,王稼國 博士（北京大學）、副教授 辦公室（答疑處）：4-107 電話：88373021 Email： 溫州大學化學與材料工程學院,無機化學課程概況,上下兩學期，上學期48學時，下學期52學時，共100學時。 考試方式：閉卷考試。 成績評定：平時作業(yè)占10%，期中考試20%，期末考試70%。 理論部分包括三大結(jié)構(gòu)、四大平衡和熱學基礎(chǔ)；元素部分覆蓋整個元素周期表。,緒論,了解化學的重要性及其發(fā)展 了解無機化學學習方法,什么是化學?,Chemistry = Chem is try (化學是一門實驗科學) 化學是在原子、離子和分子水平研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化規(guī)律的科學。 Scale (Level) （尺度, 層次）: Atomic scale, Molecular scale, Supermolecular scale (crystal) Assemble forces(聚集力）：Van der waals force(范德華力), Chemical bond(化學鍵) Composition(組成）, Structure（結(jié)構(gòu)）, Properties（性質(zhì)）, Reaction（反應(yīng)）, Separation（分離） (Purification 純化),化學21世紀核心學科,20世紀的100年中，化學合成和分離了2285萬種新化合物，取得了空前輝煌的成就。20世紀的化學是以指數(shù)函數(shù)的加速度向前發(fā)展的，但未獲得社會應(yīng)有的認同。 1900年 55萬種 1945年110萬種，45年翻一番 1970年236萬種，25年翻一番 1999年底2340萬種，30年翻10番 以指數(shù)函數(shù)的加速度向前發(fā)展，沒有一門其它科學能像化學那樣，創(chuàng)造出如此眾多的新物質(zhì)。,20世紀發(fā)明了七大技術(shù)，最重要的是信息技術(shù)、化學合成技術(shù)和生物技術(shù),報刊上常說20世紀發(fā)明了六大技術(shù)： (1) 信息技術(shù) (2) 生物技術(shù) (3) 核科學和核武器技術(shù) (4) 航空航天和導彈技術(shù) (5) 激光技術(shù) (6) 納米技術(shù) 但卻很少有人提到包括新藥物、新材料、高分子、化肥和農(nóng)藥的化學合成和分離技術(shù)。,化學合成及分離技術(shù)至關(guān)重要,上述六大技術(shù)如果缺少一、二個，人類照樣生存。 沒有發(fā)明合成氨、合成尿素和新農(nóng)藥的技術(shù)，世界糧食產(chǎn)量至少要減半，60億人口有30億要餓死! 沒有發(fā)明合成各種抗生素和大量新藥物的技術(shù)，人類平均壽命要縮短25年! 沒有發(fā)明合成纖維、合成橡膠、合成塑料的技術(shù)，人類生活要受到很大影響。 沒有合成大量新分子和新材料的化學工業(yè)技術(shù)，上述六大技術(shù)根本無法實現(xiàn)。這些都是無可爭辯的事實。,但化學和化工界非常謙虛，從來不提抗議。我們應(yīng)該理直氣壯地大力宣傳20世紀發(fā)明了七大技術(shù)，即化學合成（包括分離）技術(shù)和上述六大技術(shù)。這七大技術(shù)發(fā)明可以按照人類需要的迫切性，和由它們衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模及其對世界經(jīng)濟影響的大小來排序：,(1) 從人類對七大技術(shù)發(fā)明的需要迫切性來看，化學合成和分離技術(shù)應(yīng)當排名第一.已如前述，因為它是人類生存的絕對需要，沒有它世界上一半的人口要餓死。它還為其余六大技術(shù)發(fā)明提供了不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。國外傳媒把哈勃的合成氨技術(shù)(Haber Process)評為20世紀第一個重大發(fā)明，是很有道理的。,排名第二的 是信息技術(shù)，第三是生物技術(shù)，以下依次是航空航天技術(shù)，核技術(shù)，納米技術(shù)和激光技術(shù)。 合成氨技術(shù)是哈勃(Haber)在1909年發(fā)明，在1918年因而獲得諾貝爾化學獎。C.博施改進了高壓合成氨的催化方法，又于1931年獲諾貝爾獎。高分子合成技術(shù)是20世紀50年代發(fā)展起來的。新藥物、新材料的合成更是近50年的事。因此合成化學技術(shù)是屬于20世紀的重大發(fā)明。,(2) 從20世紀的七大技術(shù)發(fā)明衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模及其對世界經(jīng)濟的影響來看，排名次序如下：第一是信息產(chǎn)業(yè)，第二是由化學合成和分離技術(shù)衍生的石油化工、精細化工、高分子化工和藥物、農(nóng)藥工業(yè)等產(chǎn)業(yè)，以及從空氣中分離氧氣和氮氣，從電解水中分離出氫氣，作為電動汽車的燃料，為解決將來水資源缺少的海水淡化產(chǎn)業(yè)等。 第三是飛機、航天、人造衛(wèi)星及導彈產(chǎn)業(yè)，第四是核電站和核工業(yè)。這四個產(chǎn)業(yè)都是非常大的產(chǎn)業(yè)。其中在核產(chǎn)業(yè)中，有很大一部分是化工產(chǎn)業(yè)，如核燃料的前處理和后處理工業(yè)，重氫、重水工業(yè)、稀有元素冶煉工業(yè)等，又如信息產(chǎn)業(yè)和航空航天導彈衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)中，都依靠冶金、稀有元素冶煉和高分子等化學合成產(chǎn)業(yè)。,相對于前述四大產(chǎn)業(yè)而言，第五生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)、第六納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)和第七激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)這三個現(xiàn)在還是小產(chǎn)業(yè)。其中納米產(chǎn)業(yè)實際上主要是化學家發(fā)明C60等巴基球、碳納米管等衍生出來的合成化學產(chǎn)業(yè)，以及用各種方法把化學物質(zhì)制成納米尺度的合成產(chǎn)業(yè)。 所以到目前為止，在20世紀的七大發(fā)明中，人類最迫切需要的，對人們的生活和世界經(jīng)濟的發(fā)展影響最大的兩大發(fā)明是信息技術(shù)和化學合成技術(shù)。,4化學是一門中心學科學 (1) 化學是一門承上啟下的中心科學。 (2) 化學又是一門社會迫切需要的中心科學，化學與人們的生活有非常緊密的聯(lián)系。 (3) 化學不是落日科學(Sunset Science)，也不是伴娘科學(Bridesmaid Science)，而是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學等八大朝陽科學（Sun-rise sciences）都有緊密的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學(Central Science)。,21世紀化學的四大難題,1、化學的第一根本規(guī)律(第一世紀難題)：建立精確有效而又普遍適用的化學反應(yīng)的含時多體量子理論和統(tǒng)計理論。 應(yīng)予首先研究的課題有： (1) 充分了解若干個重要的典型的化學反應(yīng)的機理，以便設(shè)計最好的催化劑，實現(xiàn)在最溫和的條件進行反應(yīng)，控制反應(yīng)的方向和手性合成，發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)類型，新的反應(yīng)試劑。 (2) 在搞清楚光合作用和生物固氮機理的基礎(chǔ)上，設(shè)計催化劑和反應(yīng)途徑，以便打斷CO2, N2等穩(wěn)定分子中的惰性化學鍵。 (3) 研究其它各種酶催化反應(yīng)的機理。酶對化學反應(yīng)的加速可達100億倍，專一性達100%。如何模擬天然酶，制造人工催化劑，是化學家面臨的重大難題。 (4) 選鍵化學的理論和實驗技術(shù)。,(2) 化學的第二根本規(guī)律-結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系 這里“結(jié)構(gòu)”和“性能”是廣義的，前者包含構(gòu)型、構(gòu)象、手性、粒度、形狀和形貌等，后者包含物理、化學和功能性質(zhì)以及生物和生理活性等。雖然W孔恩從理論上證明一個分子的電子云密度可以決定它的所有性質(zhì)，但實際計算困難很多，現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系的了解，還遠遠不夠。所以這是21世紀化學的第二個重大理論難題。,(3) 化學的第三世紀難題：生命現(xiàn)象的化學機理 (i) 研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理，這是藥物設(shè)計的基礎(chǔ)。 (ii) 哈佛大學化學教授Schreiber所創(chuàng)建化學遺傳學 (iii) 化學生物學 (iv) 搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草動物胃內(nèi)酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應(yīng)機理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。,(v) 人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計算機。如何徹底了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能將是21世紀的腦科學、生物學、化學、物理學、信息和認知科學等交叉學科共同來解決的難題。 (vi) 了解活體內(nèi)信息分子的運動規(guī)律和生理調(diào)控的化學機理。 (vii) 了解從化學進化到手性和生命起源的飛躍過程。 (viii) 如何實現(xiàn)從生物分子biomolecules到分子生命molecular life的飛躍？如何制造活的分子(Make life)，跨越從化學進化到生物進化的鴻溝。 (ix) 研究復(fù)雜、開放、非平衡的生命系統(tǒng)的熱力學，耗散和混沌狀態(tài)，分形現(xiàn)象等非線形科學問題。,(4) 化學的第四世紀難題：納米尺度的基本規(guī)律,21世紀的化學不但要認識世界、改造世界，更要保護世界,化學家缺少品牌意識，沒有在社會上樹立化學的美好品牌?；瘜W與化工被認為是污染源，這也是中學生不愿報考大學化學專業(yè)的原因之一。其實，造成環(huán)境污染的不僅僅是化學，更重要的是森林破壞，水土流失，沙漠化和沙塵暴，汽車尾氣排放，煤燃燒，還有微電子工業(yè)等。而分析、監(jiān)測、治理環(huán)境污染的正是化學家?；瘜W家已提出綠色化學的奮斗目標?；瘜W家不但要認識世界、改造世界，還要保護世界。,無機化學的學習方法,基本理論和概念的掌握、概念的關(guān)聯(lián)是學好無機化學的前提；其中，能量和化學平衡是主線。 理論的靈活和合理應(yīng)用是學好無機化學的關(guān)鍵。特別要注意理論的適用范圍，不可亂用、濫用。 元素周期律是學好元素部分知識的核心。上下左右元素移位與性質(zhì)的變化規(guī)律須細心捕捉，求同存異。,