《化学的魅力》课件

《化学的魅力》化学，探索物质世界变化的科学揭示分子间奥秘的旅程引言化学与我们的世界无处不在的科学微观世界的规律从食物到药物，从材料到能源原子分子间奇妙的相互作用经济发展的引擎化学的定义与范畴物质的科学变化的艺术研究物质的组成、结构、性质及探索原子重组形成新物质的过程变化广泛的应用从基础研究到工业生产的全面覆盖化学世纪的中心科学21生物学物理学提供理解生命过程的分子基础连接微观量子与宏观物理现象医学地质学药物开发与疾病治疗的基础解析地球物质组成与演变化学的历史从炼金术到现代化学古代炼金术1追求点石成金，长生不老拉瓦锡时代2建立氧化理论，现代化学基础门捷列夫3创建元素周期表，预测新元素现代化学4量子化学，超分子化学等新领域化学与日常生活的联系食品加工清洁用品医疗健康防腐剂、调味剂、洗衣粉、洗洁精、药物、疫苗、诊断食品添加剂消毒剂试剂能源应用电池、燃料、太阳能电池化学元素周期表化学的基石预测性预测未知元素性质1系统性2元素按原子序数排列周期性3元素性质呈周期性变化种元素1184构成宇宙万物的基本单元原子结构物质世界的基本单元原子核由质子和中子组成，带正电电子云电子围绕原子核运动，带负电电子轨道描述电子可能出现的区域能级电子处于不同能量状态化学键物质结构的纽带离子键共价键金属键电子完全转移形成的键电子共享形成的化学键金属阳离子与自由电子间的作用如氯化钠中钠离子与氯离子间的作用力如水分子中氧原子与氢原子的键合赋予金属良好的导电导热性分子化学变化的主角分子结构原子空间排列的方式分子几何由化学键角决定的形状分子极性电荷分布不均导致的偶极矩化学反应物质的变化与转化键断裂键形成原有化学键的打破新化学键的建立产物生成能量变化新物质的形成热量释放或吸收酸碱理论化学的基本概念之一理论名称酸的定义碱的定义阿伦尼乌斯理论产生H+的物质产生OH-的物质布朗斯特-劳里理论给出质子的物质接受质子的物质路易斯理论接受电子对的物质提供电子对的物质氧化还原反应能量转化的核心氧化过程失去电子，氧化数升高电子转移电子从还原剂到氧化剂还原过程得到电子，氧化数降低热力学化学反应的驱动力能量守恒熵增原理能量不能被创造或消灭，只能转自发过程总是朝着体系熵增加方化向进行吉布斯自由能决定反应自发性的关键热力学函数动力学化学反应的速度与机理速率方程描述反应速率与浓度关系的数学表达式反应级数反应速率与反应物浓度的依赖关系基元反应不可再分的单一反应步骤反应机理反应进行的详细路径和中间过程催化剂加速化学反应的魔术师×90%100工业应用加速效果工业化学过程中使用催化剂的比例催化剂常能使反应速率提高百倍以上焦0能量变化不改变反应总能量变化，仅降低活化能有机化学碳的化学碳原子的独特性质使其形成数百万种多样化合物从简单烃类到复杂生物分子的奇妙世界无机化学元素的多样性配合物氧化物盐类中心金属离子与配体形成的化合物元素与氧结合的产物阳离子与阴离子形成的离子化合物物理化学化学与物理的交叉分析化学揭示物质组成的利器定性分析定量分析确定样品中含有哪些成分测定样品中各成分的含量•色谱分析法•重量分析法•光谱分析法•滴定分析法•质谱分析法•仪器分析法生物化学生命的化学本质核酸遗传信息的载体蛋白质生命活动的执行者脂质生物膜的主要成分碳水化合物能量来源和结构材料材料化学创造新型物质金属材料高强度合金，形状记忆合金高分子材料塑料，橡胶，纤维陶瓷材料超导陶瓷，生物陶瓷复合材料碳纤维复合材料，纳米复合材料环境化学守护地球家园水污染监测大气污染控制检测水体中重金属、有机污染物研究PM

2.5形成机制，发展净化技术土壤修复废物资源化开发污染土壤治理新方法变废为宝，促进循环经济化学与能源寻找清洁能源的钥匙氢能储能技术燃料电池，氢气制备锂离子电池，超级电容器太阳能核能光伏材料，人工光合作用核裂变，聚变研究2化学与医药守护人类健康靶点发现确定疾病相关的生物分子靶点先导化合物筛选具有活性的候选分子结构优化改善药效，降低毒副作用药物制剂开发适合的剂型，提高生物利用度化学与农业解决粮食安全问题肥料技术农药创新土壤改良开发高效缓释肥料研发高效低毒农药调节土壤酸碱度提高营养利用率，减少环境污染精准靶向，环境友好改善土壤结构，增加肥力化学与食品调味品背后的科学风味化学解析食品香气分子构成防腐技术延长食品保质期质构改良3改善食品口感与质地化学与化妆品美丽背后的秘密活性成分载体系统抗氧化剂、美白剂、抗衰老因子乳液、微囊、脂质体稳定技术pH调节剂、防腐剂、抗氧化剂化学与纺织服装材料的革新化学合成纤维彻底改变了纺织工业功能性纺织品赋予服装特殊性能化学与建筑构建坚固美观的家园自修复混凝土透明陶瓷气凝胶隔热材料含微胶囊修复剂，裂缝自动愈合兼具透明度与强度的新型材料超轻高效的绝热新材料化学与交通新能源汽车的发展氢燃料电池零排放的未来交通方式锂离子电池电动汽车的动力来源轻量化材料3碳纤维车身，高强度铝合金化学与航空航天探索太空的基石°3000C80%耐高温材料重量减轻火箭发动机喷口的耐热陶瓷复合材料替代传统金属的减重效果

99.9%纯度要求航天器用特种合金的纯度标准化学与信息技术芯片制造的核心晶圆制备高纯度单晶硅的生长与切片光刻工艺光敏剂涂布，紫外线曝光，显影刻蚀过程等离子体精确去除材料掺杂扩散引入杂质原子形成半导体结构化学与艺术颜料与绘画的魅力颜料化学媒介剂保存技术从矿物到现代合成色素决定颜料附着性和流动防止艺术品老化变色的的发展性的关键科学方法鉴定分析运用化学方法鉴别真伪，确定年代化学与考古揭示历史的奥秘年代测定材料分析环境重建碳-14测年法X射线荧光光谱同位素比值分析测定有机物样品的确切年代确定古代器物的化学成分推断古代气候与环境变化化学与法医破案的科学依据指纹显现氰基丙烯酸酯熏显，茚三酮显色分析2DNA聚合酶链反应扩增，电泳分离毒物检测色谱-质谱联用技术识别毒素血迹分析鲁米诺试剂显示隐形血迹化学与环保应对全球变暖挑战绿色化学可持续发展的化学原子经济性绿色溶剂设计高效反应，减少废弃物水基反应，离子液体，超临界流体可再生原料高效催化生物质代替化石资源3降低能耗，提高选择性纳米化学操纵原子的艺术量子点碳纳米管金纳米粒子尺寸决定发光颜色的纳米晶体超高强度的管状碳结构具有特殊光学性质的贵金属纳米材料超分子化学分子间相互作用的奥秘分子识别特定分子间的专一性结合自组装分子自发排列成有序结构功能发现超分子体系的特殊性能展现计算化学预测化学反应的未来量子化学计算分子动力学模拟化学信息学求解薛定谔方程模拟原子运动轨迹建立结构-活性关系预测分子结构和反应过程研究蛋白质折叠，药物作用机制虚拟筛选潜在药物分子化学信息学大数据时代的化学数据收集构建化学结构与性质数据库算法开发2分子相似性搜索，活性预测模型性质预测3机器学习预测分子性质分子设计计算机辅助设计新型分子化学与新材料石墨烯的奇迹倍200强度之最比钢铁强度高200倍97%透光率可见光透过率高达97%1nm厚度世界上最薄的二维材料5000导热系数比铜高5000倍的热导率化学与新能源氢能源的前景氢气制备电解水，甲烷重整，生物制氢氢气储存高压气态，低温液态，固态储氢材料能量转换氢燃料电池，高效发电化学与海洋探索蓝色星球海水化学海洋药物深海资源海水盐度分布，微量元素循环从海洋生物中提取新型活性物质海底热液区金属硫化物，稀土元素化学与生物技术基因编辑的突破靶向识别RNA引导Cas9蛋白定位目标基因切割DNACas9蛋白精确切断双链DNA修复编辑细胞自我修复机制引入基因变化化学与打印个性化制造3D的革命材料创新医疗应用工业生产可打印树脂，生物相容定制假肢，药物缓释系复杂结构零件，小批量性材料统定制化学与人工智能智能材料的开发数据挖掘预测模型从海量实验数据中发现规律构建材料性能与结构关系模型机器人实验自动优化自动化执行实验，收集数据智能调整合成参数化学与量子计算未来计算的基础10^20100+计算能力量子比特解决传统计算机无法处理的复杂问题量子计算机处理化学问题所需的比特数×1000速度提升模拟复杂分子体系的速度提升化学实验探索未知的乐趣通过亲手实验感受化学变化的魅力从观察现象到推理本质的科学思维训练著名化学家及其贡献拉瓦锡居里夫人门捷列夫建立近代化学基础，提出氧化理论发现镭和钋，放射性研究先驱创立元素周期表，预测未知元素诺贝尔化学奖化学界的最高荣誉化学的未来发展趋势交叉融合与生物学、信息科学、物理学深度融合纳米尺度从分子层面精确操控物质绿色可持续低能耗，环境友好的新工艺个性化定制化药物，智能材料的兴起化学教育培养未来的化学家理论基础实验技能创新思维扎实的化学原理与概念熟练的实验操作与分析能力跨学科视角与问题解决能力•原子分子理论•仪器使用•批判性思考•化学反应规律•数据分析•实验设计•结构与性质关系•安全意识•知识整合化学与职业多样化的就业方向研究开发生产制造质量控制教育培训科研院所，企业研发化工企业，材料公司检测机构，监管部门学校，培训机构中心化学与伦理科学研究的道德责任道德平衡科学发展与社会责任的平衡安全保障确保实验过程与产品对人类安全环境保护减少化学活动对环境的负面影响科学诚信4诚实报告结果，避免数据造假公众对化学的误解与澄清常见误解科学事实化学物质都是有害的一切物质都由化学元素组成，有害性取决于具体物质天然就是安全的许多天然物质同样有毒，如某些植物毒素化学添加剂都不健康添加剂经过严格安全评估，适量使用是安全的化学实验总是危险的遵循安全规程的实验通常是安全可控的化学与可持续发展目标清洁水源可负担能源开发高效水处理技术研发低成本清洁能源气候行动健康福祉4减少温室气体排放技术创新药物治疗疾病化学的挑战与机遇合成挑战能源转化精准医疗复杂分子的高效合成方法人工光合作用技术突破靶向药物递送系统开发结语化学，让世界更美好认识世界化学帮助我们理解物质世界的本质改变世界化学创造新物质，解决人类面临的挑战保护世界绿色化学促进可持续发展探索未来化学创新推动人类文明不断前进。