2016-05-02 10:05:26

化学

编辑词条

化学是自然科学的一种,在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构与变化规律的科学。

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    基本信息

    • 中文名称

      化学

    • 外文名称

      Chemistry

    • 首创时间

      1775年

    • 首创人

      拉瓦锡

    • 学科级别

      一级学科

    • 专业代码

      0703

    • 二级学科

      无机、有机、物化、分析、高分子

    开设院校
    毕业生平均月薪
    毕业生分布
    毕业生工作地点

    折叠 编辑本段 基本信息

    化学(英语:Chemistry)是一门研究物质的性质、组成、结构、变化、用途、制法,以及物质变化规律的自然科学。化学与工业、农业、日常生活、医学、材料等均有十分紧密的联系。如:石油天然气燃烧后产生了二氧化碳等物质。化学研究的对象涉及物质之间的相互关系,或物质和能量之间的关联。传统的化学常常都是关于两种物质接触、变化,即化学反应,又或者是一种物质变成另一种物质的过程。这些变化有时会需要使用电磁波,当中电磁波负责激发化学作用。不过有时化学都不一定要关于物质之间的反应。光谱学研究物质与光之间的关系,而这些关系并不涉及化学反应。

    折叠 编辑本段 基本概念

    “化学”一词,若单是从字面解释就是“变化的科学”。化学如同物理一样皆为自然科学的基础科学。化学是一门以实验为基础的自然科学。很多人称化学为“中心科学”(Central science),但这是一个不太准确的概念。它是研究物质的组成、结构、性质、及变化规律的科学。这是化学变化的核心基础,是西方科学。

    化学对我们认识和利用物质具有重要的作用,宇宙是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造物质世界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,它与人类进步和社会发展的关系非常密切,它的成就是社会文明的重要标志。

    从开始用火的原始社会,到使用各种人造物质的现代社会,人类都在享用化学成果。人类的生活能够不断提高和改善,化学的贡献在其中起了重要的作用。

    化学是重要的基础科学之一,在与物理学、生物学、地理学[1]、天文学等学科的相互渗透中,得到了迅速的发展,也推动了其他学科和技术的发展。例如,核酸化学的研究成果使今天的生物学从细胞水平提高到分子水平,建立了分子生物学;对各种星体的化学成分的分析,得出了元素分布的规律,发现了星际空间有简单化合物的存在,为天体演化和现代宇宙学提供了实验数据,还丰富了自然辩证法的内容。

    折叠 编辑本段 相关作用

    1.保证人类的生存并不断提高人类的生活质量。如:利用化学生产化肥和农药,以增加粮食产量;利用化学合成药物,以抑制细菌和病毒,保障人体健康;利用化学开发新能源、新材料,以改善人类的生存条件;利用化学综合应用自然资源和保护环境以使人类生活得更加美好。

    2. 化学是一门是实用的学科,它与数学物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域,化学是改造自然的强大力量的重要支柱。目前,化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源问题、粮食问题、环境问题、健康问题、资源与可持续发展等问题。

    3.化学与其他学科的交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电子、航天、初中化学实验 空气中氧气含量的测定 装置的改进初中化学实验 空气中氧气含量的测定 装置的改进激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。

    4.(最重要的一点,也是所有科学学科共有的作用)培养不断进取、发现、探索、好奇的心理,激发人类对理解自然,了解自然的渴望,丰富人的精神世界。

    当今,化学日益渗透到生活的各个方面,特别是与人类社会发展密切相关的重大问题。总之,化学与人类的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等方面都有密切的联系,它是一门社会迫切需要的实用学科。

    折叠 编辑本段 化学规律

    1、溶解性规律——见溶解性表;

    2、常用酸、碱指示剂的变色范围#

    3、在惰性电极上,各种离子的放电顺序:九年级上册化学《化学方程式》利用化学方程式的简单计算 初三上册化学九年级上册化学《化学方程式》利用化学方程式的简单计算 初三上册化学

    阴极(夺电子的能力):Au3+ >;Ag+>;Hg2+ >;Cu2+>Fe3+ >;Pb2+ >;Fe2+ >;Zn2+ >;H+ >;Al3+>;Mg2+ >;Na+ >;Ca2+ >;K+

    阳极失电子的能力):S2- >;I- >;Br–>;Cl- >;OH⁻ >;含氧酸根

    注意:若用金属作阳极,电解时阳极本身发生氧化还原反应(Pt、Au除外)

    4、双水解离子方程式的书写:(1)左边写出水解的离子,右边写出水解产物;化学化学

    (2)配平:在左边先配平电荷,再在右边配平其它原子;(3)H、O不平则在那边加水。

    例:当Na2CO3与AlCl3溶液混合时: 3 CO32- + 2Al3+ + 3H2O = 2Al(OH)3↓+ 3CO

    5、写电解总反应方程式的方法:(1)分析:反应物、生成物是什么;(2)配平。

    例:电解KCl溶液:2KCl + 2H2O == H2↑+ Cl2↑+ 2KOH 配平:2KCl + 2H2O == H2↑+ Cl2↑+ 2KOH

    6、将一个化学反应方程式分写成二个电极反应的方法:(1)按电子得失写出二个半反应式;(2)再考虑反应时的环境(酸性或碱性);(3)使二边的原子数、电荷数相等。

    例:蓄电池内的反应为:Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 试写出作为原电池(放电)时的电极反应。

    写出二个半反应:Pb –2e- →PbSO4 PbO2 +2e- →PbSO4

    分析:在酸性环境中,补满其它原子: 应为: 负极:Pb + SO42- -2e- = PbSO4

    正极:PbO2 + 4H+ + SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O

    注意:当是充电时则是电解,电极反应则为以上电极反应的倒转:

    为: 阴极:PbSO4 +2e- = Pb + SO42- 阳极:PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42-

    7、在解计算题中常用到的恒等:原子恒等、离子恒等、电子恒等、电荷恒等、电量恒等,用到的方法有:质量守恒、差量法、归一法、极限法、关系法、十字交法 和估算法。(非氧化还原反应:原子守恒、电荷 平衡、物料平衡用得多,氧化还原反应:电子守恒用得多)

    8、电子层结构相同的离子,核电荷数越多,离子半径越小;

    9、晶体的熔点:原子晶体>;离子晶体>;分子晶体 中学学到的原子晶体有:Si、SiC 、SiO2=和金刚石。 原子晶体的熔点的比较是以原子半径为依据的: 金刚石>; SiC >; Si (因为原子半径:Si>; C>; O)。

    10、分子晶体的熔、沸点:组成和结构相似的物质,分子量越大,熔、沸点越高。

    11、胶体的电性:一般说来,金属氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子带正电,非金属氧化物、金属硫化物 的胶体粒子带负电。

    12、氧化性:kMnO4>pbo2>HNO3,H2SO4(浓) >;Cl2 >;Br2 >;Fe3+ >;I2 >;S(Ⅳ)(+4价的S) 例: SO2 + 2H2O + I2  = H2SO4 + 2HI

    13、含有Fe3+的溶液一般呈酸性。

    14、能形成氢键的物质:H2O 、NH3 、HF、CH3CH2OH 。

    15、氨水(乙醇溶液一样)的密度小于1,浓度越大,密度越小,硫酸的密度大于1,浓度越大,密度越大,98%的浓硫酸的密度为:1.84g/cm3.

    16、离子是否共存:(1)是否有沉淀生成、气体放出;(2)是否有弱电解质生成;(3)是否发生氧化还原反应;(4)是否生成络离子[Fe(SCN)2、Fe(SCN)3、Ag(NH3)+、[Cu(NH3)4]2+ 等];(5)是否发生双水解。

    17、地壳中:含量最多的金属元素是Al,含量最多的非金属元素是O,HClO4(高氯酸)—是最强的无机酸

    18、熔点最低的金属是Hg (-38.9摄氏度),;熔点最高的是W(钨3410摄氏度);密度最小(常见)的金属是K;密度最大(常见)的金属是Pt.

    19、PH值小于5.6的雨水是酸雨。

    20、常见有机酸酸性的强弱:乙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>碳酸>苯酚>HCO3-

    21、有机鉴别时,注意用到水和溴水这二种物质。

    例:鉴别:乙酸乙酯(不溶于水,浮)、溴苯(不溶于水,沉)、乙醛(与水互溶),则可用水。

    22、取代反应包括:卤代、硝化、磺化、卤代烃水解、酯的水解、酯化反应等;

    23、最简式相同的有机物,不论以何种比例混合,只要混和物总质量一定,完全燃烧生成的CO2、H2O及耗O2的量是不变的。恒等于单一成分该质量时产生的CO2、H2O和耗O2量。

    24、可使溴水褪色的物质如下,但褪色的原因各自不同:烯、炔等不饱和烃(加成褪色)、苯酚(取代褪色)、乙醇、醛、甲酸、草酸、葡萄糖等(发生氧化褪色)、有机溶剂[CCl4、氯仿、溴苯、CS2(密度大于水),烃、苯、苯的同系物、酯(密度小于水)]发生了萃取而褪色。

    25、能发生银镜反应的有:醛、甲酸、甲酸盐、甲酰铵(HCNH2O)、葡萄糖、果糖、麦芽糖,均可发生银镜反应。(也可同Cu(OH)2反应) 计算时的关系式一般为:—CHO ——2Ag

    注意:当银氨溶液足量时,甲醛的氧化特殊:HCHO ——4Ag ↓+ H2CO3

    反应式为:HCHO +4[Ag(NH3)2]OH = (NH4)2CO3 + 4Ag↓+ 6NH3 ↑+ 2H2O

    26、胶体的聚沉方法:(1)加入电解质;(2)加入电性相反的胶体;(3)加热。

    常见的胶体:液溶胶:Fe(OH)3、AgI、牛奶、豆浆、粥等;气溶胶:雾、云、烟等;固溶胶:有色玻璃、烟水晶等。

    27、污染大气气体:SO2、CO、NO2、NO、O3,其中SO2、NO2形成酸雨;CO2是温室效应的主要原因。

    28、环境污染:大气污染、水污染、土壤污染、食品污染、固体废弃物污染、噪声污染。工业三废:废渣、废水、废气。

    29、在室温(20C.)时溶解度在10克以上——易溶;大于1克的——可溶;小于1克的——微溶;小于0.01克的——难溶。

    30、人体含水约占人体质量的2/3.地面淡水总量不到总水量的1%。当今世界三大矿物燃料是:煤、石油、天然气。石油主要含C、H等元素。

    31、生铁的含C量在:2%——4.3% 钢的含C量在:0.03%——2% 。粗盐:是NaCl中含有MgCl2和CaCl2,因为MgCl2吸水,所以粗盐易潮解。浓HNO3在空气中形成白雾。固体NaOH在空气中易吸水形成溶液。

    32、气体溶解度:在一定的压强和温度下,1体积水里达到饱和状态时气体的体积。

    33、化学式和化学方程式是学习的基础。例:CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

    折叠 编辑本段 发展历程

    16世纪开始,欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,使炼金术转向生活和实际应用,继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后,通过对燃烧现象的精密实验研究,建立了科学的氧化理论和质量守恒定律,随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,为化学进一步科学的发展奠定了基础。

    1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期,使化学沿着正确的轨道发展。19世纪初,英国化学家道尔顿提出近代原子学说,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论。接着意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念。自从用原子-分子论来研究化学,化学才真正被确立为一门科学。这一时期,建立了不少化学基本定律。俄国化学家门捷列夫发现元素周期律,德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论,这些都使化学成为一门系统的科学,也为现代化学的发展奠定了基础。

    通过对矿物的分析,发现了许多新元素,加上对原子分子学说的实验验证,经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等等的发现,导致有机化学结构理论的建立,使人们对分子本质的认识更加深入,并奠定了有机化学的基础。

    1 9世纪下半叶,热力学等物理学理论引入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平。

    二十世纪的化学是一门建立在实验基础上的科学,实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后,由于受到自然科学其他学科发展的影响,并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法,化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展,而且在理论方面取得了许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。

    近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用,对现代化学的发展起了很大的推动作用。19世纪末,电子、X射线和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。

    在结构化学方面,由于电子的发现开始并确立的现代的有核原子模型,不仅丰富和深化了对元素周期表的认识,而且发展了分子理论。应用量子力学研究分子结构,产生了量子化学。

    从氢分子结构的研究开始,逐步揭示了化学键的本质,先后创立了价键理论、分子轨道理论和佩位场理论。化学反应理论也随着深入到微观境界。应用X射线作为研究物质结构的新分析手段,可以洞察物质的晶体化学结构。测定化学立体结构的衍射方法,有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法。其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多。

    研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等,与计算机联用后,积累大量物质结构与性能相关的资料,正由经验向理论发展。电子显微镜放大倍数不断提高,人们以可直接观察分子的结构。

    经典的元素学说由于放射性的发现而产生深刻的变革。从放射性衰变理论的创立、同位素的发现到人工核反应和核裂变的实现、氘的发现、中子和正电子及其它基本粒子的发现,不仅是人类的认识深入到亚原子层次,而且创立了相应的实验方法和理论;不仅实现了古代炼丹家转变元素的思想,而且改变了人的宇宙观。

    作为20世纪的时代标志,人类开始掌握和使用核能。放射化学和核化学等分支学科相继产生,并迅速发展;同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生。元素周期表扩充了,已有117号元素,并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”。与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作,都在不断补充和更新元素的观念。

    在化学反应理论方面,由于对分子结构和化学键的认识的提高,经典的、统计的反应理论以进一步深化,在过渡态理论建立后,逐渐向微观的反应理论发展,用分子轨道理论研究微观的反应机理,并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论。分子束、激光和等离子技术的应用,使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实,从而化学动力学已有可能从经典的、统计的宏观动力学深入到单个分子或原子水平的微观反应动力学。

    计算机技术的发展,使得分子、电子结构和化学反映的量子化学计算、化学统计、化学模式识别,以及大规模术技的处理和综合等方面,都得到较大的进展,有的已经逐步进入化学教育之中。关于催化作用的研究,以提出了各种模型和理论,从无机催化进入有机催化和增物催化,开始从分子微观结构和尺寸的角度核生物物理有机化学的角度,来研究酶类的作用和酶类的结构与其功能的关系。

    分析方法和手段是化学研究的基本方法和手段。一方面,经典的成分和组成分析方法仍在不断改进,分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量;另一方面,发展初许多新的分析方法,可深入到进行结构分析,构象测定,同位素测定,各种活泼中间体如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等的直接测定,以及对短寿命亚稳态分子的检测等。分离技术也不断革新,离子交换、膜技术、色谱法等等。

    合成各种物质,是化学研究的目的之一。在无机合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不仅开创了无机合成工业,而且带动了催化化学,发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体超导材料和二茂铁等配位化合物。

    在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下,各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较大发展。稀有气体化合物的合成成功又向化学家提出了新的挑战,需要对零族元素的化学性质重新加以研究。无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科。

    酚醛树脂的合成,开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成,使高分子的概念得到广泛的确认。后来,高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进,使高分子化学得以迅速发展。

    各种高分子材料合成和应用,为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术,以及人们衣食住行各方面,提供了多种性能优异而成本较低的重要材料,成为现代物质文明的重要标志。高分子工业发展为化学工业的重要支柱。20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展,许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决,还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂,在此基础上,精细有机合成,特别是在不对称合成方面取得了很大进展。

    一方面,合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物;另一方面,合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物。这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用;为合成有高度生物活性的物质,并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等,提供了有利的条件。

    20世纪以来,化学发展的趋势可以归纳为:由宏观向微观、由定性向定量、由稳定态向亚稳定态发展,由经验逐渐上升到理论,再用于指导设计和开创新的研究。一方面,为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料;另一方面,在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科,并向探索生命科学宇宙起源的方向发展。

    折叠 编辑本段 学科分类

    折叠 无机化学

    元素化学、无机合成化学、无机高分子化学、无机固体化学、配位化学(即络合物化学)、同位素化学、生物无机化学、金属有机化学、金属酶化学等。

    折叠 有机化学

    普通有机化学、有机合成化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化学。

    折叠 物理化学

    结构化学、热化学、化学热力学、化学动力学、电化学、溶液理论、界面化学、量子化学、催化作用及其理论等。

    折叠 分析化学

    化学分析、仪器和新技术分析。

    折叠 高分子化学

    天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应用、高分子物力。

    折叠 核化学

    放射性元素化学、放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学。

    折叠 生物化学

    一般生物化学、酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学等。

    其它与化学有关的边缘学科还有:物理化学,地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、宇宙化学、星际化学等。

    参考资料:

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