1、第十三講第十三講 化學(xué)與人類文明化學(xué)與人類文明1什么是化學(xué)？什么是化學(xué)？ 化學(xué)對人類文明的貢獻非常巨大，為紀(jì)念化學(xué)對人類文明的貢獻非常巨大，為紀(jì)念化學(xué)學(xué)科所取得的成就以及對人類文明的化學(xué)學(xué)科所取得的成就以及對人類文明的貢獻，聯(lián)合國把貢獻，聯(lián)合國把2011年確定為年確定為“國際化學(xué)國際化學(xué)年年”，化學(xué)年的主題是，化學(xué)年的主題是“我們的生活，我們我們的生活，我們的未來的未來”。 化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以及變化規(guī)律的科學(xué)。世界是由物質(zhì)組成的及變化規(guī)律的科學(xué)。世界是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識和改造物質(zhì)世界，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識和改造物質(zhì)世界的主要

2、方法和手段之一，它是一門歷史悠的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會文明的重要標(biāo)志。文明的重要標(biāo)志。2講述內(nèi)容講述內(nèi)容 化學(xué)與生活化學(xué)與生活 化學(xué)與農(nóng)業(yè)、能源、材料、生命化學(xué)與農(nóng)業(yè)、能源、材料、生命 化學(xué)科學(xué)面臨的機遇與挑戰(zhàn)化學(xué)科學(xué)面臨的機遇與挑戰(zhàn)環(huán)境環(huán)境問題問題 化學(xué)在現(xiàn)代社會中的地位與作用化學(xué)在現(xiàn)代社會中的地位與作用3化學(xué)與生活化學(xué)與生活 衣衣：豐富多彩的合成纖維是化學(xué)的一大貢獻。我們身上穿的衣服，無論是尼龍（聚酰胺纖維）、滌綸（的確良、聚酯纖維，聚對苯二甲酸乙二酯），還是腈綸，都屬于合成纖維，是從石油化工中取得原料來合

3、成高分子聚合物，然后再進行抽絲而織成的纖維。色澤鮮艷的衣料是經(jīng)過化學(xué)處理和印染工藝來獲得。4 棉織物：迅速吸水、快速干燥，產(chǎn)生涼爽感 ，穿著舒適，具有良好的水洗性，不起靜電 絲織物：吸水性強，手感柔和，光澤強，不起靜電，不起“球”，但容易被蟲蛀 羊毛織物：保暖性能強，彈性良好，吸水性較緩慢，很少靜電，但容易起球，容易被蟲蛀 合成纖維：強度高，耐磨，吸濕性差，透氣性差 混紡衣料：天然纖維與合成纖維按一定的比例混紡，充分發(fā)揮各自優(yōu)點，舒適、美觀5食食： 用純堿發(fā)面制饅頭，松軟可口 各種飲用酒，經(jīng)糧食等原料發(fā)生一系列化學(xué)變化制得； 加工制造色香味俱佳的食品，離不開各種食品添加劑，如甜味劑、防腐劑、香

4、料、調(diào)味劑和色素等等，它們大多是用化學(xué)合成方法或用化學(xué)分離方法從天然產(chǎn)物中提取出來的。6松花蛋的制作原理松花蛋的制作原理 灰料中的強堿（氫氧化鈉、氫氧化鉀）從蛋殼外滲透到蛋黃和蛋清中，與其中的蛋白質(zhì)作用，致使蛋白質(zhì)分解、凝固并放出少量的硫化氫氣體。同時，滲入的堿進一步與蛋白質(zhì)分解出的氨基酸發(fā)生中和反應(yīng)，生成的鹽的晶體以漂亮的外形凝結(jié)在蛋清中，像一朵一朵的“松花”。而硫化氫氣體則與蛋黃和蛋清中的礦物質(zhì)作用生成各種硫化物，于是蛋黃、蛋清的顏色發(fā)生變化，蛋黃呈墨綠色，蛋清呈特殊的茶綠色。食鹽可使皮蛋收縮離殼，增加口感和防腐等。加入的鉛丹可催熟皮蛋，促使皮蛋收縮離殼。而茶葉中的單寧和芳香油，可使蛋白質(zhì)

5、凝固著色和增加皮蛋的風(fēng)味。7 住?。航ㄖ牧先缢?、鋼筋、磁磚、玻璃、鋁和塑膠等均來自化學(xué)工業(yè)的制成品。由于有了化學(xué)，我們的住房才有多彩的裝飾。生石灰浸在水中成熟石灰，熟石灰涂在墻上干后成潔白堅硬的碳酸鈣，覆蓋了泥土的黃色，房子才顯得整潔明亮?；瘜W(xué)煉出鋼鐵，我們才有鐵制品使用?；瘜W(xué)加工石油，我們才能用上輕便的塑料?；瘜W(xué)鍛燒陶土，才能使房屋有漂亮的瓷磚表面。8行行： 化學(xué)反應(yīng)是交通工具得以行駛的動力。沒有燃料的燃燒放出熱量，車輛根本無法開動。 交通工具還需要各種汽油添加劑、防凍劑，以及機械部分的潤滑劑，這些無一不是石油化工產(chǎn)品。9 此外，人們需要的藥品，洗滌劑、美容品和化妝品等日常生活必不可少的

6、用品也都是化學(xué)制劑。 可見我們的衣、食、住、行無不與化學(xué)有關(guān)，人人都需要用化學(xué)制品，可以說我們生活在化學(xué)世界里。10化學(xué)與農(nóng)業(yè)化學(xué)與農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè)要大幅度的增產(chǎn)，農(nóng)、林、牧、副、漁各業(yè)要全面發(fā)展，在很大程度上依賴于化學(xué)科學(xué)的成就?；省⑥r(nóng)藥、植物生長激素和除草劑等化學(xué)產(chǎn)品，不僅可以提高產(chǎn)量，而且也改進了耕作方法。高效、低污染的新農(nóng)藥的研制，長效、復(fù)合化肥的生產(chǎn)，農(nóng)、副業(yè)產(chǎn)品的綜合利用和合理貯運，也都需要應(yīng)用化學(xué)知識。11化學(xué)與能源化學(xué)與能源 在能源開發(fā)和利用方面，能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？v觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的開發(fā)利用極大

7、地推進了世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展。 化學(xué)工作者為人類使用煤和石油曾做出了重大貢獻，現(xiàn)在又在為開發(fā)新能源積極努力。利用太陽能和氫能源的研究工作都是化學(xué)科學(xué)研究的前沿課題。12 化學(xué)與材料化學(xué)與材料 材料科學(xué)是以化學(xué)、物理和生物學(xué)等為基礎(chǔ)的邊緣科學(xué)，它主要是研究和開發(fā)具有電、磁、光和催化等各種性能的新材料，如高溫超導(dǎo)體、非線性光學(xué)材料和功能性高分子合成材料等。 化學(xué)幫助人類從直接利用天然材料邁向創(chuàng)造和合成特定性能的材料。激光、航空、航天、導(dǎo)彈和納米技術(shù)所需要的高新材料，也依賴于化學(xué)合成。13化學(xué)與生命化學(xué)與生命 生命過程中充滿著各種生物化學(xué)反應(yīng)，隨著生命科學(xué)的迅速發(fā)展，對一些生命現(xiàn)象的研究已經(jīng)進入

8、分子水平，利用化學(xué)知識可以解決生命的疑難，揭示生命的奧秘。 生命科學(xué)中的化學(xué)問題已成為當(dāng)今化學(xué)科學(xué)的重大的前沿課題之一。這個課題關(guān)系到在分子基礎(chǔ)上對生命現(xiàn)象和生命過程的深入認(rèn)識，關(guān)系到對人類自身的認(rèn)識，與醫(yī)學(xué)和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展有直接的關(guān)系。14化學(xué)面臨的機遇與挑戰(zhàn)化學(xué)面臨的機遇與挑戰(zhàn)化學(xué)與環(huán)境化學(xué)與環(huán)境 作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一的化學(xué)工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，在為創(chuàng)造人類的物質(zhì)文明作出重要貢獻的同時，在生產(chǎn)活動中不斷排放出大量有毒物質(zhì)，化學(xué)工業(yè)也為環(huán)境和人類的健康帶來一定的危害。 但是環(huán)境的問題必然會隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展得到妥當(dāng)?shù)慕鉀Q，也必須依靠化學(xué)技術(shù)的發(fā)展來解決。 目前主要環(huán)境問題是水和大氣。15水問題水

9、問題 世界淡水資源僅占我們地球上水資源的0.64。 中國已被聯(lián)合國列為13個貧水國家之一。 2013年，全世界每年約有4200多億立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5萬億立方米的淡水，這相當(dāng)于全球徑流總量的14%以上。16 市場上的飲用水的種類市場上的飲用水的種類17 解決水污染問題離不開化學(xué)。污水的化學(xué)處理是利用化學(xué)反應(yīng)的作用以去除水中的雜質(zhì)。處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生物降解的)溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)。常用的化學(xué)處理方法有化學(xué)混凝、中和法、化學(xué)沉淀法和氧化還原法。 目前發(fā)展膜技術(shù)是解決中國水資源可持續(xù)利用的戰(zhàn)略途徑，可同時解決水資源短缺和水污染的問題。18大氣問題大氣問題 溫室

10、效應(yīng)二氧化碳 臭氧空洞氟利昂等 酸 雨二氧化硫等19 溫室效應(yīng)：就是太陽短波輻射可以透過大氣射入地面，而地面增暖后放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質(zhì)所吸收，從而產(chǎn)生大氣變暖的效應(yīng)。大氣中的二氧化碳就像一層厚厚的玻璃，使地球變成了一個大暖房。20 全球變暖正以兩種方式導(dǎo)致海平面不斷上升：熱膨脹令海水體積變大，冰川融化令海水總量增多。自從1900年以來，全球海平面已升高了20.32厘米，現(xiàn)在海平面正以大約每年0.32厘米的速度升高，這個速度還在不斷提高。2012年，美國國家海洋和大氣管理局下屬的一個專家小組估計，到2100年海平面最多會升高2米。21 臭氧層是大氣平流層中臭氧濃度最大處，是地

11、球的一個保護層，太陽紫外線輻射大部被其吸收。臭氧層空洞是大氣平流層中臭氧濃度大量減少的空域。221985年英國南極考察隊在南緯60地區(qū)觀測發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞，引起世界各國極大關(guān)注。臭氧層的臭氧濃度減少，使得太陽對地球表面的紫外輻射量增加，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞作用，影響人類和其他生物有機體的正常生存。 臭氧層為什么會出現(xiàn)“空洞”？許多科學(xué)家認(rèn)為，是使用氟利昂作制冷劑及在其他方面使用的結(jié)果。氟利昂由碳、氯、氟組成，其中的氯離子釋放出來進入大氣后，能反復(fù)破壞臭氧分子，自己仍保持原狀，因此盡管其量甚微，也能使臭氧分子減少到形成“空洞”。 隨著國家發(fā)布了對氟利昂制冷劑的規(guī)定，凡是帶有氟利昂制冷劑產(chǎn)品2010年

12、全部不準(zhǔn)銷售。23 普通的雨水正常pH值是5.6，酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 雨、雪等在形成和降落過程中，吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質(zhì)，形成了pH低于5.6的酸性降水。 酸雨主要是人為的向大氣中排放大量酸性物質(zhì)所造成的。我國的酸雨主要因大量燃燒含硫量高的煤而形成的，多為硫酸雨，少為硝酸雨，此外，各種機動車排放的尾氣也是形成酸雨的重要原因。2425 酸雨對我們?nèi)祟惖纳鷳B(tài)環(huán)境，有極大的危害。 1) 腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備； 2) 破壞露天的文物古跡； 3) 損壞植物葉面，導(dǎo)致森林死亡； 4) 使湖泊中魚蝦死亡； 5) 破壞土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡； 6)

13、飲用酸化造成的地下水,對人體有害。26 減少酸雨主要是要減少燒煤排放的二氧化硫和汽車排放的氮氧化物。要采用煙氣脫硫設(shè)備。 目前石灰石石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。27 環(huán)境問題是由化學(xué)工業(yè)排放的大量廢棄物造成的，對化學(xué)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 解決環(huán)境問題，從根本上說，需要大力發(fā)展既能支撐經(jīng)濟發(fā)展，又能滿足環(huán)境的要求，并且保證可持續(xù)發(fā)展的新化學(xué)綠色化學(xué)。 綠色化學(xué)體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)、技術(shù)和社會的相互聯(lián)系和相互作用，是社會對化學(xué)科學(xué)發(fā)展的新要求。它對于保護人類賴以生存的環(huán)境、實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。28

14、綠色化學(xué)研究的內(nèi)容綠色化學(xué)研究的內(nèi)容 (1)原料的綠色化，即采用無毒、無害原料，利用可再生資源。 (2) 化學(xué)反應(yīng)的綠色化， 指化學(xué)反應(yīng)以 原子經(jīng)濟性 為基本原則， 即在獲 取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中，充分利用參與反應(yīng)的每個原料的原子，實現(xiàn)零排放; 反應(yīng)過程不產(chǎn)生其他副產(chǎn)品;反應(yīng)采用無毒、無害的溶劑、助劑和催化劑。 (3) 產(chǎn)品的綠色化， 即生產(chǎn)無毒、元害， 有利于保護環(huán)境和人類安全的環(huán)境友好產(chǎn)品。29 綠色化學(xué)的最大特點是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，在獲得物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中充分利用每個原料原子，因此既可以充分利用資源，又不產(chǎn)生污染，因而過程和終端均為零排放或零污染。世界上很多國家已把“化學(xué)的綠色化”作為新世紀(jì)化學(xué)進展的主要方向之一。30化學(xué)在現(xiàn)代社會中的地位和作用化學(xué)在現(xiàn)代社會中的地位和作用 化學(xué)是一門中心科學(xué)。美國著名化學(xué)家布里斯羅化學(xué)中的機會今天和明天:“化學(xué)是一門中心學(xué)科，它與社會發(fā)展各方面的需要都有密切關(guān)系”。 化學(xué)是一門承上啟下的中心科學(xué)； 化學(xué)在推動人類進步和科技發(fā)展中起了