中国科学技术大学：《化学原理》课程教学资源（讲义）Chapter 00 绪论 The Principles of Chemistry（授课教师：汪文栋）

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, 1010 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)