第1章化學發(fā)展史與物質結構基礎

1、一些化學基本概念化學？化學？ 化學是一門在化學是一門在原子、分子原子、分子層次上研究物質的層次上研究物質的組成、結構、組成、結構、性質及其變化規(guī)律性質及其變化規(guī)律的科學。的科學。 化學是以研究物質的化學是以研究物質的化學變化化學變化為主的科學。為主的科學。石墨結構石墨結構石墨石墨金剛石金剛石金剛石結構金剛石結構足球烯足球烯碳納米管碳納米管分子？分子？ 分子是不斷運動著的微粒分子是不斷運動著的微粒 物質的化學性質由分子所決定物質的化學性質由分子所決定 分子由一定數(shù)目的原子組成分子由一定數(shù)目的原子組成分子是保持物質化學性質分子是保持物質化學性質的最小微粒的最小微粒并五苯分子結構示意圖并五苯分子結構

2、示意圖并五苯分子原子力顯微鏡照片并五苯分子原子力顯微鏡照片原子？原子？ 原子是不斷運動著的微粒原子是不斷運動著的微粒 原子是構成分子的基本微粒原子是構成分子的基本微粒 原子是可以再分的，原子由更小的原子是可以再分的，原子由更小的微粒微粒(質子、中子、電子等質子、中子、電子等)組成組成原子是物質進行化學反應原子是物質進行化學反應的基本微粒的基本微粒原子原子原子核原子核電子電子(帶負電帶負電) (核外核外)質子質子(帶正電帶正電)中子中子(不帶電不帶電)不顯電性不顯電性核電荷數(shù)核電荷數(shù)=核內質子數(shù)核內質子數(shù)=核外電子數(shù)核外電子數(shù)原子的構成l原子是由居于原子中心帶正電的原子核和核外原子是由居于原子中

3、心帶正電的原子核和核外帶負電的繞核作高速運動的電子構成的；原子帶負電的繞核作高速運動的電子構成的；原子核在原子中只占很小的體積，但集中了原子的核在原子中只占很小的體積，但集中了原子的絕大部分的質量；原子中質子數(shù)等于核外電子絕大部分的質量；原子中質子數(shù)等于核外電子數(shù)，它們數(shù)量相同電性相反，所以原子不帶電。數(shù)，它們數(shù)量相同電性相反，所以原子不帶電。構成原子的粒子的電性和質量構成原子的粒子的電性和質量粒子種類粒子種類電性電性質量質量(kg)(kg)質子質子1 1個單位正電荷個單位正電荷1.67261.67261010-27-27中子中子不帶電不帶電1.67491.67491010-27-27電子電子

4、1 1個單位負電荷個單位負電荷質子質量的質子質量的1/18361/1836原子的質量絕大部分集中在原子核上，核外電子原子的質量絕大部分集中在原子核上，核外電子的質量忽略不計的質量忽略不計原子量？原子量？ 注意：注意：相對原子質量不是原子的實際質量，是一個比值相對原子質量不是原子的實際質量，是一個比值相對原子質量的單位是相對原子質量的單位是1以碳原子質量的以碳原子質量的1/12為標準，為標準，其他原子的質量跟它的比值其他原子的質量跟它的比值相對原子質量相對原子質量= 該原子的實際質量該原子的實際質量標準碳原子質量的標準碳原子質量的1/12 = 質子數(shù)質子數(shù)+中子數(shù)中子數(shù)分子量？分子量？分子量是構

5、成分子的所有分子量是構成分子的所有原子的相對原子質量之和，原子的相對原子質量之和，通常用通常用M表示表示三聚氰胺三聚氰胺元素？元素？元素是原子核里質子數(shù)（即核電元素是原子核里質子數(shù)（即核電荷數(shù)）相同的一類原子的總稱荷數(shù)）相同的一類原子的總稱1.具有相同核電荷的原子都具有相同核電荷的原子都具有相同的化學性質，具有相同的化學性質，所以所以元素是以原子核的核電荷數(shù)元素是以原子核的核電荷數(shù)為標準對原子進行分類的為標準對原子進行分類的2.2.表示元素的符號與表表示元素的符號與表示原子的符號相同，示原子的符號相同，如如H H，既表示氫元素，也表示既表示氫元素，也表示氫原子氫原子3.原子是微觀概念，元素是宏

6、觀概念。原子是微觀概念，元素是宏觀概念。原子有量的涵原子有量的涵義，元素沒有。如義，元素沒有。如 和和 單質？單質？元素、單質、化合物都是宏觀概念，它們都可以通元素、單質、化合物都是宏觀概念，它們都可以通過微觀概念過微觀概念從原子的角度來理解從原子的角度來理解由一種元素組成的物質稱由一種元素組成的物質稱為單質，例如為單質，例如 H2化合物？化合物？由不同種由不同種(不止一種不止一種)元素組成元素組成的物質稱為化合物，例如的物質稱為化合物，例如 H2OSISI制中的基本物理量及其單位名稱和符號制中的基本物理量及其單位名稱和符號在化學中,前面六種單位是常用單位。國際單位制國際單位制(SI)物理物理

7、量量長度長度質量質量時間時間電流電流溫度溫度物質物質的量的量光強光強度度單位單位名稱名稱米米千克千克秒秒安培安培開爾開爾文文摩爾摩爾坎德坎德拉拉單位單位（中）（中）米米千克千克秒秒安安開開摩摩坎坎符號符號（英）（英）mkgsAKmolcd物質的物質的量？量？以摩爾為單位來表示組成物質的以摩爾為單位來表示組成物質的基本單元數(shù)目多少的物理量稱為基本單元數(shù)目多少的物理量稱為物質的量。通常用符號物質的量。通常用符號 n 表示表示1.“物質的量物質的量”是一種物理量的名稱，用于量度物質的基本是一種物理量的名稱，用于量度物質的基本單元數(shù)目，是廣度性質的物理量。它的單元數(shù)目，是廣度性質的物理量。它的SI單位

8、是單位是mol。2. 表示物質的量時，應先指明基本單元。物質的基本單元表示物質的量時，應先指明基本單元。物質的基本單元可以是各種任意指定的微粒如：原子、分子、離子、可以是各種任意指定的微粒如：原子、分子、離子、2H、H2O、3OH-等等。等等。阿佛加德羅常數(shù)1摩爾基本單元數(shù)目與摩爾基本單元數(shù)目與0.012 kg碳碳-12的原子數(shù)目的原子數(shù)目相等，這個數(shù)目稱為阿佛加德羅常數(shù)。用相等，這個數(shù)目稱為阿佛加德羅常數(shù)。用NA表示：表示： NA=6.021023例如，例如，1 mol 12C含有含有NA個個12C原子。原子。1 mol H2O含有含有2 NA個個H原子和原子和1 NA個個O原子。原子。Am

9、edeo Avogadro 1776-1856Chemistry“化學”一詞的由來lChemistry 由“chemia”演化而來。最早出現(xiàn)在埃及第四世紀的記載。l化學 最早見諸于19世紀中葉偉烈亞力主編的六合叢談，并定義為研究物質本質變化的學問。 化學的萌芽化學的萌芽 近代化學理論的創(chuàng)立近代化學理論的創(chuàng)立 現(xiàn)代化學的興起現(xiàn)代化學的興起 化學的繼往開來化學的繼往開來 1234火山爆發(fā)火山爆發(fā)火火 從怕火到用火人類與化學最早的接觸現(xiàn)代海南黎族鉆木取火現(xiàn)代海南黎族鉆木取火 恩格斯說：恩格斯說：“就世界性的解放作用而言，就世界性的解放作用而言， 摩擦生火還是超過了蒸汽機，摩擦生火還是超過了蒸汽機，

10、因為摩擦生火第一次使人支配了一種自然力，因為摩擦生火第一次使人支配了一種自然力， 從而最終把人同動物分開。從而最終把人同動物分開?！?利用火是人類走向文明的起點 制陶制陶的實質就是通過燒制來人為地改變粘土的性質，使粘的實質就是通過燒制來人為地改變粘土的性質，使粘土的組分二氧化硅（土的組分二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（）、三氧化二鋁（Al2O3）、碳酸）、碳酸鈣（鈣（CaCO3）、氧化鎂（）、氧化鎂（MgO）等在燒制過程中發(fā)生一系）等在燒制過程中發(fā)生一系列的化學變化，從而使陶器具備防水耐用的優(yōu)良性質。列的化學變化，從而使陶器具備防水耐用的優(yōu)良性質。 陶器不但有新的技術意義，而且有新的經(jīng)濟意義

11、。它使人陶器不但有新的技術意義，而且有新的經(jīng)濟意義。它使人們處理食物時增添了蒸煮的辦法，陶制的紡輪、陶刀、陶挫們處理食物時增添了蒸煮的辦法，陶制的紡輪、陶刀、陶挫等工具也在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，同時陶制儲存器可以等工具也在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，同時陶制儲存器可以使谷物和水便于存放。使谷物和水便于存放。 因此，陶器很快成為人類生活和生產(chǎn)的必需品，特別是定因此，陶器很快成為人類生活和生產(chǎn)的必需品，特別是定居下來從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人們更是離不開陶器。陶器的發(fā)明，居下來從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人們更是離不開陶器。陶器的發(fā)明，在制造技術上是一個重大的突破。在制造技術上是一個重大的突破。 歷史悠久的制陶工藝古代煉銅

12、分為干法和濕法。古代煉銅分為干法和濕法。干法煉銅的化學原理：干法煉銅的化學原理： 2CuO+C=2Cu+CO2（出現(xiàn)較早，早于煉鐵）（出現(xiàn)較早，早于煉鐵）濕法煉銅的化學原理：濕法煉銅的化學原理： CuO+Fe=Cu+FeO （出現(xiàn)較晚，晚于煉鐵）（出現(xiàn)較晚，晚于煉鐵）煉銅與煉鐵 干法煉銅時銅礦里的錫（干法煉銅時銅礦里的錫（Sn）等金屬元素常一起被還原出）等金屬元素常一起被還原出來，這種混入了錫的銅（青銅）能極大的降低銅的熔點、提來，這種混入了錫的銅（青銅）能極大的降低銅的熔點、提高其硬度和可鑄性高其硬度和可鑄性 。 青銅器的出現(xiàn)，推動了當時農(nóng)業(yè)、兵器、金融、藝術等方青銅器的出現(xiàn)，推動了當時農(nóng)業(yè)

13、、兵器、金融、藝術等方面的發(fā)展，把社會文明向前推進了一步。人類文明在面的發(fā)展，把社會文明向前推進了一步。人類文明在石器時石器時代代結束后很快進入結束后很快進入青銅器時代青銅器時代。 古代煉鐵：古代煉鐵：將鐵礦石和木炭一層夾一層地放在煉爐中，點將鐵礦石和木炭一層夾一層地放在煉爐中，點火焙燒，在火焙燒，在650-1000溫度下，利用炭的不完全燃燒產(chǎn)生溫度下，利用炭的不完全燃燒產(chǎn)生一氧化碳，使鐵礦石中的氧化鐵還原成鐵。一氧化碳，使鐵礦石中的氧化鐵還原成鐵。2C+O2=2CO FeO+CO=CO2煉銅與煉鐵 鐵硬且有延展性，被廣泛用于制造各種生產(chǎn)生活器具，當鐵硬且有延展性，被廣泛用于制造各種生產(chǎn)生活器

14、具，當然也用于制造兵器。由于鐵比青銅更堅硬，煉鐵的原料也遠然也用于制造兵器。由于鐵比青銅更堅硬，煉鐵的原料也遠比銅礦豐富，在絕大部分地方，鐵器代替了青銅器。人類文比銅礦豐富，在絕大部分地方，鐵器代替了青銅器。人類文明從此進入明從此進入鐵器時代鐵器時代。 鐵的發(fā)現(xiàn)與應用不僅開辟了人類文明發(fā)展進程中的一個新鐵的發(fā)現(xiàn)與應用不僅開辟了人類文明發(fā)展進程中的一個新時代，而且也成了現(xiàn)代文明社會的支柱之一。時代，而且也成了現(xiàn)代文明社會的支柱之一。 人類最早發(fā)明利用的有機化學工藝是釀酒。酒的原料是人類最早發(fā)明利用的有機化學工藝是釀酒。酒的原料是谷物，用作發(fā)酵的催化劑是曲。這是人類最早利用酶催化谷物，用作發(fā)酵的催

15、化劑是曲。這是人類最早利用酶催化谷物水解、制作酒精的方法。谷物水解、制作酒精的方法。 古代有機化學工藝 C2H5OH C6H12O6 油漆是中國古代人民的一大發(fā)明。在距今油漆是中國古代人民的一大發(fā)明。在距今4000年前，中年前，中國勞動人民就把漆樹的汁經(jīng)簡單處理后涂在物體表面，形國勞動人民就把漆樹的汁經(jīng)簡單處理后涂在物體表面，形成一層高聚物的膜，以保護器具不受空氣中氧氣、水的腐成一層高聚物的膜，以保護器具不受空氣中氧氣、水的腐蝕。蝕。 油漆的主要作用：防腐、美觀。油漆的主要作用：防腐、美觀。古代有機化學工藝 染色工藝在中國的發(fā)展也是很早的。在周代，已把青、染色工藝在中國的發(fā)展也是很早的。在周代

16、，已把青、黃、赤、白、黑五種顏色作為主要顏色，并且用五種顏色黃、赤、白、黑五種顏色作為主要顏色，并且用五種顏色染絲帛制衣，以區(qū)分人們的身分等級。同時把染色工序概染絲帛制衣，以區(qū)分人們的身分等級。同時把染色工序概括為煮、湅括為煮、湅 、暴、染幾個步驟，并設有、暴、染幾個步驟，并設有“染人染人”掌染絲帛。掌染絲帛。染色所用的原料，據(jù)古代文獻所載染色所用的原料，據(jù)古代文獻所載 ，是經(jīng)過化學加工而提，是經(jīng)過化學加工而提煉出來的植物性染料，如藍靛（染藍）、茜草（染絳）等。煉出來的植物性染料，如藍靛（染藍）、茜草（染絳）等。 古代有機化學工藝 1972年，中國湖南長沙馬王年，中國湖南長沙馬王堆古墓中出土的

17、西漢紡織品，堆古墓中出土的西漢紡織品，色彩仍很清晰，利用近代分色彩仍很清晰，利用近代分析技術，確證朱紅色為硫化析技術，確證朱紅色為硫化汞，銀灰色為硫化鉛，粉白汞，銀灰色為硫化鉛，粉白色為絹云母，一共有色為絹云母，一共有36種色種色象。由此可見當時的染料應象。由此可見當時的染料應用技術水平用技術水平。 當社會發(fā)展到一定的階段，生產(chǎn)力有了較大提高后，統(tǒng)當社會發(fā)展到一定的階段，生產(chǎn)力有了較大提高后，統(tǒng)治階級對物質享受的要求也越來越高，皇帝和王公貴族自治階級對物質享受的要求也越來越高，皇帝和王公貴族自然而然地產(chǎn)生了兩種奢望：第一是希望掌握更多的財富，然而然地產(chǎn)生了兩種奢望：第一是希望掌握更多的財富，供

18、他們享樂；第二，當他們有了巨大的財富以后，總希望供他們享樂；第二，當他們有了巨大的財富以后，總希望能永遠享用下去。能永遠享用下去。 于是便出現(xiàn)了煉金術和煉丹術。于是便出現(xiàn)了煉金術和煉丹術。 煉金家和煉丹家夜以繼日地在做最原始的化學實驗，煉金家和煉丹家夜以繼日地在做最原始的化學實驗， 卻卻從沒有一個人達到從沒有一個人達到“點石成金點石成金”和和“長生不老長生不老”的目的。的目的。但是，煉丹家和煉金家對化學的興起和發(fā)展是有功績的，但是，煉丹家和煉金家對化學的興起和發(fā)展是有功績的，后世之人把他們敬為開拓化學科學的先驅。因此，在英語后世之人把他們敬為開拓化學科學的先驅。因此，在英語中化學家（中化學家（

19、chemist）與煉金家（）與煉金家（alchemist）兩個名詞）兩個名詞極為相近，其真正的含義是極為相近，其真正的含義是“化學源于煉金術化學源于煉金術”。 化學的起源 化學的萌芽化學的萌芽 近代化學理論的創(chuàng)立近代化學理論的創(chuàng)立 現(xiàn)代化學的興起現(xiàn)代化學的興起 化學的繼往開來化學的繼往開來 1234燃燒之謎 17世紀以來，歐洲的資本主義生產(chǎn)關系逐漸確定，世紀以來，歐洲的資本主義生產(chǎn)關系逐漸確定，工業(yè)蓬勃發(fā)展，冶金、陶瓷、肥皂、玻璃等工業(yè)發(fā)展很工業(yè)蓬勃發(fā)展，冶金、陶瓷、肥皂、玻璃等工業(yè)發(fā)展很快，人們急需了解快，人們急需了解燃燒的本質燃燒的本質。于是科學家們把注意力。于是科學家們把注意力集中在探究

20、燃燒的秘密上。集中在探究燃燒的秘密上。 對燃燒現(xiàn)象的解釋最具代表性的學說有兩個：對燃燒現(xiàn)象的解釋最具代表性的學說有兩個：燃素燃素說和氧化說說和氧化說。其中燃素說的代表人物是波義耳和施塔爾；。其中燃素說的代表人物是波義耳和施塔爾；氧化說得代表人物是拉瓦錫。氧化說得代表人物是拉瓦錫?！皯岩膳傻幕瘜W家懷疑派的化學家”英國化學家、物理學家英國化學家、物理學家羅伯特羅伯特波義耳波義耳（Robert Boy1e,16271691） 燃素說燃素說實驗中，波義耳使用了天平，實驗中，波義耳使用了天平， 把定量的手段帶進了化學研究之中。把定量的手段帶進了化學研究之中。 金屬煅燒實驗中使用的天平金屬煅燒實驗中使用的

21、天平 Cu + O2 CuO金屬金屬+燃素燃素金屬灰金屬灰 德國化學家恩斯特德國化學家恩斯特施塔爾施塔爾（Georg Ernst Stahl,16601734） 金屬金屬燃素燃素金屬灰金屬灰 燃素說燃素說“化學之父”法國化學家安圖瓦法國化學家安圖瓦羅朗羅朗拉瓦錫拉瓦錫（Antoine-Laurent Lavoisier，17431794）氧化說氧化說燃燒實質是物質和空氣中的燃燒實質是物質和空氣中的氧氣相化合的過程氧氣相化合的過程 拉瓦錫的實驗設備拉瓦錫的實驗設備 座右銘：座右銘：“不靠猜想，不靠猜想，而要根據(jù)事實。而要根據(jù)事實?！?約瑟夫約瑟夫拉格朗日痛心地拉格朗日痛心地說：說：“他們可以一瞬

22、間他們可以一瞬間把他的頭割下，而他那把他的頭割下，而他那樣的頭腦一百年也許長樣的頭腦一百年也許長不出一個來。不出一個來?！?1794年年 拉瓦錫死于絞刑拉瓦錫死于絞刑 對物質結構的探索 世界是由物質構成的。但是，物質又是由什么組成的世界是由物質構成的。但是，物質又是由什么組成的呢？呢？ 物質的化學組成是反映物質內化學元素的質與量的范物質的化學組成是反映物質內化學元素的質與量的范疇，是人們認識化學結構和化學反應的出發(fā)點，其基本疇，是人們認識化學結構和化學反應的出發(fā)點，其基本理論主要是理論主要是元素學說元素學說和和原子分子論原子分子論。 元素學說是人類在認識物質組成過程中最早提出的學說，元素學說是

23、人類在認識物質組成過程中最早提出的學說，是化學組成理論的基礎，也是哲學探討的重要課題。是化學組成理論的基礎，也是哲學探討的重要課題。 元素學說元素學說 中國古人提出了陰陽五行學說，認中國古人提出了陰陽五行學說，認為萬物是由金、木、水、火、土五種基為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質組合而成，而五行則是由陰陽二本物質組合而成，而五行則是由陰陽二氣相互作用而成的。用氣相互作用而成的。用“陰陽陰陽”這個概這個概念來解釋自然界兩種對立和互相消長的念來解釋自然界兩種對立和互相消長的物質勢力，認為二者的相互作用是一切物質勢力，認為二者的相互作用是一切自然現(xiàn)象變化的根源。自然現(xiàn)象變化的根源。元素學說元素

24、學說 而古希臘哲學家亞里士多德而古希臘哲學家亞里士多德在在發(fā)生和消滅發(fā)生和消滅一書中論證一書中論證物質構造時，以四種物質構造時，以四種“原性原性”作為自然界最原始的性質，它作為自然界最原始的性質，它們是熱、冷、干、濕，把它們們是熱、冷、干、濕，把它們成對地組合起來，便形成了四成對地組合起來，便形成了四種種“元素元素”，即火、氣、水、，即火、氣、水、土，然后構成了各種物質。土，然后構成了各種物質。 在化學發(fā)展的歷史上，是英國化學家波義耳第一次給在化學發(fā)展的歷史上，是英國化學家波義耳第一次給元素下了一個明確的定義。元素下了一個明確的定義。 元素學說元素學說 他指出：他指出：“元素是構成物質的元素是

25、構成物質的基本，它可以與其他元素相結合，基本，它可以與其他元素相結合，形成化合物。但是，如果把元素從形成化合物。但是，如果把元素從化合物中分離出來以后，它便不能化合物中分離出來以后，它便不能再被分解為任何比它更簡單的東西再被分解為任何比它更簡單的東西了。了?！?波義耳把化學確立為科學。波義耳把化學確立為科學。 恩格斯恩格斯 人類對物質結構的認識是永無止境的，物質是由元素構人類對物質結構的認識是永無止境的，物質是由元素構成的，那么，元素又是由什么構成的呢？成的，那么，元素又是由什么構成的呢？1803年，英國年，英國化學家道爾頓創(chuàng)立的化學家道爾頓創(chuàng)立的原子學說原子學說進一步解答了這個問題。進一步解

26、答了這個問題。 原子分子論原子分子論 一切元素都是由不能再分割和不能毀滅的微粒所組成，一切元素都是由不能再分割和不能毀滅的微粒所組成，這種微粒稱為原子；這種微粒稱為原子； 同一種元素的原子的性質和質量都相同，不同元素的原同一種元素的原子的性質和質量都相同，不同元素的原子的性質和質量不同；子的性質和質量不同； 一定數(shù)目的兩種不同元素化合以后，便形成化合物。一定數(shù)目的兩種不同元素化合以后，便形成化合物。 “近代化學之父” 英國科學家約翰英國科學家約翰道爾頓道爾頓 John Dalton (17661844) 1801年，年， “氣體分壓定律氣體分壓定律”1803年，年，“倍比定律倍比定律”，并引入

27、了，并引入了元素的相對原子量（提出最初的原元素的相對原子量（提出最初的原子量表）子量表）1808年，年，“道爾頓原子學說道爾頓原子學說” 受當時科學技術發(fā)展水平和形而上學自然觀的限制，道爾頓的原子受當時科學技術發(fā)展水平和形而上學自然觀的限制，道爾頓的原子論仍舊存在著缺陷和錯誤：道爾頓的原子論沒有區(qū)分原子和分子；在論仍舊存在著缺陷和錯誤：道爾頓的原子論沒有區(qū)分原子和分子；在現(xiàn)代科學揭示了原子的內部結構之后，原子不可分割的論點顯然是錯現(xiàn)代科學揭示了原子的內部結構之后，原子不可分割的論點顯然是錯誤的。誤的。 原子分子論原子分子論 意大利化學家阿伏加德羅于意大利化學家阿伏加德羅于1811年提出了分子學

28、說：許多物質往年提出了分子學說：許多物質往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在；同溫同壓下，同往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在；同溫同壓下，同體積氣體所含分子數(shù)目相等。體積氣體所含分子數(shù)目相等。 至此，近代化學總體的理論基礎基本建立了，它表明：不同元素代至此，近代化學總體的理論基礎基本建立了，它表明：不同元素代表不同原子，原子按一定方式或結構結合成分子，分子的結構直接決表不同原子，原子按一定方式或結構結合成分子，分子的結構直接決定其性能，分子進一步組成物質。這個理論基礎在化學的發(fā)展進程中定其性能，分子進一步組成物質。這個理論基礎在化學的發(fā)展進程中不斷深化和擴展。不斷深化和擴

29、展。 化學的萌芽化學的萌芽 近代化學理論的創(chuàng)立近代化學理論的創(chuàng)立 現(xiàn)代化學的興起現(xiàn)代化學的興起 化學的繼往開來化學的繼往開來 1234原子結構的秘密 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的事實，使人們打破了原子是不可湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的事實，使人們打破了原子是不可分割的物質最小單位的概念。既然電子是從原子里出來分割的物質最小單位的概念。既然電子是從原子里出來的，那么除電子之外，原子里還有什么東西呢？電子在的，那么除電子之外，原子里還有什么東西呢？電子在原子里又是怎樣分布的呢？湯姆生提出的原子里又是怎樣分布的呢？湯姆生提出的“葡萄干布丁葡萄干布丁”原子結構模型是不是正確的呢？原子結構模型是不是正確的呢？ 對這些疑問的探索

30、加速了現(xiàn)代物理、化學理論的發(fā)對這些疑問的探索加速了現(xiàn)代物理、化學理論的發(fā)展，展，“量子論量子論”的誕生也就順理成章了。的誕生也就順理成章了。 20世紀初，德國柏林大學教授普朗克首先提出了世紀初，德國柏林大學教授普朗克首先提出了“量子論量子論”，從此開啟了現(xiàn)代物理理論的新紀元。，從此開啟了現(xiàn)代物理理論的新紀元。 普朗克的量子學說認為，輻射是由一份一份的能量普朗克的量子學說認為，輻射是由一份一份的能量組成的，就如物質是由一個個原子組成的一樣。輻射組成的，就如物質是由一個個原子組成的一樣。輻射中的一份能量即是一個量子。量子的能量大小取決于中的一份能量即是一個量子。量子的能量大小取決于輻射的波長，波長

31、越短，能量越大；波長越長，能量輻射的波長，波長越短，能量越大；波長越長，能量越小。越小。普朗克量子論普朗克量子論 普朗克量子論普朗克量子論 普朗克（普朗克（18581947） Eh量子論的奠基人量子論的奠基人 愛因斯坦光子學說愛因斯坦光子學說 為了解釋光電效應，為了解釋光電效應，1905年愛因斯坦在普朗克能量年愛因斯坦在普朗克能量子假說的基礎上提出了光子學說。子假說的基礎上提出了光子學說。光電效應示意圖光電效應示意圖 愛因斯坦光子學說愛因斯坦光子學說 愛因斯坦光子學說認為：光和原子、電子一樣也具愛因斯坦光子學說認為：光和原子、電子一樣也具有粒子性，光就是以光速有粒子性，光就是以光速C運動著的粒

32、子流，他把這種運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子（簡稱光子）。根據(jù)愛因斯坦光子學說，粒子叫光量子（簡稱光子）。根據(jù)愛因斯坦光子學說，光是一束光子流。每一個光子攜帶的能量光是一束光子流。每一個光子攜帶的能量E與光的頻率與光的頻率成正比，而與光強度無關。光子流的密度才與光強度成正比，而與光強度無關。光子流的密度才與光強度成正比。成正比。愛因斯坦光子學說愛因斯坦光子學說 愛因斯坦（愛因斯坦（18791955） 2Emc盧瑟福行星原子模型盧瑟福行星原子模型 根據(jù)根據(jù)粒子散射實粒子散射實驗結果，驗結果， 盧瑟福在盧瑟福在1911 年提出了年提出了“行行星原子模型星原子模型”：原子：原子的中心有一個核心

33、，的中心有一個核心，叫做原子核。電子圍叫做原子核。電子圍繞原子核在不停地旋繞原子核在不停地旋轉，原子質量的絕大轉，原子質量的絕大部分以及原子內的全部分以及原子內的全部正電荷都集中在原部正電荷都集中在原子核上。子核上。盧瑟福行星原子模型盧瑟福行星原子模型 粒子散射實驗示意圖粒子散射實驗示意圖盧瑟福（盧瑟福（18711937） 原子核物理之父原子核物理之父 玻爾理論玻爾理論 氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜。氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜。 近代原子結構理論的研究是從最簡單的氫原子光譜開始的。玻爾理論玻爾理論 核外電子是分層排布的核外電子是分層排布的。 1913年，丹麥物理學家玻爾結合氫原子線狀光譜的實

34、驗事實，在普朗克量子論、愛因斯坦光子學說、盧瑟福行星原子模型的基礎上提出著名的“玻爾理論”。三個假設：三個假設：定態(tài)假設定態(tài)假設軌道假設軌道假設躍遷假設躍遷假設l玻爾理論的成功之處引入了量子的概念引入了量子的概念成功地解釋了氫原子光譜的實驗結果成功地解釋了氫原子光譜的實驗結果能計算氫原子的電離能能計算氫原子的電離能n玻爾理論的局限性玻爾理論的局限性無法解釋氫原子光譜的精細結構無法解釋氫原子光譜的精細結構不能解釋多電子原、分子的光譜不能解釋多電子原、分子的光譜無法解釋原子如何形成分子即化學健的本質無法解釋原子如何形成分子即化學健的本質 玻爾理論并未完全沖破經(jīng)典力學理論的束縛，仍然把微觀粒子（電子

35、）玻爾理論并未完全沖破經(jīng)典力學理論的束縛，仍然把微觀粒子（電子）在原子核外的運動視為太陽系模型那樣沿著固定軌道繞核旋轉。在原子核外的運動視為太陽系模型那樣沿著固定軌道繞核旋轉。 化學的萌芽化學的萌芽 近代化學理論的創(chuàng)立近代化學理論的創(chuàng)立 現(xiàn)代化學的興起現(xiàn)代化學的興起 化學的繼往開來化學的繼往開來 1234化學的今天化學的今天 目前，對化學學科進行進一步的劃分，除了目前，對化學學科進行進一步的劃分，除了無機化學、有機化學、分析化學和物理化學之無機化學、有機化學、分析化學和物理化學之外，出現(xiàn)了高分子化學、生物無機化學、生物外，出現(xiàn)了高分子化學、生物無機化學、生物有機化學、藥物化學、固體化學、金屬有

36、機化有機化學、藥物化學、固體化學、金屬有機化學、激光化學、計算機化學、量子化學、表面學、激光化學、計算機化學、量子化學、表面化學等學科分支，研究目標進一步細化，針對化學等學科分支，研究目標進一步細化，針對性更強，解決生產(chǎn)和科研中的具體問題時效果性更強，解決生產(chǎn)和科研中的具體問題時效果更明顯。更明顯。超分子化學超分子化學計算機化學計算機化學綠色化學綠色化學化學的明天化學的明天 。中國的化學史造紙、磁器、火藥是化學造紙、磁器、火藥是化學史上的偉大發(fā)明。史上的偉大發(fā)明。二世紀中國造紙的流程二世紀中國造紙的流程中國的化學史也是毫不遜色的。中國的化學史也是毫不遜色的。大約大約50005000110001

37、1000年前，我們已年前，我們已會制作陶器，會制作陶器，30003000多年前的商朝多年前的商朝已有高度精美的青銅器。在十六、已有高度精美的青銅器。在十六、十七世紀時，中國算得上是世界十七世紀時，中國算得上是世界最先進的國家。最先進的國家?！皣鴮殹?侯德榜侯德榜 著名化學家，侯氏制堿法的創(chuàng)始人著名化學家，侯氏制堿法的創(chuàng)始人 一，揭開了索爾維制堿法的秘密一，揭開了索爾維制堿法的秘密二，創(chuàng)立了中國人自己的制堿工藝二，創(chuàng)立了中國人自己的制堿工藝 侯氏制堿法侯氏制堿法三，發(fā)展了化肥工業(yè)三，發(fā)展了化肥工業(yè)l公元前100年中國發(fā)明造紙術。公元105年東漢蔡倫總結并推廣了紙技術，而歐洲人還在用羊皮抄書呢！中

38、國化學史上的“世界第一”l公元700-800年唐朝孫思邈在伏硫磺法中記載了黑火藥的三組分（硝酸鉀、硫磺和木炭）?；鹚幱?3 世紀傳入阿拉伯，14世紀才傳入歐洲。l公元800年唐朝茅華是世界上第一個發(fā)現(xiàn)氧氣的人。他比英國的普利斯特里（1774年）和瑞典的舍勒（1773年）發(fā)現(xiàn)氧氣早約1000年。l公元前600年中國已掌握冶鐵技術，比歐洲早1900多年。公元前200年，中國煉出了球墨鑄鐵，比英美領先2000年。Chemistry波粒二象性波粒二象性統(tǒng)計性統(tǒng)計性量子化量子化原子核外電原子核外電子運動特性子運動特性決然不同于決然不同于宏觀物體的宏觀物體的運動規(guī)律運動規(guī)律元素周期表 近代原子分子論的確立

39、，使近代原子分子論的確立，使化學家對元素的概念有了更科化學家對元素的概念有了更科學的認識。通過實驗手段，人學的認識。通過實驗手段，人們搞清了許多化合物的組成，們搞清了許多化合物的組成，發(fā)現(xiàn)了一大批新的元素，積累發(fā)現(xiàn)了一大批新的元素，積累了大量關于元素及其化合物的了大量關于元素及其化合物的感性材料。但這些材料龐雜凌感性材料。但這些材料龐雜凌亂，如何來歸納整理？同時，亂，如何來歸納整理？同時，化學家也在思考：地球上到底化學家也在思考：地球上到底有多少種元素？如何去尋找新有多少種元素？如何去尋找新元素？元素？元素周期律元素周期律 19世紀世紀60年代，俄國著名化學家門年代，俄國著名化學家門捷列夫和德

40、國化學家邁耶爾等分別根據(jù)捷列夫和德國化學家邁耶爾等分別根據(jù)相對原子質量的大小，將元素進行分類相對原子質量的大小，將元素進行分類排隊，發(fā)現(xiàn)元素性質隨相對原子質量的排隊，發(fā)現(xiàn)元素性質隨相對原子質量的遞增呈明顯的周期性變化的規(guī)律，由此遞增呈明顯的周期性變化的規(guī)律，由此發(fā)現(xiàn)了自然界中一個極其重要的規(guī)律發(fā)現(xiàn)了自然界中一個極其重要的規(guī)律元素周期律。元素周期律。 1869年，門捷列夫提出年，門捷列夫提出第一張元素周期表。第一張元素周期表。德米特里德米特里伊萬諾維奇伊萬諾維奇門捷列夫門捷列夫 發(fā)現(xiàn)化學元素周發(fā)現(xiàn)化學元素周期律，并列出第期律，并列出第一張元素周期表一張元素周期表 是近代化學史上的又一座光輝是近代

41、化學史上的又一座光輝奪目的里程碑，對以后整個化學奪目的里程碑，對以后整個化學和自然科學的發(fā)展都具有普遍的和自然科學的發(fā)展都具有普遍的指導意義。指導意義。 現(xiàn)代元素周期表現(xiàn)代元素周期表 1905年，維爾納（年，維爾納（1913年諾貝爾獎獲得者）制成了現(xiàn)代形式的元年諾貝爾獎獲得者）制成了現(xiàn)代形式的元素周期表，而當時還不知道原子序數(shù)的實在物理意義。素周期表，而當時還不知道原子序數(shù)的實在物理意義。1913年，英國年，英國物理學家莫斯萊發(fā)現(xiàn)，門捷列夫周期表里的原子序數(shù)原來是原子的核物理學家莫斯萊發(fā)現(xiàn)，門捷列夫周期表里的原子序數(shù)原來是原子的核電荷數(shù)。從此，元素周期律被表述為：元素以及由它們形成的單質和電荷

42、數(shù)。從此，元素周期律被表述為：元素以及由它們形成的單質和化合物的性質，隨著元素的原子序數(shù)，即原子核電荷數(shù)遞增而呈現(xiàn)周化合物的性質，隨著元素的原子序數(shù)，即原子核電荷數(shù)遞增而呈現(xiàn)周期性的變化規(guī)律。期性的變化規(guī)律。 根據(jù)元素周期律，把電子層數(shù)目相同的種元素，按原子序數(shù)遞增的根據(jù)元素周期律，把電子層數(shù)目相同的種元素，按原子序數(shù)遞增的順序從左到右排成橫行，再把不同橫行中最外層的電子數(shù)相同的元素，順序從左到右排成橫行，再把不同橫行中最外層的電子數(shù)相同的元素，按電子層數(shù)遞增的順序自上而下排成縱行，這樣就得到了元素周期表。按電子層數(shù)遞增的順序自上而下排成縱行，這樣就得到了元素周期表。元素周期表共有元素周期表共

43、有7個橫行，個橫行，18個縱行。每一個橫行叫作一個周期，每個縱行。每一個橫行叫作一個周期，每一個縱行叫作一個族。一個縱行叫作一個族。元素周期律是自然科學的一元素周期律是自然科學的一個基本定律，這個定律使人個基本定律，這個定律使人們對化學元素的認識形成了們對化學元素的認識形成了一個完整的體系，使化學成一個完整的體系，使化學成為一門系統(tǒng)的科學。為一門系統(tǒng)的科學。 元素性質變化的周期性減小減小增大增大原子原子半徑半徑原子半徑原子半徑同一元素：同一元素：r（負離子）（負離子） r（原子）（原子） r（正離子）（正離子） 同一周期元素：從左向右，原子半徑變化的總趨勢同一周期元素：從左向右，原子半徑變化的

44、總趨勢是逐漸減小的。是逐漸減小的。 同一族元素：電子層數(shù)的增加引起原子半徑顯著增同一族元素：電子層數(shù)的增加引起原子半徑顯著增大。大。 增大增大減小減小電離能電離能電離能同一周期元素：從左到右電離能變化的總的趨勢是同一周期元素：從左到右電離能變化的總的趨勢是增大的，但有曲折起伏。增大的，但有曲折起伏。同一主族元素：從上到下，電離能減小。同一主族元素：從上到下，電離能減小。同一副族元素：副族的電離能變化幅度小，規(guī)律性同一副族元素：副族的電離能變化幅度小，規(guī)律性也不強。也不強。電子親和能電子親和能同一周期元素：從左到右，電子親和能增大同一周期元素：從左到右，電子親和能增大 。同一族元素：由上而下，電子親和能減小。同一族元素：由上而下，電子親和能減小。 電負性電負性分子中原子吸引成鍵電子的能力分子中原子吸引成鍵電子的能力 1932年，為了綜合表示元素的原子得、失電子年，為了綜合表示元素的原子得、失電子的能力，美國化學家鮑林首先提出電負性的概念，的能力，美國化學家鮑林首