第1章緒論授課教師：班級：日期：本課程的配套教材：《工程化學》（第2版），宿輝白青子主編，北京大學出版社，高等院校化學與化工類專業“互聯網+”創新規劃教材本章學習要點知識要點掌握程度相關知識化學的概念掌握化學的研究對象，了解化學的發展簡史能量守恒定律、氧化理論、道爾頓原子論、阿伏加德羅定律、化學的學科特點掌握化學的學科分支，了解化學人類社會發展進程中的作用無機化學、有機化學、材料化學、分析化學、物理化學、生物化學、物理量的表示方法清楚物理量的表示方法，了解國際制基本單位及定義國際單位制、基本單位、輔助單位本章主要內容1.1化學的研究對象及其發展簡史1.2化學的學科分支及其在社會發展中的作用1.3物理量的表示方法1.4基礎化學教學目的和學習方法§1.1化學的研究對象及其發展簡史1.化學的研究對象化學是研究物質變化的科學。世界是物質的，物質有實物和場兩種基本形態。前者具有靜止的質量，是化學研究的對象。包括大至宏觀的天體，小至分子、原子、離子等；場是只有運動質量而沒有靜止質量的物質，如引力場、電磁場等。化學變化的主要特征:在原子核不變的前提下生成了新的物質。化學是研究原子、分子層次范圍內的物質結構和能量變化的科學，是物質科學的基礎學科之一，是一門中心的、實用的、創造性的科學。2.化學發展簡史原始人類從用火之時開始，由野蠻進入文明，同時也開始了用化學方法認識和改造天然物質。火─燃燒就是一種化學現象。掌握了火以后，人類開始熟食；學會了制陶、冶銅、煉鐵；又懂得了釀造、染色等等。這些由天然物質加工改造而成的制品，成為古代文明的標志。在這些生產實踐的基礎上，萌發了古代化學知識。在古代和中古時代，中國、希臘、印度和西歐各國都興起、盛行過煉金術和煉丹術。深信物質能轉化，試圖在煉丹爐中合成金銀或修煉長生不老之藥。為此設計了各種器皿，如升華器、蒸餾器、研缽等，也創造了各種實驗方法，如研磨、混合、溶解、結晶、灼燒、熔融、升華、密封等。這些都為近代化學的產生奠定了基礎，許多器具和方法經過改造后仍然在今天的化學實驗室中沿用。公元8世紀，阿拉伯各國中煉金術甚至就是化學的代名詞。

15世紀以后，隨著歐洲工業革命的勝利，生產力得到了飛速的發展，英國科學家波義耳（1627-1691）用機械論方法研究化學，提出各種物質的微粒都是由基本粒子構成的，通過基本粒子的重新排列組合，可以生成新的物質。在當時的科學家中，全盤接受波義耳化學思想的只有牛頓（1642-1727）。波義耳還對燃燒現象的本質進行了探討，認為火是由一種實實在在的、具有質量的火微粒所構成。恩格斯曾指出“波義耳把化學確立為科學”。

1703年，德國哈雷大學的教授施塔爾（1660～1734），提出了一個解釋燃燒現象甚至整個化學的完整、系統的學說。他認為物質燃燒是因為其含有“燃素”，例如：石頭、黃金不含燃素，所以不可能燃燒。燃燒時燃素從物體中逸走之后，此物體就不再是可燃的了。按照他的學說，一切化學變化，乃至物質的化學性質、顏色、氣味的改變都可以歸結為物體釋放燃素或吸收燃素的過程。在當時，燃素學說所不能自圓其說是：金屬煅燒后增重的事實。

在18世紀中期，盡管燃素說統治了整個化學領域，然而一直有些科學家持懷疑和批判的態度。其中，對燃燒作用做了全面周密的研究，令人信服地抨擊了燃素學說的錯誤，建立起燃燒的氧化學說的人則是杰出的法國化學大師拉瓦錫（AntoineLaurentLavoisier，1743～1794）。

拉瓦錫是一個巨富律師之子。他工作的突出特點是注重定量研究，善于發揮天平在化學研究中的作用。拉瓦錫在他的實驗和論述中，自覺地遵循質量守恒定律，并且又以嚴格的實驗證明了這一定律的含義，被后人又稱為“定量化學之父”。

拉瓦錫制取了所謂的“純粹空氣”—氧氣，發現這種氣體不僅有助于燃燒，而且有助于呼吸。拉瓦錫的燃燒理論走向完善的關鍵一步是他通過實驗辨明了水的組成，結束了自古以來普遍認為水是元素的錯誤見解。至此，統治了人們100多年的燃素學說被徹底摧毀了，取而代之的是以氧為核心的燃燒學說。拉瓦錫是近代化學元素學說的奠定者，從此，化學學科進入了一個蓬勃發展的新紀元。

19世紀的化學出現了非常繁榮的局面。首先，1803年，

道爾頓（1766～1844）提出了原子學說。道爾頓原子學說在化學的發展歷史上具有劃時代的意義，它從根本上闡明了質量不滅定律的內在含義，把元素學說與原子學說有機地統一起來。道爾頓的學說不能解釋復雜原子，因為它在解釋蓋?呂薩克的氣體反應體積定律時遇到了困難。這兩者之間的矛盾引起了意大利物理學家阿伏伽德羅的深思。于是，他在物體與原子這兩種物質層次間再引進了一個新的觀點—分子。對化合物而言，分子就是道爾頓所謂的“復雜原子”，對單質而言，是由幾個相同的原子結合而成。這樣，對蓋?呂薩克的氣體反應體積定律就有了合理的解釋。從此化學進入了現代化學時期。今天的化學己經達到了由描述到推理，由定性到定量，由宏觀到微觀，由靜態到動態的發展過程，形成了一個完整的化學體系。化學的研究對象和研究目的越來越明細，傳統的化學大致分為四大分支學科，即化學的二級學科，

無機化學以1870年門捷列夫（1834~1907）發現周期律、公布周期表為標志。18-19世紀，隨著生產和科學水平的提高，平均每兩年半就有一個新元素被發現，到1869年已有63種元素為科學家所認識。同時，人們對元素的化合價和原子量的確定也有了統一的認識。§1.2

化學的學科分支及其在社會發展中的作用1.化學的學科分支進入20世紀以后，在無機化學方面有了更多重大的發明和發現，如工業規模合成氨，氨氧化法生產硝酸，并研究出工業生產無機酸、鹽類、肥料和無機高聚物以及其他物質的新方法，發現了復合氫化物并進行了深入的研究，制備了若干新化合物。隨著量子化學的引入，大量元素無機化合物的發現，無機化學開始了一個新的蓬勃發展的階段，現代無機化學在合成新材料、超導體、配合物催化劑、核化學等領域正在發揮著越來越重要的作用。

有機化學的結構理論形成于19世紀下半葉。1861年德國化學家凱庫勒（F.A.Kekule）提出碳的四價概念及1874年荷蘭化學家范特霍夫（J.H.van'tHoff）和法國化學家勒貝爾（Lebel）的四面體學說，至今仍是有機化學最基本的概念之一。新興有機合成化學工業的開發，尤以染料與制藥工業最為突出。

20世紀以來，有機化學領域達到了前所未有的繁榮，世界上每年大約合成近百個新化合物，其中70％以上是有機化合物，有機化學正朝著高選擇性合成、天然復雜有機物的合成與分離、有機金屬化合物的研究開發等領域不斷推進。

分析化學分支形成最早，隨著工業生產、科學研究對分析靈敏度的要求越來越高，儀器分析技術應運而生了。它主要包括：吸光光度法、發射光譜法、放射分析法等現代化的分析技術。儀器分析法超越了經典分析方法的局限，根據被檢測組分的某種光學的、電學的、放射線的特性，靈敏度可以達到很高的水平。如對運動員的興奮劑監測，尿樣中某些藥物濃度即使低到10-13g?mL-1時，也難躲避分析化學家們的銳利眼睛。

目前分析化學正處于第三次變革，它不再只限于測定物質組成和含量，而要對物質的狀態、結構、微區，薄層和表面的組成與結構以及化學行為和生物活性等作出瞬時追蹤，無損和在線監測等分析及過程控制，甚至要求直接觀察到原子和分子的形態與排列。

物理化學是從化學變化與物理變化的聯系入手，研究化學反應的方向和限度、化學反應的速率和機理以及物質的微觀結構與宏觀性質間的關系等科學，它是化學學科的理論核心。在研究各類物質的性質和變化規律的過程中，化學逐漸發展成為若干分支學科，但在探索和處理具體課題時，這些分支學科又相互聯系、相互滲透。無機物或有機物的合成總是研究（或生產）的起點，在進行過程中必定要靠分析化學的測定結果來指示合成工作中原料、中間體、產物的組成和結構，這一切當然都離不開物理化學的理論指導。

20年代以后，由于世界經濟的高速發展、化學鍵的電子理論和量子力學的誕生、電子技術和計算機等技術的興起，化學研究在理論上和實驗技術上都獲得了飛躍發展。化學學科在其發展過程中與其他學科交叉結合形成了多種邊緣學科，如生物化學、環境化學、農業化學等等。化學是一門古老的學科，隨著人類社會的進步，科學技術的發展，化學變得愈來愈重要了。衣:衣服印染、合成纖維食：糧袋子、菜籃子，化肥和農藥的生產，食品添加劑，如甜味劑、防腐劑、香料、調味劑等等，食品加工制造方法住：現代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工產品行：代步的各種現代交通工具，需要汽油、柴油作動力，各種汽油添加劑、防凍劑、潤滑劑，這些都是石油化工產品。

2.化學在社會發展中的的作用此外，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用品也都是化學制劑。油、防凍劑也都是化工產品。再有導彈的生產，人造衛星的發射都需要很多具有特殊性能的化學品，如高能燃料、高能電池、光敏膠片及耐高溫、耐輻射材料的生產都離不開化學。原美國化學會主席R.Breslow在1997年美國化學會出版的《化學的今天和明天—一門中心的、實用的和創造性的科學》一書中，對化學有一段形象描述：“從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅和公寓中醒來，使用化學家們設計的肥皂和牙膏并穿上有合成纖維和合成染料制成的衣著，即使天然的纖維（如羊毛和棉花）也是經化學品處理過并染色的，這樣可以改進它們的性能。為了保護起見，我們的食品被包裝起來和冷藏起來，并且這些食品或是用肥料、除草劑和農藥使之成長；或是家畜類需用獸醫藥來防病；或是維生素類可以加到食品中或制成片劑后口服；甚至我們購買的天然食品，諸如牛奶，也必須經過化學檢驗來保證純度。我們的交通工具——汽車、火車、飛機——在很大程度上是要依靠化學加工業的產品；晨報是印刷在經化學方法制成的紙上，所用的油墨是由化學家們制造的；用于說明事物的照片要用化學家們制造的卷片；在我們生活中的所有金屬制品都是用礦石經過以化學為基礎的冶煉轉化變成金屬或將金屬變成合金，化學油漆還能保護它們。化妝品是由化學家制造和檢驗過的，執法用的和國防上用的武器要依靠化學。事實上，使用的產品中很難找出由哪一種不是依靠化學和在化學家們的幫助下制造出來的。”

因此，化學已滲透到了國民經濟的各個領域，它是一門重要的基礎科學，也是一門應用性很強的應用科學，是現代科學的一個重要分支。化學教育的普及是社會發展的需要，是提高公民文化素質的需要。未來化學在人類生存、生存質量和安全方面將以新的思路、觀念和方式發揮核心科學的作用。化學學科已走出純化學，進入大科學。從生命科學、材料科學、環境科學、能源科學乃至當今的信息科學都對化學提出了諸多挑戰，要求化學有新的發展，去解決現今面臨的諸如復雜體系、極端條件、微觀和非平衡態等等的新問題。3.未來化學展望現在及今后的一段時期，化學發展的主要方向可以歸納為三個方面：2．化學與生物學相互滲透進入一個高潮階段，光合作用、酶的化學模擬及生物膜的模擬將有重大進展，人工合成新的生命成為可能。1．更加深入地研究化學反應理論，經過電子計算機的運算，設計出具有指定結構和性能的化合物，如催化劑、高分子等復雜材料，達到人們向往已久的分子工程水平。3．太陽能的化學利用以及一些新概念、新技術的采用，有可能使催化過程和化工分離出現一些革命性的突破，這些突破將會改變人們的生活方式并給人們帶來幸福。

物理量簡稱為量，例如：時間、長度、體積、溫度等。相互之間存在確定關系的一組物理量稱為一種量制。在函數關系上彼此獨立的物理量稱為量制的基本量，由基本量的函數定義的量稱為導出量。實際使用的有多種量制，如國際單位制、工程量制、英制等。國際單位制是1960年第十一屆國際計量大會通過的一種單位制，是世界上最先進、科學和實用的單位制，其國際代號為SI。國際單位制由7個基本單位、2個輔助單位和10個具有專門名稱的導出單位所組成。

7個基本單位如表所示，單位間彼此獨立，有嚴格的定義。§1.3物理量的表示方法物理量名稱國際符號定義長度米m光在真空中1/299792458s時間間隔內所經過路徑的長度質量千克kg等于保存在巴黎國際計量局的鉑銥合金的千克原器的質量時間秒s銫-133原子的基態兩個超精細能級之間躍遷所對應輻射的9192631770個周期的持續時間電流強度安[培]A真空中，使兩根相距lm極細且無限長的圓直導線間產生在每米長度上為2×l0-7牛頓力時，所對應的每根導線中通過的等量恒定電流熱力學溫度開[爾文]K水三相點熱力學溫度的1/273.15光強度坎[德拉]cd一光源在給定方向上的發光強度，該光源發出頻率為540×10