大学化学-绪论

大学化学-绪论

《大学化学》主讲：伍晓春博士、副教授、硕士研究生导师Tel:13688488952E-mail:wuxiaochun@sicnu.edu.cn\n1999．9—2002.6四川大学华西药学院药物化学专业攻读硕士学位研究生2002.7—至今四川师范大学化学与材料科学学院从事教学与科研工作2004．9—2008.6四川大学华西药学院药物化学专业攻读博士学位研究生个人简介\n近年科研项目情况简介1.教育部归国人员启动基金资助项目“肝靶向半乳糖基基因工程促肝细胞生长素的制备及生物特性研究”一项（教外司留99年363号）。2.国家自然科学基金项目“具有ASGP-R高亲和力脂质体配体的设计、合成及在反义核苷酸靶向治疗肝癌中的应用”（29972031，已结题）和高等学校博士点基金项目“肝靶向125I-ASON-胰岛素受体介导的肝癌治疗药物的研制”的研究工作（20050610085，已结题）。3.主持省教育厅项目2项，校级科研项目3项。4.主持校教改项目2项。\n论文发表情况（发表论文近十余篇）Wu.XC,Wu.Y,Hai.L,Bao.Y.Synthesisofcholesterylatedcarboxylicacidswitholigo(polyethyleneglycols)unitsforgenedelivery.LettOrgChem[J].2006,3(12):911-914,SCI收录。伍晓春。非甾体抗炎药联苯乙酸的简便合成方法。华西药学杂志[J].2005,20(4):320-322.伍晓春，吴勇。苯硼酸类化合物的制备，中国医药工业杂志[J].2008，39(3)：166-167.\n\n主要参考教材：《无机化学》（上、下）（第四版）北京师范大学等编，高等教育出版社，2002《无机化学与化学分析》史启祯主编，高等教育出版社，2001《无机化学》武汉大学、吉林大学等编，高等教育出版社《无机及分析化学》南京大学编，高等教育出版社考试总评成绩=平时作业与考勤×20%+期中考试成绩×10%+期末考试成绩×70%\n本学期48学时各章分布情况（共48学时）\n绪论1.化学的地位和作用当代人类所面临的一系列重大挑战，如食品安全问题、健康与人口控制问题、环境与资源问题等的解决都离不开化学。化学能创造新物质，在改善人类生活方面是最有成效、最实用的学科之一。化学是当代科技和人类物质文明迅猛发展的基础和动力，是一门中心的、实用的和创造性的科学。\n化学工业、精细化工、石油化工、制药工业、日用化工、橡胶工业、造纸工业、玻璃和建材工业、钢铁工业、皮革工业、饮食工业等在发达国家中占有最大的份额。如在美国，这个数字超过30%，而且还不包括诸如电子、汽车、农业等要用到化工产品的相关工业的产值。在发达国家从事研究与开发的科技人员中，化学、化工专家占一半左右。世界发明专利中有20%与化学有关。\n2.化学发展的历程化学历史的发展，大致可以分为如下几个时期：（1）古代及中古时期—17世纪中叶以前特点：实用性、经验性和零散性；尚未形成独立的一门科学。“阴阳五行”说，金、木、水、火、土；“四元素”说，火、土、水、气；“阿拉伯炼金术”《本草纲目》，《天工开物》。\n（2）近代化学时期—17世纪后半叶到19世纪末前期：17世纪中叶到18世纪末，近代化学孕育时期。1661年，玻意耳，科学的元素概念；1777年，拉瓦锡，燃烧的氧化学说。后期：19世纪初，理论突飞猛进。1827年，道尔顿，原子论；1869年，门捷列夫，元素周期律；19世纪下半叶，热力学理论引入化学。\n（3）现代化学时期—20世纪以来在这一时期，化学实现了从经验到理论的重大飞跃，化学真正被确立为一门独立的科学，并且出现了许多分支。X射线、放射性、电子是19世纪末的三大发现，使化学家能够从微观角度和更深的层次上来研究物质的性质和化学变化的根本原因。现代化学阶段，无论在化学理论、研究方法、实验技术以及应用等方面都发生了深刻的变化，出现了许多化学分支，如高分子化学。\n原子核裂变和链式反应的发现，开辟了人类利用原子能的时代，形成了核化学，原子序数从93到114的超铀元素陆续被人工合成。20世纪40年代以来，利用光、磁、电等方面的成就，发明和创造了许多新仪器，仪器分析化学出现。边缘交叉学科如生物化学、环境化学、材料化学、元素有机化学、药物化学等相继形成。1924~1926年，物理化学中诞生了许多新理论，例如量子力学的建立，促使量子化学的出现和形成。\n化学与其他学科之间的联系日益密切，中心地位日益呈现。1993年，IUPAC在北京召开了第34届学术大会，主题为“化学——21世纪的中心科学”，标志着化学在新世纪的科学领域的重要地位，也预示了化学在新世纪的勃勃生机和光明的发展前景。3.化学的科学定义19世纪下半叶：化学是“关于元素的科学”；化学是“研究元素在形成化合物时的化合规律，以及所伴随发生的各种现象”。\n现代化学时期：1989年，《中国大百科全书（化学卷）》：化学是“研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学”；化学“主要是研究物质的分子转变规律的科学”；化学“是研究物质变化（或物质运动）的科学”；化学“是一门在原子、分子或离子层次上研究物质的组成、结构、性质之间内在联系以及外界条件对变化的影响的科学”。\n4.化学的分类20世纪20年代，形成传统的四大化学：无机化学、分析化学、有机化学和物理化学；1967年，CA分为五大部分，再细分为80类：（1）生物化学（1~20类）；（2）有机化学（21~34类）；（3）大分子化学（35~46类）；（4）应用化学和化学工程（47~64类）；（5）物理化学和分析化学（65~80）\n1989年，《中国大百科全书（化学卷）》，7部分：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高分子化学、核化学和放射化学、生物化学。5.现代化学的发展趋势和前沿领域21世纪的化学是研究泛分子的化学（FanMolecules)，其研究对象包含下列10个层次的泛分子：原子、分子片、结构单元、分子、超分子、高分子、生物大分子和活分子、纳米分子和纳米聚集体、原子分子的宏观聚集体、复杂分子体系及其组装体。\n21世纪化学研究发展呈现五大趋势：（1）既重视基础研究，更重视国家目标；（2）更加重视学科间的交叉与融合——大化学：如化学与数理科学、能源、材料、信息、地球与环境、纳米科技、哲学和社会科学等交叉与融合；（3）更加重视理论与实验的密切结合：“量子化学已经发展为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里，实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质，化学不再是纯粹的实验科学”——Nobel化学奖授奖公告。\n（4）更加重视尺度效应；（5）更加重视合成的新方法，追求绿色化。21世纪化学的四大难题化学的五个根本问题：化学键和分子结构（目前已基本解决）；化学反应的理论和定律；结构和性能的定量关系；纳米尺度的基本规律；活分子运动的基本规律——能进行分子复制、具有生命活性。\n化学的四大世纪难题（已形成明确共识）：化学键和分子结构（目前已基本解决）；化学反应的理论和定律；结构和性能的定量关系；纳米尺度的基本规律；活分子运动的基本规律\n21世纪化学的十大突破口：新合成方法纳米化学稀土化学能源科学中的化学问题生命和医药科学中的化学问题生态环境中的化学问题信息科学中的化学问题（化学信息学）\n分析化学“十化”复杂化学化工多层次、多尺度效应、规律和方法理论化学和计算化学21世纪化学的盲点（1）无机化学中共价键概念被忽视（2）文献和数据库的总结规律相对滞后：化学家用90%的时间做实验，却用不到10%的时间进行数据整理工作。（3）分子周期律被忽视\n总之，当今化学发展的总趋势可概括为：由宏观到微观，由定性到定量，由稳定到亚稳定，由经验上升到理论并用理论指导实践，进而开创新的研究。三大前沿领域有待突破：（1）化学反应的性能问题；（2）化学催化的问题；（3）生命过程中的化学问题\n2011诺贝尔化学奖准晶体，或称准结晶体，异于常规晶体。准晶体是一类不具备晶格周期性、却显现长程有序性的固体材料。所谓长程有序性，在某个方向上往往以无理数序列的方式表达，而序列则像无理数一样无限不循环。谢赫特曼发现准晶体，“根本上改变了化学家们对固态物质的构想”。\n6.有效数字有效数字就是实际能测量得到的数字。它的定义为：一个数据中所有确定的数字再加上一位不定数字。例如142.7这个数字共有4位有效数字，用科学表示法应该表示为：1.427×102，而不是1.4270×102，因为后者有五位有效数字。“0”是一个特殊的数字：（1）当它出现在两个非零数字之间或小数点后方的非零数字之后时都是有效数字。如10.0400g，其中每个0都是有效数字6.1有效数字\n因此它有6位有效数字。（2）当0出现在第一位有效数字之前时，则全部是无效的，只起数位的作用。如0.0280g，2之前的两个0都是无效的，因为它们只是用来决定小数点的位置，取决于所用的单位，当用毫克计量时，则应该写成28.0mg，可见，最后一个0却是有效数字。需要注意，像92500这类数字的有效数字是含混不清的，可能意味着以下几种情况：9.25×1043位有效数字9.250×1044位有效数字\n9.2500×1045位有效数字因此，像这样的数字最好采用科学表示法，以便能准确地体现出它的有效数字。在记录实验观察结果时，最多只能保留一位可疑数字。6.2数的修约当观测值的实际准确度超过所需的准确度，或当计算涉及到几个观测值，而它们的有效数字的位数不同时，便要舍去多余的数字，这就是数的修约。\n过去一般采用“四舍五入”或“四舍六入五成双”的修约规则。现国家标准提出新的修约规则：GB3103—93附录“B数的修约规则”B1修约的含义是用修约数代替已知数，修约数来自选定的修约区间的整数倍。例：修约区间：0.1则整数倍为：12.1，12.2，等修约区间：10则整数倍为：1210，1220，等B2如果只有一个整数倍最接近已知数，则此整数倍就认为是修约数。例：\n修约区间：0.1已知数修约数最接近的整数倍12.22312.20.223最接近0.212.25112.30.251最接近0.312.27512.30.275最接近0.3修约区间：10已知数修约数最接近的整数倍1222.3122022.3最接近于201225.1123025.1最接近于301227.5123027.5最接近于30\nB3如果有两个连续的整数倍同等地接近已知数，则可采用下列两种规则进行修约。规则A：选取偶数整数倍作为修约数。例：修约区间：0.1已知数修约数同等接近的连续整数倍12.2512.20.2，0.312.3512.40.3，0.4修约区间：10已知数修约数同等接近的连续整数倍1225.0122020，301235.0124030，40\n规则B：选取较大的整数倍作为修约后的数。例修约区间：0.1已知数修约数12.2512.312.3512.4修约区间：10已知数修约数1225.012301235.01240\nB4用上述规则作多次修约时，可能会产生误差。因此推荐一次完成修约。例：12.251应修约成12.3，而不是第一次修约成12.25，然后再修约成12.2。6.3有效数字的计算规则1.加减法和或差的有效位数按照各原始数据中小数点的位数最少、即相对误差最大的数据确定。用科学表示法的数据，若指数不同时，应先化成相同的指数，然后才能加减。\n例如，将下列OH-浓度相加：4.00×10-2mol.L-1、5.55×10-3mol.L-1和1×10-6mol.L-1。先加后修约先修约后相加4.00×10-24.00×10-20.555×10-20.56×10-2+）0.0001×10-2+）0.00×10-2（可忽略）4.5551×10-2mol.L-14.56×10-2（mol.L-1）4.56×10-2mol.L-1\n由于在三个加数中，4.00×10-2的绝对误差±0.01×10-2最大，第二个0已经是可疑数字，因此，将小数点第二位以后的数字（即绝对误差小于±0.01×10-2）相加已经无意义。因此，比较恰当的处理数据的方法是先将各数值按小数位数最少的数修约后再加减。实际数据处理过程中，有时为减少舍入误差的累积，在修约各个加数时，小数位数最小的数多保留一位有效数字。例如：\n先加后对修约成小数点后修约成小数点结果修约2位再相加后3位再相加1.251.251.252.43752.442.438+）3.27502+）3.28+）3.2756.962526.976.9636.966.96显然第三种修约方法既简单，准确度也高！\n和或差的有效数字位数可能超过或低于原始数据。例如：5.3457.26×10-4+）6.928－）6.69×10-412.2730.57×10-42.乘除法积和商的有效位数按照原始数据中有效数字位数最少（即相对误差最大）的数确定。例如：\n相对误差/%3.261×10-50.03×）1.780.65.80458×10-50.00025.80×10-50.210的方次不影响有效位数。在乘除法中，结果的相对误差应与原始数据中相对误差最大的数量级相同。\n在计算过程中，为避免修约造成误差的累积，可多保留一位有效数字进行计算，最后再将计算结果按修约规则修约。例如：4.3179×10124.32×1012×）3.6×10-19×）3.6×10-191.5552×10-61.6×10-6若修约成(4.3×1012×3.6×10-19)=1.548×10-6→1.5×10-6，显然是不妥当的。\n3.对数和反对数对数尾数的有效位数与真数的有效位数相同。例如：lg339=2.530真数首数尾数︸︸︸因为339可写成3.39×102，它的对数的首数相应于3.39×102中10的幂，起决定小数点位置的作用。102.531=340(339.6)102.530=339(338.8)括号中的数值为修约成102.529=338(338.1)3位数以前的结果\n可见指数的小数点第3位改变±1时，结果339（即对数的真数）的最后一位数字相应改变±1。将对数转换成反对数时，有效位数则与尾数的位数相同。例如lg10-3.42的反对数为10-3.42=3.8×10-4又如，[H+]=6.6×10-11mol·L-1的溶液，pH应该为10.18，而不是10或10.2。\n本章作业P19第3、5题