化学的魅力

化学的魅力南京市金陵中学江敏学过科学以后，你周围的世界仿佛就变了样子。就拿树来说吧，树的构成材料居然主要是空气。你把树焚烧了，树就会化作原来的空气，在火焰的光热中散发出来的是原来被束缚在里面用来把空气转化成树的太阳光热。在灰烬中的那一小部分残余物质，则本来不是空气，而是来自固体物质的泥土。这些真都十分有趣，这样的例子，科学里面简直是俯拾皆是，不胜枚举。这样一些例子都是很有激励作用的，你可以用它们去激励、去启迪、去教育别人。——理查德·费曼化学展示的是一个可以理解的物质世界气球的模型碳原子的基本成键方式CCHHHHCCHHHHCCCNNOFHNCONCNOHHHHNNHONHHHNNCH3OOHHNNNNNHHHHNNNNOHNHHHDNA结构模型的建立根据上述四种碱基的结构，试说明这四种碱基间通过氢键可能的配对方式NNCH3OOHH胸腺嘧啶（T）NNHONHHH胞嘧啶（C）NNNNNHHHH(A)腺嘌呤NNNNOHNHHH(G)鸟嘌呤WatsonandCrickwiththeirmodelofDNAAuAgHgCu(H)PbSnFeZnAlMgNaCaK加热法热还原法电解法金属冶炼的方法与金属活动的相互关系商朝的司母戊鼎春秋时期的铁锄和铁削用电解法冶炼铝-7000-6000-5000-4000-3000-2000-10000100020003000AuAgCuSnFeZnAlMgNaCaK南京博物院珍宝馆中的青铜灯化学展示的是一个可以理解的物质世界化学赋有智慧石墨的结构片段从苯建立石墨片层结构的数学模型C6H6C10H8C14H10C10H8C16H10C22H12C14H10C22H12C30H14C4n+2H2n+4C6n+4H2n+6C8n+4H2n+8C(2m+2)n+2mH2n+2m+2C%=100%96%97.3%97.96%C%max石墨结构的层状堆积石墨向金刚石的转化石墨与金刚石石墨与金刚石的转化—结构特点在金刚石中，最小的碳原子环上，含有的碳原子数为6个石墨向金刚石的转化为什么石墨的熔点比金刚石高？154pm石墨熔化时，破坏了层内的共价键。而石墨的层内共价键的键长比金刚石晶体中的碳碳键的键长短，所以键能更高，导致熔点升高。1311石墨转化为金刚石反应条件的意义C(金刚石)==C(石墨)，△H0高温、高压、催化剂破坏化学键拉近层间距离加快反应速率反思的力量石墨与碳纳米管(5,5)Armchair(6,6)Armchair(7,7)Armchair反思的力量足球烯1996年诺贝尔化学奖HCCH催化剂CHCHnnCHCHCHCHCHCHCHCH塑料变成了导体TheNobelPrizeinChemistry2000AlanJ.HeegerAlanG.MacDiarmidHidekiShirakawaUSAUSAandNewZealandJapan在变成导体时，聚合物必须模仿金属。聚合物的电子需要自由地运动，而不是被束缚在原子上。塑料是分子聚合物，形成长链的分子就像脖子的珍珠一样不断重复自己。CHCHCHCHCHCHCHCH单、双键交替的结构使之成为可能要成为导电体，还要使结构中的电子能动起来。CHCHCHCHCHCHCHCH+I2+I-CHCHCHCHCHCHCHCH+加入碘后，电子就会被杂质吸引，电子原来所在的位置就会出现空洞。于是，其他电子先后流动起来起来，以弥补这个空洞，从而产生了电流。反思的力量石墨与石墨烯安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫把科研当成快乐的游戏—2010诺贝尔物理学奖获得者反思的力量苯石墨金刚石碳纳米管稠合转化卷曲物质的内在的统一性石墨烯单层多聚乙炔剪边化学展示的是一个可以理解的物质世界化学赋有智慧智慧蕴育财富1898年英国物理学家克鲁克斯“由于人口的增加，土地变得狭窄了，长此下去，粮食不足的时代就会到来，解决的方法是必须找到新的氮肥”物理学家的警告：化学家的贡献1900年奥斯瓦尔德教授用铁丝做催化剂，将NH3分解为氢气和氮气，反过来又使容积6%的氮气和氢气合成氨。为此，他向德国巴登苯胺纯碱公司（BASF公司）请求援助资金100万马克。可逆反应年轻的化学家博施发现问题1902年化学家弗兰克和卡勒把碳化钙用电炉加热到1000℃以上，使它与空气中的氮气反应而制成石灰氮。CaC2+N2+3O2==Ca3N2+6CO3置换反应的基本规律德国巴登苯胺纯碱公司抢先付给哈伯2500美元预订费，并答应购买以后的全部研究成果。1907年哈伯选择锇或铀作催化剂在550℃，150~250大气压下，得到8.25%的氨。第一次获得0.1kg的氨。与此同时，能斯特选择铂粉、锰作催化剂，在685℃，50大气压下，得到0.96%的氨。从合成氨反应的原理，分析哈伯与能斯特实验结果差异的原因WilhelmOstwald1909年诺贝尔化学奖1920年诺贝尔化学奖WaltherHermannNernst1909年哈伯又提出了“循环”的新概念：让没有发生化学反应的氮气和氢气重新返回到反应器中，把已经反应的NH3通过冷凝分离出来，这样周而复始，以提高合成氨的获得率，使流程实用化。及时分离出氨，对化学平衡体系会产生怎样的影响？NH3的沸点为-33.5℃，为何在工业生产过程中，仅用冷却水就可将其液化？当年7月2日，哈伯在实验室制成了一座小型的合成氨装置模型，这种装置魔术般的以每小时0.08kg的速率合成着氨。博施亲眼看到了液氨滴落的情况。巴登苯胺纯碱公司立即买下哈伯合成氨的专利，并将其全部研究成果接受下来。“不管生产工艺如何改进，合成氨的售价如何下降，巴登苯胺纯碱公司每售出1吨氨，哈伯分享10马克，其收入永不改变.”1919年，瑞典科学院考虑到哈伯的合成氨已在经济生产中显示出巨大的作用，为哈伯颁发了1918年度的诺贝尔化学奖哈伯FritzHaber1918年诺贝尔化学奖工业化进程中的材料问题：能经受住高温高压的反应容器催化剂双层反应塔氧化铁与少量氧化铝的混合物博施在20年后获得诺贝尔化学奖是说：“合成氨的整个发展，很大程度上是依靠这个简单的解决办法。”——铁触媒1931年获诺贝尔化学奖博施Carlbosch合成氨工厂的外景诺贝尔化学奖得主G.T.西博格在纪念美国化学会成立100周年大会上演讲“无论过去、现在和可预见的将来，再也不能找到任何一门其他工业，比化肥工业更直接关系到国计民生了······。无论从经济的发展还是人类的进步而言，合成氨的发明都是本世纪科学领域中最辉煌的成就之一。”化学家的评价1950年19050年代粮食单产（kg）每亩施用化肥用量(kg)1970年3401351976年365155化工生产中的游戏烫发精的演变小药片中的智慧丝心蛋白中的氨基酸的典型排列乙酰水杨酸是常用的一种解热镇痛药物，俗称阿斯匹林。科学家试图把它连接在某种高分子化合物上，使之在人体内缓慢水解，逐渐释放出该药物来，以求药物起长效作用。这种药物中的一种结构为：CH2CCH3COCH2CH2OCOOOCCH3OnaCOOHOCOCH3