品和危险废弃物物环境公害环境公害城城 市市SOSO2 2PMPM铅铅COCONONO2 2O O3 3曼谷曼谷低严重中度到重度低低低北京北京严重严重低-低中度到重度开罗开罗-严重严重中度到重度-雅加达雅加达低严重中度到重度中度到重度低中度到重度伦敦伦敦低低低中度到重度低低墨西哥城墨西哥城严重严重中度到重度严重中度到重度严
13、重莫斯科莫斯科-低中度到重度中度到重度-圣保罗圣保罗低低低中度到重度中度到重度严重东京东京低低低严重严重-世界大城市的空气质量：来源：大气和信息研究中心，英国低度污染：满足WHO的指导指标（偶尔可能短期超过指导指标）中度到重度污染：超过WHO指导指标但不到两倍（在某些地点经常短期超过指导指标）严重污染：超过WHO指导指标的两倍对比照片对比照片光化学烟雾光化学烟雾酸雨的危害酸雨的危害臭氧层的破坏臭氧层的破坏 绿色化学（Green Chemistry）又称环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）、环境友好化学（Environmentally Friendly
14、 Chemistry）、清洁化学（Clean Chemistry）。1998年，经济合作发展组织（OECD）对绿色化学的定义为：设计、生产和应用化学产品与化学过程来减少或消除有毒物质的使用和产生。绿色化学的12条原理及特点 预防：防止产生废弃物比在它产生后再处理或清除更好；原子经济性：设计合成方法时，尽量可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中；无害或少害的化学合成：所设计的合成方法应该对人类健康和环境具有小的或没有毒性；设计无危险的化学品：化学产品应该设计为使其有效地显示所期望的功能而毒性最小；安全的溶剂和助剂：所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂和其他物品，当使用时都应是无害的；设计要
15、求讲求能效：化学加工过程的能源要求应该考虑他们的环境和经济影响并尽量节省。如果可能，合成方法应在室温和常压下进行；使用可再生原料：当经济和技术上可行，原料和加工长粗料都应可再生;减少衍生物：如果可能，尽量减少和避免利用衍生化反应，因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废物;催化作用：采用具有高效选择性的催化剂比化学计量学的助剂优越得多;设计要考虑降解：化学产品的设计应使它们在功能终了时，分解为无害的降解产物并不在环境中长期存在;为了预防污染进行实时分析：需要进一步开发新的分析方法，使之可以进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前予以控制;防止事故发生地固有安全化学：在化学过程中使用的物
16、质和物质形态的选择，应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在的可能性，包括释放、爆炸以及着火等。清洁生产（cleaner production）在不同的发展阶段或者不同的国家有不同的叫法，例如“废物减量化”、“无废工艺”、“污染预防”等。但其基本内涵是一致的，即对产品和产品的生产过程采取预防污染的策略来减少污染物的产生。定义：联合国环境规划署与环境规划中心（UNEPIE/PAC）综合各种说法，采用了“清洁生产”这一术语，来表征从原料、生产工艺到产品使用全过程的广义的污染防治途径，给出了以下定义：清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效
17、率和减少人类及环境的风险。对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减少降低所有废弃物的数量和毒性。对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响。对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。清洁生产的定义包含了两个全过程控制：生产全过程和产清洁生产的定义包含了两个全过程控制：生产全过程和产品整个生命周期全过程。品整个生命周期全过程。对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料与能源，尽对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料与能源，尽可能不用有毒原材料并在生产过程中就减少它们的数量和可能不用有毒原材料并在生产过程中就减少它们的数量和毒性；毒性；对产品而言，则是从原材料获
18、取到产品最终处置过程中对产品而言，则是从原材料获取到产品最终处置过程中，尽可能将对环境的影响减少到最低。，尽可能将对环境的影响减少到最低。注意：清洁生产不包括末端治理技术清洁生产的观念主要强调三个重点：清洁生产的观念主要强调三个重点：清洁的能源：包括开发节能技术，尽可能开发利用再清洁的能源：包括开发节能技术，尽可能开发利用再生能源以及合理利用常规能源。生能源以及合理利用常规能源。清洁的生产过程：包括尽可能不用或少用有毒有害原清洁的生产过程：包括尽可能不用或少用有毒有害原料和中间产品。对原材料和中间产品进行回收，改善管料和中间产品。对原材料和中间产品进行回收，改善管理、提高效率。理、提高效率。清洁的产品：包括以不危害人体健康和生态环境为主清洁的产品：包括以不危害人体健康和生态环境为主导因素来考虑产品的制造过程甚至使用之后的回收利用导因素来考虑产品的制造过程甚至使用之后的回收利用，减少原材料和能源使用，减少原材料和能源使用 。J 本课程的主要内容及学习目的本课程的主要内容及学习目的
