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1、第十三讲第十三讲 化学与人类文明化学与人类文明1什么是化学？什么是化学？ 化学对人类文明的贡献非常巨大，为纪念化学对人类文明的贡献非常巨大，为纪念化学学科所取得的成就以及对人类文明的化学学科所取得的成就以及对人类文明的贡献，联合国把贡献，联合国把2011年确定为年确定为“国际化国际化学年学年”，化学年的主题是，化学年的主题是“我们的生活，我们的生活，我们的未来我们的未来”。 化学是研究物质的组成、结构、性质、以化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。世界是由物质组成的及变化规律的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要
2、方法和手段之一，它是一门历史悠的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。文明的重要标志。2讲述内容讲述内容 化学与生活化学与生活 化学与农业、能源、材料、生命化学与农业、能源、材料、生命 化学科学面临的机遇与挑战化学科学面临的机遇与挑战环境环境问题问题 化学在现代社会中的地位与作用化学在现代社会中的地位与作用3化学与生活化学与生活 衣衣：丰富多彩的合成纤维是化学的一大贡献。我们身上穿的衣服，无论是尼龙（聚酰胺纤维）、涤纶（的确良、聚酯纤维，聚对苯二甲酸乙二酯），还是腈纶，都属于合成纤维，是从石油化工中取得原料来合
3、成高分子聚合物，然后再进行抽丝而织成的纤维。色泽鲜艳的衣料是经过化学处理和印染工艺来获得。4 棉织物：迅速吸水、快速干燥，产生凉爽感 ，穿着舒适，具有良好的水洗性，不起静电 丝织物：吸水性强，手感柔和，光泽强，不起静电，不起“球”，但容易被虫蛀 羊毛织物：保暖性能强，弹性良好，吸水性较缓慢，很少静电，但容易起球，容易被虫蛀 合成纤维：强度高，耐磨，吸湿性差，透气性差 混纺衣料：天然纤维与合成纤维按一定的比例混纺，充分发挥各自优点，舒适、美观5食食： 用纯碱发面制馒头，松软可口 各种饮用酒，经粮食等原料发生一系列化学变化制得； 加工制造色香味俱佳的食品，离不开各种食品添加剂，如甜味剂、防腐剂、香
4、料、调味剂和色素等等，它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法从天然产物中提取出来的。6松花蛋的制作原理松花蛋的制作原理 灰料中的强碱（氢氧化钠、氢氧化钾）从蛋壳外渗透到蛋黄和蛋清中，与其中的蛋白质作用，致使蛋白质分解、凝固并放出少量的硫化氢气体。同时，渗入的碱进一步与蛋白质分解出的氨基酸发生中和反应，生成的盐的晶体以漂亮的外形凝结在蛋清中，像一朵一朵的“松花”。而硫化氢气体则与蛋黄和蛋清中的矿物质作用生成各种硫化物，于是蛋黄、蛋清的颜色发生变化，蛋黄呈墨绿色，蛋清呈特殊的茶绿色。食盐可使皮蛋收缩离壳，增加口感和防腐等。加入的铅丹可催熟皮蛋，促使皮蛋收缩离壳。而茶叶中的单宁和芳香油，可使蛋白质
5、凝固着色和增加皮蛋的风味。7 住住：建筑材料如水泥、钢筋、磁砖、玻璃、铝和塑胶等均来自化学工业的制成品。由于有了化学，我们的住房才有多彩的装饰。生石灰浸在水中成熟石灰，熟石灰涂在墙上干后成洁白坚硬的碳酸钙，覆盖了泥土的黄色，房子才显得整洁明亮。化学炼出钢铁，我们才有铁制品使用。化学加工石油，我们才能用上轻便的塑料。化学锻烧陶土，才能使房屋有漂亮的瓷砖表面。8行行： 化学反应是交通工具得以行驶的动力。没有燃料的燃烧放出热量，车辆根本无法开动。 交通工具还需要各种汽油添加剂、防冻剂，以及机械部分的润滑剂，这些无一不是石油化工产品。9 此外，人们需要的药品，洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的
6、用品也都是化学制剂。 可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关，人人都需要用化学制品，可以说我们生活在化学世界里。10化学与农业化学与农业 农业要大幅度的增产，农、林、牧、副、渔各业要全面发展，在很大程度上依赖于化学科学的成就。化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品，不仅可以提高产量，而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农药的研制，长效、复合化肥的生产，农、副业产品的综合利用和合理贮运，也都需要应用化学知识。11化学与能源化学与能源 在能源开发和利用方面，能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大
7、地推进了世界经济和人类社会的发展。 化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重大贡献，现在又在为开发新能源积极努力。利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题。12 化学与材料化学与材料 材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学，它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能的新材料，如高温超导体、非线性光学材料和功能性高分子合成材料等。 化学帮助人类从直接利用天然材料迈向创造和合成特定性能的材料。激光、航空、航天、导弹和纳米技术所需要的高新材料，也依赖于化学合成。13化学与生命化学与生命 生命过程中充满着各种生物化学反应，随着生命科学的迅速发展，对一些生命现象的研究已经进入
8、分子水平，利用化学知识可以解决生命的疑难，揭示生命的奥秘。 生命科学中的化学问题已成为当今化学科学的重大的前沿课题之一。这个课题关系到在分子基础上对生命现象和生命过程的深入认识，关系到对人类自身的认识，与医学和工农业的发展有直接的关系。14化学面临的机遇与挑战化学面临的机遇与挑战化学与环境化学与环境 作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中不断排放出大量有毒物质，化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。 但是环境的问题必然会随着化学科学的发展得到妥当的解决，也必须依靠化学技术的发展来解决。 目前主要环境问题是水和大气。15水问题水
9、问题 世界淡水资源仅占我们地球上水资源的0.64。 中国已被联合国列为13个贫水国家之一。 2013年，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。16 市场上的饮用水的种类市场上的饮用水的种类17 解决水污染问题离不开化学。污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。 目前发展膜技术是解决中国水资源可持续利用的战略途径，可同时解决水资源短缺和水污染的问题。18大气问题大气问题 温室
10、效应二氧化碳 臭氧空洞氟利昂等 酸 雨二氧化硫等19 温室效应：就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。20 全球变暖正以两种方式导致海平面不断上升：热膨胀令海水体积变大，冰川融化令海水总量增多。自从1900年以来，全球海平面已升高了20.32厘米，现在海平面正以大约每年0.32厘米的速度升高，这个速度还在不断提高。2012年，美国国家海洋和大气管理局下属的一个专家小组估计，到2100年海平面最多会升高2米。21 臭氧层是大气平流层中臭氧浓度最大处，是地
11、球的一个保护层，太阳紫外线辐射大部被其吸收。臭氧层空洞是大气平流层中臭氧浓度大量减少的空域。221985年英国南极考察队在南纬60地区观测发现臭氧层空洞，引起世界各国极大关注。臭氧层的臭氧浓度减少，使得太阳对地球表面的紫外辐射量增加，对生态环境产生破坏作用，影响人类和其他生物有机体的正常生存。 臭氧层为什么会出现“空洞”？许多科学家认为，是使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用的结果。氟利昂由碳、氯、氟组成，其中的氯离子释放出来进入大气后，能反复破坏臭氧分子，自己仍保持原状，因此尽管其量甚微，也能使臭氧分子减少到形成“空洞”。 随着国家发布了对氟利昂制冷剂的规定，凡是带有氟利昂制冷剂产品2010年
12、全部不准销售。23 普通的雨水正常pH值是5.6，酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。 酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的。我国的酸雨主要因大量燃烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨，少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。2425 酸雨对我们人类的生态环境，有极大的危害。 1) 腐蚀建筑物和工业设备； 2) 破坏露天的文物古迹； 3) 损坏植物叶面，导致森林死亡； 4) 使湖泊中鱼虾死亡； 5) 破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡； 6)
13、饮用酸化造成的地下水,对人体有害。26 减少酸雨主要是要减少烧煤排放的二氧化硫和汽车排放的氮氧化物。要采用烟气脱硫设备。 目前石灰石石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。27 环境问题是由化学工业排放的大量废弃物造成的，对化学的发展提出了严峻的挑战。 解决环境问题，从根本上说，需要大力发展既能支撑经济发展，又能满足环境的要求，并且保证可持续发展的新化学绿色化学。 绿色化学体现了化学科学、技术和社会的相互联系和相互作用，是社会对化学科学发展的新要求。它对于保护人类赖以生存的环境、实现人类社会的可持续发展具有重要意义。28
14、绿色化学研究的内容绿色化学研究的内容 (1)原料的绿色化，即采用无毒、无害原料，利用可再生资源。 (2) 化学反应的绿色化， 指化学反应以 原子经济性 为基本原则， 即在获 取新物质的化学反应中，充分利用参与反应的每个原料的原子，实现零排放; 反应过程不产生其他副产品;反应采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂。 (3) 产品的绿色化， 即生产无毒、元害， 有利于保护环境和人类安全的环境友好产品。29 绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子，因此既可以充分利用资源，又不产生污染，因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色
15、化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。30化学在现代社会中的地位和作用化学在现代社会中的地位和作用 化学是一门中心科学。美国著名化学家布里斯罗化学中的机会今天和明天:“化学是一门中心学科，它与社会发展各方面的需要都有密切关系”。 化学是一门承上启下的中心科学； 化学在推动人类进步和科技发展中起了核心科学的作用； 化学是一门社会迫切需要的中心科学； 化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有紧密的联系，是交叉和渗透的中心科学。31 现代社会的发展现代社会的发展, ,化学仍然扮演着十分重化学仍然扮演着十分重要的角色。要的角色。 1）化学仍是解决食物和健康问题的主要学科之一. 2）化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用。 3）化学将继续推动材料科学发展 4）化学仍是提高人类生存质量和生存安全的有效保障32
