化學

化學

化學是自然科學的一種,在分子、原子層次上研究物質性質、組成、結構與變化規律的科學。

  • 中文名稱
    化學
  • 外文名稱
    Chemistry
  • 首創時間
    1775年
  • 首創人
    拉瓦錫
  • 學科級別
    一級學科
  • 專業代碼
    0703
  • 二級學科
    無機、有機、物化、分析、高分子

基本信息

化學(英語:Chemistry)是一門研究物質的性質、組成、結構、變化、用途、製法,以及物質變化規律的自然科學。化學與工業、農業、日常生活、醫學、材料等均有十分緊密的聯系。如:石油天然氣燃燒後產生了二氧化碳等物質。化學研究的對象涉及物質之間的相互關系,或物質和能量之間的關聯。傳統的化學常常都是關于兩種物質接觸、變化,即化學反應,又或者是一種物質變成另一種物質的過程。這些變化有時會需要使用電磁波,當中電磁波負責激發化學作用。不過有時化學都不一定要關于物質之間的反應。光譜學研究物質與光之間的關系,而這些關系並不涉及化學反應。

化學

基本概念

“化學”一詞,若單是從字面解釋就是“變化的科學”。化學如同物理一樣皆為自然科學的基礎科學。化學是一門以實驗為基礎的自然科學。很多人稱化學為“中心科學”(Central science),但這是一個不太準確的概念。它是研究物質的組成、結構、性質、及變化規律的科學。這是化學變化的核心基礎,是西方科學。

化學

化學對我們認識和利用物質具有重要的作用,宇宙是由物質組成的,化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一,它是一門歷史悠久而又富有活力的學科,它與人類進步和社會發展的關系非常密切,它的成就是社會文明的重要標志。

從開始用火的原始社會,到使用各種人造物質的現代社會,人類都在享用化學成果。人類的生活能夠不斷提高和改善,化學的貢獻在其中起了重要的作用。

化學是重要的基礎科學之一,在與物理學、生物學、地理學、天文學等學科的相互滲透中,得到了迅速的發展,也推動了其他學科和技術的發展。例如,核酸化學的研究成果使今天的生物學從細胞水準提高到分子水準,建立了分子生物學;對各種星體的化學成分的分析,得出了元素分布的規律,發現了星際空間有簡單化合物的存在,為天體演化和現代宇宙學提供了實驗資料,還豐富了自然辯證法的內容。

相關作用

1.保證人類的生存並不斷提高人類的生活質量。如:利用化學生產化肥和國中化學實驗 空氣中氧氣含量的測定 裝置的改進雷射、地質、海洋等科學技術迅猛發展。

4.(最重要的一點,也是所有科學學科共有的作用)培養不斷進取、發現、探索、好奇的心理,激發人類對理解自然,了解自然的渴望,豐富人的精神世界。

當今,化學日益滲透到生活的各個方面,特別是與人類社會發展密切相關的重大問題。總之,化學與人類的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、國防、環境保護、醫葯衛生、資源利用等方面都有密切的聯系,它是一門社會迫切需要的實用學科。

化學規律

1、溶解性規律——見溶解性表;

2、常用酸、鹼指示劑的變色範圍#

3、在惰性電極上,各種離子的放電順序:九年級上冊化學《化學方程式》利用化學方程式的簡單計算 初三上冊化學

陰極(奪電子的能力):Au3+ >;Ag+>;Hg2+ >;Cu2+>Fe3+ >;Pb2+ >;Fe2+ >;Zn2+ >;H+ >;Al3+>;Mg2+ >;Na+ >;Ca2+ >;K+

陽極失電子的能力):S2- >;I- >;Br–>;Cl- >;OH⁻ >;含氧酸根

註意:若用金屬作陽極,電解時陽極本身發生氧化還原反應(Pt、Au除外)

4、雙水解離子方程式的書寫:(1)左邊寫出水解的離子,右邊寫出水解產物;

化學化學

(2)配平:在左邊先配平電荷,再在右邊配平其它原子;(3)H、O不平則在那邊加水。

例:當Na2CO3與AlCl3溶液混合時: 3 CO32- + 2Al3+ + 3H2O = 2Al(OH)3↓+ 3CO

5、寫電解總反應方程式的方法:(1)分析:反應物、生成物是什麽;(2)配平。

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

6、將一個化學反應方程式分寫成二個電極反應的方法:(1)按電子得失寫出二個半反應式;(2)再考慮反應時的環境(酸性或鹼性);(3)使二邊的原子數、電荷數相等。

例:蓄電池內的反應為:Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 試寫出作為原電池(放電)時的電極反應。

寫出二個半反應:Pb –2e- →PbSO4 PbO2 +2e- →PbSO4

分析:在酸性環境中,補滿其它原子: 應為: 負極:Pb + SO42- -2e- = PbSO4

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

註意:當是充電時則是電解,電極反應則為以上電極反應的倒轉:

為: 陰極:PbSO4 +2e- = Pb + SO42- 陽極:PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42-

7、在解計算題中常用到的恆等:原子恆等、離子恆等、電子恆等、電荷恆等、電量恆等,用到的方法有:質量守恆、差量法、歸一法、極限法、關系法、十字交法 和估演算法。(非氧化還原反應:原子守恆、電荷 平衡、物料平衡用得多,氧化還原反應:電子守恆用得多)

8、電子層結構相同的離子,核電荷數越多,離子半徑越小;

9、晶體的熔點:原子晶體>;離子晶體>;分子晶體 中學學到的原子晶體有:Si、SiC 、SiO2=和金剛石。 原子晶體的熔點的比較是以原子半徑為依據的: 金剛石>; SiC >; Si (因為原子半徑:Si>; C>; O)。

10、分子晶體的熔、沸點:組成和結構相似的物質,分子量越大,熔、沸點越高。

11、膠體的電性:一般說來,金屬氫氧化物、金屬氧化物的膠體粒子帶正電,非金屬氧化物、金屬硫化物 的膠體粒子帶負電。

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

13、含有Fe3+的溶液一般呈酸性。

14、能形成氫鍵的物質:H2O 、NH3 、HF、CH3CH2OH 。

15、氨水(乙醇溶液一樣)的密度小于1,濃度越大,密度越小,硫酸的密度大于1,濃度越大,密度越大,98%的濃硫酸的密度為:1.84g/cm3.

16、離子是否共存:(1)是否有沉淀生成、氣體放出;(2)是否有弱電解質生成;(3)是否發生氧化還原反應;(4)是否生成絡離子[Fe(SCN)2、Fe(SCN)3、Ag(NH3)+、[Cu(NH3)4]2+ 等];(5)是否發生雙水解。

17、地殼中:含量最多的金屬元素是Al,含量最多的非金屬元素是O,HClO4(高氯酸)—是最強的無機酸

18、熔點最低的金屬是Hg (-38.9攝氏度),;熔點最高的是W(鎢3410攝氏度);密度最小(常見)的金屬是K;密度最大(常見)的金屬是Pt.

19、PH值小于5.6的雨水是酸雨。

20、常見有機酸酸性的強弱:乙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>碳酸>苯酚>HCO3-

21、有機鑒別時,註意用到水和溴水這二種物質。

例:鑒別:乙酸乙酯(不溶于水,浮)、溴苯(不溶于水,沉)、乙醛(與水互溶),則可用水。

22、取代反應包括:鹵代、硝化、磺化、鹵代烴水解、酯的水解、酯化反應等;

23、最簡式相同的有機物,不論以何種比例混合,隻要混和物總質量一定,完全燃燒生成的CO2、H2O及耗O2的量是不變的。恆等于單一成分該質量時產生的CO2、H2O和耗O2量。

24、可使溴水褪色的物質如下,但褪色的原因各自不同:烯、炔等不飽和烴(加成褪色)、苯酚(取代褪色)、乙醇、醛、甲酸、草酸、葡萄糖等(發生氧化褪色)、有機溶劑[CCl4、氯仿、溴苯、CS2(密度大于水),烴、苯、苯的同系物、酯(密度小于水)]發生了萃取而褪色。

25、能發生銀鏡反應的有:醛、甲酸、甲酸鹽、甲酰銨(HCNH2O)、葡萄糖、果糖、麥芽糖,均可發生銀鏡反應。(也可同Cu(OH)2反應) 計算時的關系式一般為:—CHO ——2Ag

註意:當銀氨溶液足量時,甲醛的氧化特殊:HCHO ——4Ag ↓+ H2CO3

反應式為:HCHO +4[Ag(NH3)2]OH = (NH4)2CO3 + 4Ag↓+ 6NH3 ↑+ 2H2O

26、膠體的聚沉方法:(1)加入電解質;(2)加入電性相反的膠體;(3)加熱。

常見的膠體:液溶膠:Fe(OH)3、AgI、牛奶、豆漿、粥等;氣溶膠:霧、雲、煙等;固溶膠:有色玻璃、煙水晶等。

27、污染大氣氣體:SO2、CO、NO2、NO、O3,其中SO2、NO2形成酸雨;CO2是溫室效應的主要原因。

28、環境污染:大氣污染、水污染、土壤污染、食品污染、固體廢棄物污染、噪聲污染。工業三廢:廢渣、廢水、廢氣。

29、在室溫(20C.)時溶解度在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——難溶。

30、人體含水約佔人體質量的2/3.地面淡水總量不到總水量的1%。當今世界三大礦物燃料是:煤、石油、天然氣。石油主要含C、H等元素。

31、生鐵的含C量在:2%——4.3% 鋼的含C量在:0.03%——2% 。粗鹽:是NaCl中含有MgCl2和CaCl2,因為MgCl2吸水,所以粗鹽易潮解。濃HNO3在空氣中形成白霧。固體NaOH在空氣中易吸水形成溶液。

32、氣體溶解度:在一定的壓強和溫度下,1體積水裏達到飽和狀態時氣體的體積。

33、化學式和化學方程式是學習的基礎。例:CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2

發展歷程

16世紀開始,歐洲工業生產蓬勃興起,推動了醫葯化學和冶金化學的創立和發展,使煉金術轉向生活和實際套用,繼而更加註意物質化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立後,通過對燃燒現象的精密實驗研究,建立了科學的氧化理論和質量守恆定律,隨後又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,為化學進一步科學的發展奠定了基礎。

化學

1775年前後,拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說,開創了定量化學時期,使化學沿著正確的軌道發展。19世紀初,英國化學家道爾頓提出近代原子學說,突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特征,其中量的概念的引入,是與古代原子論的一個主要區別。近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋,成為說明化學現象的統一理論。接著義大利科學家阿伏加德羅提出分子概念。自從用原子-分子論來研究化學,化學才真正被確立為一門科學。這一時期,建立了不少化學基本定律。俄國化學家門捷列夫發現元素周期律,德國化學家李比希和維勒發展了有機結構理論,這些都使化學成為一門系統的科學,也為現代化學的發展奠定了基礎。

通過對礦物的分析,發現了許多新元素,加上對原子分子學說的實驗驗證,經典性的化學分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價概念的產生、的六環結構和碳價鍵四面體等學說的創立、酒石酸分割成旋光異構體,以及分子的不對稱性等等的發現,導致有機化學結構理論的建立,使人們對分子本質的認識更加深入,並奠定了有機化學的基礎。

1 9世紀下半葉,熱力學等物理學理論引入化學之後,不僅澄清了化學平衡和反應速率的概念,而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學和化學動力學的理論基礎。物理化學的誕生,把化學從理論上提高到一個新的水準。

二十世紀的化學是一門建立在實驗基礎上的科學,實驗與理論一直是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀以後,由于受到自然科學其他學科發展的影響,並廣泛地套用了當代科學的理論、技術和方法,化學在認識物質的組成、結構、合成和測試等方面都有了長足的進展,而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上產生了新的化學分支學科。

近代物理的理論和技術、數學方法及電腦技術在化學中的套用,對現代化學的發展起了很大的推動作用。19世紀末,電子、X射線和放射性的發現為化學在20世紀的重大進展創造了條件。

在結構化學方面,由于電子的發現開始並確立的現代的有核原子模型,不僅豐富和深化了對元素周期表的認識,而且發展了分子理論。套用量子力學研究分子結構,產生了量子化學。

從氫分子結構的研究開始,逐步揭示了化學鍵的本質,先後創立了價鍵理論、分子軌道理論和佩位場理論。化學反應理論也隨著深入到微觀境界。套用X射線作為研究物質結構的新分析手段,可以洞察物質的晶體化學結構。測定化學立體結構的衍射方法,有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的套用所積累的精密分子立體結構信息最多。

研究物質結構的譜學方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等,與電腦聯用後,積累大量物質結構與性能相關的資料,正由經驗向理論發展。電子顯微鏡放大倍數不斷提高,人們以可直接觀察分子的結構。

經典的元素學說由于放射性的發現而產生深刻的變革。從放射性衰變理論的創立、同位素的發現到人工核反應和核裂變的實現、氘的發現、中子和正電子及其它基本粒子的發現,不僅是人類的認識深入到亞原子層次,而且創立了相應的實驗方法和理論;不僅實現了古代煉丹家轉變元素的思想,而且改變了人的宇宙觀。

作為20世紀的時代標志,人類開始掌握和使用核能。放射化學和核化學等分支學科相繼產生,並迅速發展;同位素地質學、同位素宇宙化學等交叉學科接踵誕生。元素周期表擴充了,已有117號元素,並且正在探索超重元素以驗證元素“穩定島假說”。與現代宇宙學相依存的元素起源學說和與演化學說密切相關的核素年齡測定等工作,都在不斷補充和更新元素的觀念。

在化學反應理論方面,由于對分子結構和化學鍵的認識的提高,經典的、統計的反應理論以進一步深化,在過渡態理論建立後,逐漸向微觀的反應理論發展,用分子軌道理論研究微觀的反應機理,並逐漸建立了分子軌道對稱守恆定律和前線軌道理論。分子束、雷射和等離子技術的套用,使得對不穩定化學物種的檢測和研究成為現實,從而化學動力學已有可能從經典的、統計的巨觀動力學深入到單個分子或原子水準的微觀反應動力學。

電腦技術的發展,使積分子、電子結構和化學反映的量子化學計算、化學統計、化學模式識別,以及大規模術技的處理和綜合等方面,都得到較大的進展,有的已經逐步進入化學教育之中。關于催化作用的研究,以提出了各種模型和理論,從無機催化進入有機催化和增物催化,開始從分子微觀結構和尺寸的角度核生物物理有機化學的角度,來研究酶類的作用和酶類的結構與其功能的關系。

分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。一方面,經典的成分和組成分析方法仍在不斷改進,分析靈敏度從常量發展到微量、超微量、痕量;另一方面,發展初許多新的分析方法,可深入到進行結構分析,構象測定,同位素測定,各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定,以及對短壽命亞穩態分子的檢測等。分離技術也不斷革新,離子交換、膜技術、色譜法等等。

合成各種物質,是化學研究的目的之一。在無機合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不僅開創了無機合成工業,而且帶動了催化化學,發展了化學熱力學和反應動力學。後來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導體超導材料和二茂鐵等配位化合物。

在電子技術、核工業、航天技術等現代工業技術的推動下,各種超純物質、新型化合物和特殊需要的材料的生產技術都得到了較大發展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學家提出了新的挑戰,需要對零族元素的化學性質重新加以研究。無機化學在與有機化學、生物化學、物理化學等學科相互滲透中產生了有機金屬化學、生物無機化學、無機固體化學等新興學科。

酚醛樹脂的合成,開闢了高分子科學領域。20世紀30年代聚酰胺纖維的合成,使高分子的概念得到廣泛的確認。後來,高分子的合成、結構和性能研究、套用三方面保持互相配合和促進,使高分子化學得以迅速發展。

各種高分子材料合成和套用,為現代工農業、交通運輸、醫療衛生、軍事技術,以及人們衣食住行各方面,提供了多種性能優異而成本較低的重要材料,成為現代物質文明的重要標志。高分子工業發展為化學工業的重要支柱。20世紀是有機合成的黃金時代。化學的分離手段和結構分析方法已經有了很大發展,許多天然有機化合物的結構問題紛紛獲得圓滿解決,還發現了許多新的重要的有機反應和專一性有機試劑,在此基礎上,精細有機合成,特別是在不對稱合成方面取得了很大進展。

化學

一方面,合成了各種有特種結構和特種性能的有機化合物;另一方面,合成了從不穩定的自由基到有生物活性的蛋白質、核酸等生命基礎物質。有機化學家還合成了有復雜結構的天然有機化合物和有特效的葯物。這些成就對促進科學的發展起了巨大的作用;為合成有高度生物活性的物質,並與其他學科協同解決有生命物質的合成問題及解決前生命物質的化學問題等,提供了有利的條件。

20世紀以來,化學發展的趨勢可以歸納為:由巨觀向微觀、由定性向定量、由穩定態向亞穩定態發展,由經驗逐漸上升到理論,再用于指導設計和開創新的研究。一方面,為生產和技術部門提供盡可能多的新物質、新材料;另一方面,在與其它自然科學相互滲透的進程中不斷產生新學科,並向探索生命科學宇宙起源的方向發展。

學科分類

無機化學

元素化學、無機合成化學、無機高分子化學、無機固體化學、配位化學(即絡合物化學)、同位素化學、生物無機化學、金屬有機化學、金屬酶化學等。

有機化學

普通有機化學、有機合成化學、金屬和非金屬有機化學、物理有機化學、生物有機化學、有機分析化學。

物理化學

結構化學、熱化學、化學熱力學、化學動力學、電化學、溶液理論、介面化學、量子化學、催化作用及其理論等。

分析化學

化學分析、儀器和新技術分析。

高分子化學

天然高分子化學、高分子合成化學、高分子物理化學、高聚物套用、高分子物力。

核化學

放射性元素化學、放射分析化學、輻射化學、同位素化學、核化學。

生物化學

一般生物化學、酶類、微生物化學、植物化學、免疫化學、發酵和生物工程、食品化學等。

其它與化學有關的邊緣學科還有:物理化學,地球化學、海洋化學、大氣化學、環境化學、宇宙化學、星際化學等。

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