1、現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ),第一章 緒論 第二章 物質(zhì)的聚集狀態(tài) 第三章 化學(xué)與能源 第四章 水環(huán)境中的反應(yīng) 第五章 大氣環(huán)境與化學(xué) 第六章 生命現(xiàn)象與化學(xué) 第七章 合成高分子化合物,1.1 化學(xué)是一門中心的實(shí)用的科學(xué),1.2 現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的特點(diǎn),1.3 未來化學(xué)發(fā)展的總趨勢,第一章 緒論,1.1 化學(xué)是一門中心的實(shí)用的科學(xué),1.1.1 化學(xué)為人類生存提供物質(zhì)基礎(chǔ),化學(xué)能夠根據(jù)人類的需要制造出各種自然界已有的或自然界本不存在的物質(zhì)。 化學(xué)能夠提供組成分析和結(jié)構(gòu)分析手段，使人們能夠在分子層次上認(rèn)識物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，掌握和解釋結(jié)構(gòu)性質(zhì)功能的關(guān)系，并且能夠預(yù)測某種結(jié)構(gòu)的分子是否可以存在？在什么條件下存在？有了這些

2、基礎(chǔ)，化學(xué)就能針對需要“裁減”和設(shè)計分子。 化學(xué)掌握了決定化學(xué)過程的熱力學(xué)、動力學(xué)理論，并用于解決生產(chǎn)和生活問題；而且能從理論上指導(dǎo)新物質(zhì)和反應(yīng)新條件的設(shè)計和創(chuàng)造，從而能夠達(dá)到大自然所不能達(dá)到的目標(biāo)。,1.1.2 化學(xué)在相關(guān)學(xué)科的發(fā)展中起了牽頭作用,牽動其他學(xué)科向分子層次發(fā)展。 化學(xué)研究帶動其他學(xué)科的過程研究?；瘜W(xué)研究使人們逐漸掌握了物質(zhì)變化的規(guī)律和各類化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理；也使人們能夠在掌握化學(xué)反應(yīng)的時空變化規(guī)律的基礎(chǔ)上認(rèn)識化學(xué)過程，揭示自然界物質(zhì)變化的本質(zhì)。這方面的研究是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、能源等方面科學(xué)研究的推動力。在各個方面，化學(xué)與其他學(xué)科融合之后分化出許多研究各種化學(xué)過程的學(xué)科。 化學(xué)帶

3、動了材料科學(xué)的發(fā)展。 化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法學(xué)推動其他學(xué)科在分子層次上觀察和測定物質(zhì)的變化過程。,1.2 現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的特點(diǎn),1.2.1 現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展概況,19世紀(jì)末,物理學(xué)上的三大發(fā)現(xiàn):X射線、天然放射性、電子和中子的發(fā)現(xiàn)，使化學(xué)研究從宏觀進(jìn)入微觀，開始進(jìn)入現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展階段。 20世紀(jì)初，相對論、量子力學(xué)的創(chuàng)立，促進(jìn)了現(xiàn)代化學(xué)基本理論的形成。 通過對化學(xué)鍵的本質(zhì)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究和認(rèn)識，使得化學(xué)在分子設(shè)計、創(chuàng)造新的功能材料方面獲得重大進(jìn)展。近100年來，有機(jī)化學(xué)家已經(jīng)設(shè)計和合成了數(shù)百萬個有機(jī)化合物，同時還發(fā)現(xiàn)了大量的新反應(yīng)、新試劑、新方法和新理論，促進(jìn)了合成化學(xué)的發(fā)展。 高分子化學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了合成材料

4、的出現(xiàn)，尼龍、橡膠、合成纖維是20世紀(jì)化學(xué)的主要成就之一。 分子反應(yīng)動力學(xué)和態(tài)-態(tài)化學(xué)的理論發(fā)展，從微觀的角度研究化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。 化學(xué)已經(jīng)由19世紀(jì)的四大分支發(fā)展到七大分支：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)、環(huán)境化學(xué)和化學(xué)工程。 化學(xué)工業(yè)得到巨大發(fā)展，石油化工、合成氨工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，醫(yī)藥工業(yè)與化學(xué)發(fā)展密切相關(guān)。,1.2.2 現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的特點(diǎn),(1)原始設(shè)備 加熱設(shè)備（爐）、反應(yīng)設(shè)備（鼎）、分離裝置,1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的儀器化、現(xiàn)代化,(2) 常規(guī)設(shè)備 加熱器、容器、量器、反應(yīng)器、分離器、衡器,(3) 先進(jìn)設(shè)備 化學(xué)科學(xué)發(fā)展至今，當(dāng)我們進(jìn)入現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，映入眼簾的不再僅僅是各

5、種玻璃器皿和加熱裝置，還常常有許多大型的先進(jìn)儀器設(shè)備?；瘜W(xué)充分利用了兄弟學(xué)科的進(jìn)步，如：光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、激光技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等。使用功能各異的現(xiàn)代物理儀器進(jìn)行化學(xué)分析已經(jīng)成為現(xiàn)代化學(xué)研究不可缺少的手段，儀器分析已經(jīng)發(fā)展成為化學(xué)中一個重要的學(xué)科，其方法主要有：光學(xué)分析法、電學(xué)分析法、色譜法、質(zhì)譜法、放射化學(xué)法、熱量法等。每類分析法又有一系列規(guī)格型號各異的儀器。,元素分析儀,紫外-可見分光光度計,傅里葉變換紅外光譜儀,高效液相色譜儀,氣相色譜儀,X射線衍射儀,核磁共振波譜儀,(4） 尖端設(shè)備 許多最先進(jìn)的物理儀器剛剛問世，化學(xué)家馬上就將它們用于化學(xué)研究。 例如掃描電子顯微鏡。用微機(jī)控制的完全自

6、動化分析儀器越來越多，大大提高了化學(xué)分析工作水平。將各種先進(jìn)的儀器組合起來，化學(xué)上叫儀器聯(lián)用，威力頓時大增。,掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡,液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,2、計算機(jī)成為化學(xué)家的助手,（1）檢索系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的建立，使化學(xué)家的文獻(xiàn)工作 得到質(zhì)的改變 （2）導(dǎo)致化學(xué)計量學(xué)的誕生 （3）化學(xué)模擬 （4）化學(xué)教育 （5）化工自動化,3、從宏觀唯象認(rèn)識深入到微觀理論了解,探討宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是化學(xué)家長期以來努力的一個重要目標(biāo)，直到20世紀(jì)60年代以前，盡管化學(xué)鍵的電子理論已經(jīng)建立，但有關(guān)結(jié)構(gòu)的理論主要還是從反應(yīng)性能的宏觀現(xiàn)象推導(dǎo)出來的，觀察靜態(tài)和動態(tài)中分子的微觀結(jié)構(gòu)是很困難的事情。60年代以來，

7、在量子化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)的理論發(fā)展基礎(chǔ)上，借助各種物理實(shí)驗(yàn)手段，逐步實(shí)現(xiàn)對分子行為的微觀觀測（飛秒化學(xué)），更多地從微觀結(jié)構(gòu)解釋分子原子的性能，更多地將宏觀的化學(xué)現(xiàn)象的闡述與認(rèn)識建立在微觀結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)之上。,4、從定性的描述進(jìn)入到定量的說明,經(jīng)典化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)的，多為定性的描述，并采用歸納的方法對物質(zhì)的組成性質(zhì)、變化規(guī)律進(jìn)行研究。隨著19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理化學(xué)的誕生，實(shí)現(xiàn)了部分化學(xué)規(guī)律的定量化，但許多無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)的認(rèn)識，仍然處于定性或半定量狀態(tài)。近年來情況有了明顯的變化，一方面數(shù)學(xué)在化學(xué)中的應(yīng)用不斷深入。另一方面，大型計算機(jī)的應(yīng)用，可以進(jìn)行繁復(fù)的量子化學(xué)的計算。此外，現(xiàn)代精密化學(xué)儀器

8、的使用，積累了大量精確可靠的數(shù)據(jù)，使得對分子的結(jié)構(gòu)、性能、活性等方面的定量處理成為可能。,如果說，化學(xué)反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)為不同的平衡態(tài)即靜態(tài)，則期間的變化過程就是動態(tài)。以往化學(xué)研究著重靜態(tài)，并從靜態(tài)角度出發(fā)去研究動態(tài)過程的性質(zhì)，這樣做的一個重要原因就是靜態(tài)易于觀測，而化學(xué)反應(yīng)的微觀動態(tài)歷程可以在瞬間完成，觀測十分困難。近年來隨著交叉分子束技術(shù)和現(xiàn)代激光技術(shù)應(yīng)用于研究化學(xué)反應(yīng)，使得科學(xué)家們可以從分子反應(yīng)層次上來觀察化學(xué)過程的動態(tài)行為。,5、從對物質(zhì)的靜態(tài)認(rèn)識到反應(yīng)的動態(tài)研究,6、從基本上是描述性的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)向推理 性的理論科學(xué)過渡,從現(xiàn)代化學(xué)研究的動態(tài)來看，無論是反應(yīng)機(jī)理的推導(dǎo)，還是合成方法的設(shè)計，

9、都不再滿足于單憑經(jīng)驗(yàn)，而越來越注重理論思維。,7、從單一學(xué)科發(fā)展到邊緣學(xué)科與綜合學(xué)科,（1） 現(xiàn)代化學(xué)在高度分化中整合 在19世紀(jì)末形成的化學(xué)四大分支（二級學(xué)科）：無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)。到了20世紀(jì)，化學(xué)在二級學(xué)科的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分化，產(chǎn)生了數(shù)十個新的分支學(xué)科。同時，這些新的學(xué)科往往是上述二級學(xué)科相互滲透交叉的產(chǎn)物。,（2） 大量邊緣學(xué)科和綜合性學(xué)科不斷涌現(xiàn)現(xiàn)代化學(xué)實(shí)際上已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的概念與研究范圍，還與其他的相關(guān)的一級學(xué)科相互結(jié)合形成新的二級學(xué)科，而它們往往是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的前沿。各種新老或邊緣的二級學(xué)科又相互滲透、融合，發(fā)生二次交叉、多次交叉，產(chǎn)生了新的三級學(xué)科。綜合學(xué)

10、科是指以特定的自然界可體為研究對象，采用多學(xué)科的理論、方法、手段和知識進(jìn)行綜合研究的學(xué)科。,1.3 未來化學(xué)發(fā)展的總趨勢,1.3.1 合成化學(xué)的研究,合成化學(xué)的研究是未來化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。 新方法、新反應(yīng)、新試劑的研究是未來合成化學(xué)的研究熱點(diǎn)。綠色化學(xué)的思想將貫穿合成化學(xué)的研究。 手性合成技術(shù)受到重視。 各類催化合成研究將會有更大的發(fā)展。 組合化學(xué)研究將得到加強(qiáng)。,手性合成：合成單一旋光性物質(zhì) 手性化合物：只能對映，不能重疊。具有 旋光性。,復(fù)雜化學(xué)體系的研究主要是指對系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、過程和狀態(tài)四個方面復(fù)雜性的研究。復(fù)雜系統(tǒng)中的多層次結(jié)構(gòu)、尺度效應(yīng)和多尺度問題以及復(fù)雜系統(tǒng)過程問題是其研究的主要內(nèi)容。

11、 化學(xué)是主要研究原子，分子片，分子，原子分子團(tuán)簇，原子分子的激發(fā)態(tài)，、過渡態(tài)、吸附態(tài)，超分子，生物大分子，分子和原子的各種不同尺度和不同復(fù)雜程度的聚集態(tài)和組裝態(tài)，直到分子材料，分子器件和分子機(jī)器的合成和反應(yīng)，分離和分析，結(jié)構(gòu)和形態(tài)，物理性能和生物活性及其規(guī)律和應(yīng)用的自然科學(xué)。,1.3.2 復(fù)雜化學(xué)體系的研究,現(xiàn)代化學(xué)快速發(fā)展，已經(jīng)積累了大量物質(zhì)的信息，將現(xiàn)有的研究成果、物質(zhì)信息建立數(shù)據(jù)庫，利用計算機(jī)的智能化，就可以方便地從數(shù)據(jù)庫中得到一些基本數(shù)據(jù)，有助于化學(xué)反應(yīng)過程的研究和控制。,1.3.3 化學(xué)信息學(xué)和高效計算機(jī)信息處理,1.3.4 新實(shí)驗(yàn)方法的建立和方法學(xué)的研究,21世紀(jì)的化學(xué)不僅要研究簡單體系，還要研究包括生命體系在內(nèi)的復(fù)雜體系，因此需要建立一些新方法。 研究手段也在發(fā)生變化，要積極引進(jìn)和借鑒數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的方法。 化學(xué)分析手段也在朝著小型化、智能化的方向發(fā)展。,1.3.5 跟蹤、分析、模擬化學(xué)反應(yīng)過程,現(xiàn)代科技手段的發(fā)展，使得跟蹤、分析、模擬化學(xué)反應(yīng)過程成為可能。 利用現(xiàn)有的科技手段，已經(jīng)可以觀察快速化學(xué)反應(yīng)的具體過程，從而揭示化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，闡明決定化學(xué)反應(yīng)速度的各種因素。,李遠(yuǎn)哲主要從事化學(xué)動態(tài)學(xué)的研究，在化學(xué)動力學(xué)、動態(tài)學(xué)、分子束及光化學(xué)方面貢獻(xiàn)卓著。分子束方法是一門新技術(shù)，1960年才開始試驗(yàn)成功，