化学科学与人类文明(浙江省杭州市)

课件80张PPT。化学科学与人类文明化学是认识和创造物质的科学化学是打开物质世界的钥匙化学是创造新物质的工具人类从茹毛饮血到今天的文明，离不开化学的贡献。
火的使用，烧炭成为人类改变生活的一大创举，有了优质炭，制陶器成为可能，陶器的出现，人类从烧烤中解脱出来。一瓢饮，一首歌，围着篝火，舒展舞姿放声高歌，生活有了浪漫。陶器的问世为冶金提供了技术支撑。金属的使用，金属货币出现，加速了农业、畜牧业发展，促进了商业的兴起。
砖瓦的制作，促进了建筑业的大发展，亭台楼阁，雕梁画栋，结束了毛房一统天下的局面。
纸的出现，加速了文化传播与文化发展，蔡伦功盖千秋。
炼丹促进了药物的发展，提高了人类战胜疾病的能力，催生了火药，提高了人类与自然作斗争的能力。
印染纺织丰富了人类衣着丰富多彩，繁荣了艺术，繁荣了文化，提高了人类的自身素质。你能大致说出人类使用金属的先后顺序吗？
金银汞铜锡铁锌……
宇宙无限说和万物构成说
世间万物是由什么构成的？在人类探索物质结构历史长河中第一朵浪花，可上溯到公元前十二世纪。《周易》八卦说。
易有太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦知吉凶，吉凶生大业。
后有春秋道家鼻祖老子、庄子、墨子等，提出宇宙无限说以及物质分割有限说。至大无外，谓之大一，至小无内，谓之小一。宇宙大得无边际，小则有限性。并认为万物都是有“小一”组成的，差异在于量的不同，即“万物毕同毕异”之说。 沙漏计时器指南针的鼻祖今天化学工业所提供的产品琳琅满目，我们的衣、食、居、行、健康、工农业、国防、航天、能源、信息科技都离不开化学。
药品、颜料、塑料、纤维、橡胶、油漆、炸药、玻璃、锅、碗、瓢、勺、笔、墨、纸、电池、柴、米、油、盐、酱、醋、饮料、食品防腐剂、致冷剂、农药、化肥、国防军工、航天、能源、交通、环保、保健……现代化学对人类的贡献化学科学理论的建立与发展，帮助人们深刻认识物质世界的奥秘。
道尔顿原子论，阿伏加德罗分子论创立，为人类进入微观世界敞开了大门。原子结构理论的创立，人类进入微观世界的步伐大大加速。从臆象原子论到真实原子论的问世，人类经历了二千多年的风风雨雨，电子被捕捉到后，有核结构、分层思想出现，中子发现，到可控核裂变，夸克理论的提出前后不过五十年。＜物质结构与性质＞科学技术的突飞猛进离不开理论研究的不断创新《物质结构与性质》模块是为理科，特别是对化学很感兴趣的学生开设的选修模块。物质结构理论是现代化学的重要组成部分，也是医学、生命科学、材料科学、环境科学、能源科学、信息科学的重要基础。它揭示了物质构成的奥秘、物质结构与性质的关系，有助于人们理解物质变化的本质，预测物质的性质，为分子设计提供科学依据。是我们认识微观的理论基础。 基础科学研究的新成就可能带动一门新兴学科的诞生或者给新兴技术以巨大的推动。
20世纪30年代创立的高分子化学，迎来了高分子合成时代的到来，改变了人类的生活面貌。
20世纪60年代化学发光的研究促进了化学激光的发展。
20世纪80年代C60的问世，使人们进入了一个全新的化学世界。从平面或低对称性分子到高对称性的球形分子，从平面芳香性到球面芳香性，从简单分子到富勒烯笼内包合物超原子分子，从一维超导性到三维超导性及碳纳米管。1993年科学家就预言某些C60衍生物将具有抑制人体免疫缺损蛋白酶HIVP的活性。而艾滋病研究的关键是有效抑制HIVP的活性。日本科学家报道，一种水溶性C60羧酸衍生物在光照下具有抑制毒性细胞生长和使DNA开裂的性能，为C60衍生物物应用于艾滋病研究传来了福音。 我国飞机上的激光武器稀土材料与稀土农业中国远程导弹复合材料复合材料无人直升飞机 用于装饰点缀生活发光二极管使我们的生活充满七彩光 太空武器太空电梯反物质探测器分子组装 创意无限超分子化学——生命的奥秘钥匙原理与分子识别嗅觉识别，手性药物都是这一原理的真实写照膜的通透性与分子识别中国新一代高温超导研究氢键与分子组装分子二极管分子、原子器械分子马达 分 子 对 撞 机研究微观世界的工具在金刚石表面上用氢原子（白）和氟原子（红）的排列存储的信息，提高信息储存，把地球装进笔尖。操纵原子　超越上帝 硅晶体电子显微扫描2005年1月19日 《北京晚报》报道美科学家发现“超级原子” 元素周期表要扩大超级原子Al13显示一个碘原子的性质。由于现有的门捷列夫元周期表没有包含这样的“超级原子”，AL13“超级原子”的发现势必导致元素周期表进一步扩大。
超分子化学纳米陶瓷铁钕硼磁体探索反物质的利器 汽车上的安全气囊 神奇的形状记忆合金化学科学日新月异超级塑料诞生刀枪不入的神话变成现实三大合成材料的问世，改变了人类的生活面貌1997年在实验室中培养的皮肤不但覆盖和保护了病人的伤口,同时还释放出一种化学物质,加速伤口的愈合,这种神奇之物就是人工合成高聚物。若干年后，当你人老珠黄，满脸都是荷包绉时，要再寻青春也不难，换上人造皮肤就能如愿。人造皮肤纳米碳管多层碳纳米管这该叫什么服装？对生物大分子DNA、RNA和蛋白质进行荧光标记是生物学、生物化学及分子生物学研究和疾病早期诊断中的重要技术。目前用于标记或衍生的荧光试剂主要有荧光素类、罗丹明类、花菁类近红外荧光化合物等。而荧光素类、罗丹明类化合物虽然其本身或衍生产物具有很高的荧光量子产率，但最大吸收波长和荧光发射波长多小于600 nm。而对生物样品而言，其样品基体和一些杂质在此区域也会有吸收或荧光，再加上光散射的影响往往会产生较为严重的背景干扰，限制了荧光分析法灵敏度的提高。 分子标记研究花菁类( Cy)荧光标记试剂摩尔吸光系数大，荧光发射波长范围宽，一般在600-1000 nm的近红外区，可大大避免生物自身的荧光背景干扰，与成本较低的激发光源如半导体激光器匹配，用于DNA自动测序、聚合酶链反应(PCR)检测及抗体免疫分析等。
?天然药物化学研究室近年来对Cy系列荧光标记试剂进行了合成研究，如下所示的结构是常用的几种Cy系列荧光标记试剂。n=0.5,二甲川菁染料，Cy2，绿色荧光
n=1，三甲川菁染料， Cy3，红色荧光
n=2，五甲川菁染料， Cy5，蓝色荧光???????????????????????????
?硅晶体与微电子工业—电子时代无论是化学工业，还是生命体中的化学反应，本质皆是化学键的构成和断裂。其中最重要的问题是化学反应是如何发生的；就是说，反应物是如何演变成产物。若能实际观察到从反应物到产物形成中的过渡状态，就会对化学反应的过程有充分了解。依靠过去的测量技术，是绝对无法观察到化学反应中原子的运动，飞秒化学的创立，跟踪原子，捕捉电子成为可能。 飞秒化学化学家对生命科学的贡献是巨大的(诺贝尔奖)
1002年糖类和嘌呤化合物的合成
1907年发现的酵母
1015年叶绿素的研究获重大突破
1927年胆酸的发现用其结构的测定
1928年甾醇结构测定，维生素D3的合成
1929年糖的发酵以及酶在发酵中作用的研究
1930年血红蛋白、叶绿素的结构研究，高铁血红蛋白的合成
1937年合成维生素C、维生素A和B12、胡萝卜素及核黄素
1938年维生素和类胡萝卜素的研究
1939年性激素的研究突破化学与生命科学1946年分离得到纯的酶和病毒蛋白
1947年生物碱等生物活性植物成分的研究获突破
1955年生物化学中重要含硫化合物的研究获得突破，特别是多肽的合成
1957年核苷酸及核苷酸辅酶的研究获得突破
1958蛋白质结构特别是胰岛素结构的测定
1961年植物光合作用研究获得新进展
1962年蛋白质分子结构研究获得突破
1964用X射线衍射法研究青霉素和维生素B12等大分子结构
1965年牛胰素人工合成成功
1970年从糖的生物合成中发现了糖核苷酸的作用
1975年酶催化反应的立体化学研究获得重大突破
1978年用化学渗透原理研究生物能转换获得成功
1980年DNA分子分裂和重组研究，DNA测序，开创了现代基因工程学
1982年发明了象重组技术，利用X射线衍射法测定了染色体的结构
1984年固相多肽合成方法的发明
1988年生物固体中光能和电子转移研究，光合成反应中心研究获得突破
1989年核性酶的发现
1990年发现NO分子强心机理
1997年发现了三磷酸腺苷分子的形成过程和维持细胞中钠离子和钾离子尝试平衡的酶，并阐明作用机理
2003年发现细胞膜水通道
2004年发现了泛素调节的蛋白质降解为我们丰富生活，均衡营养，提高生活质量，促进健康，延年益寿，提供科学参考。　　化学与技术化学技术为我们生活提供的便利无处不在。
我们的衣食居行、吃的、喝的、视听、清洁、食品保鲜……都离不开化学技术。
文化用品的笔、墨、纸、视听
清洁与去污、装潢点缀生活、日用化妆品
体育用品：奥运火炬、足球场上的神医、运动鞋底材料、举重擦粉、发令烟雾、神奇撑杆、塑胶跑道、兴奋剂检测……
化学与摄影，太阳镜、无形镜片。
化学与资源
化学与能源
化学与生命科学NO对人体的积极作用也是不能低估的。1998年诺贝尔医学奖获得者三弗里德·默拉德等三位科学家的研究结果表明NO是神经信号分子，是抗感染的武器，是血压的调节因子，是血液进入不同器官的守门人。在大多数生物中，NO可由不同的细胞产生通过扩展动脉控制血压，通过激活神经细胞影响人的行为，可以在血红细胞中杀死细菌和寄生虫。1896年诺贝尔去世前心脏病发作，医生建议他服用硝酸甘油来缓解疼痛，被他拒绝。诺贝尔拒绝服用自己发明的硝酸甘油过早的离开了人世，给科学界造成了巨大损失。百年后科学家证明，硝酸甘油可通过分解出NO使血管扩张，达到治疗心血管目的。 理论研究的突破，必然促进科学技术的突飞猛进胰岛素合成合成新药　战胜疾病　保健延年　阿斯匹林化学成功地实现了人工固氮，为人类提供了大量的粮食，每年使十多亿人免受饥饿之苦．化学家与生物学家联手在破译自然固氮密码．一旦突破，哈伯法就可进入博物馆了．人工固氮导电聚合物人们对酸碱的认识，经历了一个由浅入深、由低级到高级的过程。早期人们对酸碱的认识，是通过尝味来感受酸和碱。认为有酸味的物质是酸，有涩味、滑腻感的物质、能中和掉酸味的物质是碱。这种做法，既不科学，也不安全(波义耳的故事）。
称为酸的物质不一定都有酸味，有的酸味苦(苦味酸）有的酸味甜（甘氨酸），有的酸有臭味（石炭酸），有的酸有芳香味。同理，并非所有的碱都有涩味、滑腻感。究竟怎样认识酸与碱呢？最早试图对酸的特性进到理性层面上认识的人是法国化学家拉瓦锡。他认为所有的酸必然都含有“酸素”。“酸素”到底是什么？拉瓦锡经过长期思考后认为“酸素”就是氧。人类对酸碱认识历史18世纪70年代，拉瓦锡通过对燃烧现象的系统研究，提出了氧化燃烧理论，推翻了统治化学界近百年的错误理论——“燃素说”，开启了化学发展的新纪元，恩格斯称拉瓦锡为近代化学之父。拉瓦锡对氧元素也情有独钟。后来他又陆续发现了不少的含氧酸，拉瓦锡运用不完全归纳的方法，提出了凡是酸组成中都含有氧的观念，很快被化学家所接受。
2000多年前的古书《山海经》中记载了山西交城地区有一种“酸水”流出。据考证为天然硫酸的稀溶液。我们的祖先很早就认识了酸，他们可能以怎样的方式认识酸的？不得而知。但是反对酸中必氧元素的人不是没有，英国化学家戴维就是其中的一员。根据拉瓦锡的观点，盐酸中应该含有氧，可是化学家想尽了办法也没有找到氧的影子。戴维以纯净的盐酸作电解质溶液，分别以石墨、铂丝作电极，进行电解，反复实验，得到的产物总是氢气和氯气。戴维否定了盐酸中含有氧的说法。戴维还分析了大量的酸类物质，他发现这些酸中，有的含有氧，有的根本就没有氧，但是都含有氢元素。氢才是一切酸类物质不可缺少的元素，这是戴维的看法。
当时发现的无氧酸就有：H2S、H2SiF6、HCl、HSCN、HAuCl4、HF。
随着无氧酸的不断被发现，逐渐统一到氢元素上来认识酸的人越来越多。酸的氢素说取代了酸的氧素说。
含有氢元素的物质都是酸吗？烃是中性物质，NH3却有碱性。怎样认识酸？阿仑尼乌斯在前人研究的基础上，以水为溶剂，提出了酸碱电离学说。阿仑尼乌斯认为：凡是电离出来的阳离子全部是H+的化合物都是酸，凡是电离出来的阴离子全部是OH—的化合物都是碱。酸碱中和生成盐和水，酸碱反应的本质是H++OH—=H2O，这是人类认识酸碱的新的里程碑。
氨气是碱，能与酸反应成盐，NH3组成中无氧，不可能电离出OH—，说它是碱于理不通。酸碱电离学说的局限性日渐暴露。科学家经过深入研究，在更高的层面上进行概括，提出了新的酸碱理论。离子是化学变化的主角。离子无处在，无处不神奇。从茫茫宇宙到辽阔的大海、到生命体的生化反应都有离子的倩影。从原电池、电解质的电解到生物电流，从滴水穿石到神工鬼斧的溶洞的形成，从高山为谷，沧海桑田，无一不与离子反应有关。酸碱电离理论提出离子概念凡是能给出质子（H+）的物质都是酸，凡是能接受H+质子的物质都是碱。如HCl、HCO3—、H2PO4 —都是酸，Cl — 、NH3、OH—都是碱。
酸 碱 + 质子（H+）
NH4+ NH3 + H+
H2SO4 HSO4 — +H+
酸与碱是一对共轭酸碱对。酸碱质子理论自然界中的矿物质为什么主族金属多以氯化物、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐形式？而过渡金属主要以氧化物、硫化物、碳酸盐形式存在。理论的科学大师们，又提出了软硬酸碱理论，软硬酸碱理论，提出了酸碱反应的总规律：软亲软，硬亲硬，交界酸碱两不问。这一反应规律成功地解释了自然矿床的成因。
历史的脚步不终止，人类的科学探索就会一往无前。更为奇特的酸进入人们的视野里，说来颇有戏剧性。
1966年的圣诞节前夜，一名美国博士后研究生无意中将圣诞节用剩的蜡烛扔进强酸FSO3H·SbF5的混合液中，结果发现蜡烛很快溶解掉了。这一意外的发现促使他去作进一步的研究。于是他将该溶液去做1HNMR研究，令他惊奇的是1HNMR普图上出现了一个尖锐的特叔丁基阳离子（碳正离子）的吸收峰。多么希奇的现象，饱和烃竟能溶解在酸中！正碳离可以如此稳定地存在于溶液中！这种酸实在是“魔力”无穷。从那时起，该实验室的人员就给SbF5·HSO3F取了个绰号叫“魔酸”。现在人们习惯地将酸的强度超过100%H2SO4的酸或酸性介质叫做超酸，把SbF5·HSO3F叫魔酸。琳琅满目的化纤服装，蓬荜生辉的涂料，五光十色的聚酯光盘，御寒保暖的内衣……化学改变了人类的生活方式，提高了人类健康与生活水平，延长了人类的寿命。然而传统合成方法和传统化学工业，对整个人类赖以生存的生态环境造成的污染不可小视。空气浑浊，污水横流，病毒肆虐，赤潮泛滥，草原退化，土地沙化，物种锐减……
今日环境，生无净土，饮无净水，吸无净气，怪病滋生，怪胎不断。治理环境问题离不开化学过去设计新化学品和化工生产过程的化学家，环保意识淡薄。他们的职责是以最低的代价和最高的产率来获得最大经济效益，不考虑环境问题。
一种叫反应停的化学品于1961年给欧洲带来了恐慌。服用该药的孕妇所产婴儿严重畸形。在此期间，全世界有10000多名婴儿缺肢或肢体严重变形，仅德国就有5000多名。曾经被科学家视为神奇之物DDT，确实拯救了千千百万人的生命，从害虫嘴里夺得了千万吨粮食。在那段岁月里，在西方，用DDT作为沐浴液者有之，大做DDT饮料广告的者有之，以DDT作为调味剂的不泛其人。事态的逆转是源于1962年《寂静的春天》一书对DDT在食物链中富集的详细描述，DDT在生物脂肪中高度浓缩富集并造成无法挽回的损失，乃至无法预料的危害。铁的事实擦亮了人们的眼睛，人类不能再走先污染后治理的老路了，人类呼唤着绿色化学。那些因素导致臭氧层变薄？臭氧洞增大？如何补天？畸形怪胎令人揪心的环境2003年5月19日，兰州雁儿湾附近的黄河水面漂浮着大量黑色油污垃圾混合的淮河水对垃圾已经习以为常的居民甘肃白银市市郊有色金属企业污水从这里流向黄河 向黄河大肆排污黄河里漂着一层黑油 被原油包裹的海鸟 漂浮在海面的石油燃烧在冬春枯水季节，沙颍河两岸经常臭气逼人。因为不堪忍受河水散发出的有毒臭气的刺激，距离沙颍河不足百米的沈丘县槐店镇中学学生，只好戴上口罩上课 沙颍河边——黄孟营村共2400多人，14年——114名村民因患癌症去世。仅今年7月1日以来两个多月中，村里就有8名癌症患者去世。目前村里尚有已经确诊的癌症患者10人，怀疑是癌症但还没有确诊有7人伦敦烟雾印度博帕尔事件切尔诺贝利核泄漏事件 赤 潮 源 于 何 处？　绿色化学绿色化学的目标是利用一系列的原理来降低或消除在化工设计、生产及应用中有害物质的使用和生产。化学家有义务把人类的健康和环境保护结合到每一个新合成方法的设计中。 一般说来，一个化学物质的毒性越大，处理的费用也越大。作为废物处理费用常常比最初原料的费用高出许多倍。绿色化学的技术用来防止或减少废物的使用与产生，从而避免或减少由于废物的工程控制，“一两的预防胜于一斤的治疗”，正本清源，造福子孙，这是绿色化学所追求的目标。污染防止优于污染形成后治理化学家对于防治环境污染问题不仅着眼于当前，而且更注重于未来。化学家在环境问题上积极主动，能变废为宝，实现物质资源的循环。在这种思想指导下，化学家为明天的地球环境问题提出了许多极有新意的构想。
有的化学家认为，如果把燃料的燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能组合变成燃料如CH4、CH3OH、NH3等，既可以达到消除大气中污染物的目的，又可以大大缓解能源危机。一旦这种燃料即燃料产物燃料的循环建立之后，还我蓝天的理想就可以成为现实。 绿色化学的新构思传统的挥发性溶剂被广泛用作涂料和油漆的溶剂，泡沫塑料的发泡剂，机械电路精密清洗，服装的干洗清洗剂，化工生产的溶剂。全世界每年有几百万吨挥发性有机溶剂从涂料和油漆中逸出，千万吨聚苯乙烯（85%）是挥发性（发泡剂为CF2Cl2、F2CHCl、正已烷和石油醚），各种清洗剂大都是卤代烃、汽油和苯等。挥发性有机物进入大气引发光化学烟雾，引发呼吸道疾病，增加癌症发病率，导致谷物减产，橡胶、塑料老化，织物腿色，污染水源和海洋，破坏臭氧层。开发无毒无害溶剂是绿色化学的重要内容。 使用无毒或低毒超临界CO2是一种超临界流体，超临界液体在萃取、色谱分析、重结晶以及有机反应方面获得广泛应用。超临界CO2能很好地溶解很多有机物（碳数在20以内的脂肪烃、卤代烃、醛、酮、酯等）；若加入表面活性剂可以溶解聚合物、重油、石蜡、油脂、蛋白质和重金属盐。
近临界水既能溶解盐，又能溶解有机化合物，水与产物易分离，分离纯化耗费低，由于近临态水的介电常数大，离子化常数大，对于某些临界酸催化或碱催化反应，不用路易斯酸催化。超临界二氧化碳溶剂离子液体是液态等离子体，室温下呈液态离子化合物，是一类“绿色溶剂”。目前已有几十种，它不挥发，不易着火，具有物理化学性质可调节的特点，用于反应溶剂有很大的潜力。如咪唑型阳离子的路易斯酸性液体等离子体溶剂，既能起到溶剂的作用，又能提供某些酸性催化反应的路易斯酸作用。离子液体溶剂化腐朽而出神奇整治污染，
白云在天，
山川秀美，
空气清新，
溪水潺潺，
百鸟放歌，
依靠化学。一湖映双塔 三堤凌碧波接天荷叶无穷碧 映日荷花别样红今日西溪