化学诠释美好课件

v专题一：专题一：新材料新材料美化我们的生活美化我们的生活v专题二：专题二：化学与能源化学与能源v专题三：健康和生命中的化学专题三：健康和生命中的化学 v专题四：专题四：化学与化学与环境：境：绿色化学色化学让大大 自然自然远离离伤害害v专题五：合成化学的魅力专题五：合成化学的魅力化学诠释美好生活化学诠释美好生活The chemistry explains fine life专题一：新材料美化我们的生活化学诠释美好生活Thec1专题一专题一 新材料新材料美化我们的生活美化我们的生活The new material beautifies our lifeThe new material beautifies our life 能源、材料、信息是现代科技的三大支柱，而材料是发展信息工程、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。材料主要包括金属材料、无机非金属材料和高分子材料在内的各种化学物质，必须具有光、电、声、磁、热等特殊功能或复合多功能的新型材料。同时也从传统的三维块状材料向二维的薄膜材料、一维材料和准零维的超细颗粒材料发展。尽管材料的性能各异、形式多样，但从化学组成看几乎无不涉及到元素周期表中的一百多种元素。决定材料使用性能的材料的组织结构和成分、合成和加工工艺以及性能，它们四者之间的关系如图2。专题一新材料美化我们的生活能源、材料、信息2形状记忆合金形状记忆合金“永不忘本永不忘本”的神奇功能材料的神奇功能材料 形状记忆效应可用图1所示的简单实验演示，原本弯弯曲曲的形状记忆合金丝（a）经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧杯中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲的形状（c）。(a)原始形状(b)拉 直(c)加热后恢复 图1 形状记忆效应简易演示实验 形状记忆合金享有“永不忘本”、“百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气节。形状记忆合金“永不忘本”的神奇功能材料形状记忆效3谁是名副其实的大力士谁是名副其实的大力士？说明：如图2所示，形状记忆合金（a）能撑起自重100倍以上的重量，马达（b）的驱动力可达自重的50倍，而蚂蚁（c）和人（d）则分别是20倍和2倍。可见，形状记忆合金才是名副其实的大力士。说明：如图2所示，形状记忆合金（a）能撑起自重104形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用 科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成了如图3（a）所示的抛物线形天线。在宇宙飞船 发射之前，首先将抛物面天线折叠成一个小球，如图 3（b）所示，这样很容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内。当登月舱在月球上成功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温，折叠成球形的天线因具有形状“记忆”功能便会自然展开，恢复到原始的抛物面形状，如图 3（c）所示。美国就制定了雄心勃勃的“阿波罗”登月计划1969年7月20日，乘坐“阿波罗-11号”登月舱的美国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下的第一个人类的脚印，谛听着这位勇士从月宫里传回的富于哲理的声音：“对对我个人来说，这只是迈出的一小步；但对全人类来说，这是跨了一大步我个人来说，这只是迈出的一小步；但对全人类来说，这是跨了一大步”。阿姆斯特朗当时的图像和声音就是通过形状记忆合金制成的天线从月球传输回地面的。形状记忆合金的应用科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金5形状记忆合金在现代临床医疗领域内广泛应用形状记忆合金在现代临床医疗领域内广泛应用形状记忆合金在现代临床医疗领域内广泛应用6记忆合金同我们的日常生活休戚相关记忆合金同我们的日常生活休戚相关 记忆合金同我们的日常生活休戚相关7形状记忆合金做管接头形状记忆合金做管接头1970年以来，美国海军飞机上使用了几十万个这样的管接头，没出现过一次失效的记录。用形状记忆合金做管接头的办法是：先在转变温度以上，把镍钛合金管接头按密封要求尺寸进行加工，使它的内径比所要连接管子的外径小4；然后，在液氮低温下将管接头直径扩大，使它的内径比所要连接管子的外径稍大点（大4），并把两根要连接的管子从两端对准插入接头；最后，当管子处于工作状态，温度回升到转变温度以上，镍钛合金发挥形状记忆效应，管接头自动收缩，管径变细，恢复到第一次加工的尺寸，它就把两根管子紧紧地连到一起。形状记忆合金做管接头8 不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心9数字生活中的缤纷新材料数字生活中的缤纷新材料 数字生活已成为信息化时代的特征，它改变着人类生活的方方面面，在此背后，隐藏着新材料的巨大功勋，新材料是数字生活的“幕后英雄”。计算机是数字生活中的重要设备，计算机的核心部件是中央处理器（CPU）和存储器（RAM），它们是以大规模集成电路为基础建造起来的，而这些集成电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。数字生活中的缤纷新材料数字生活已成为信息化时代的特征，它10 新材料是数字生活的“幕后英雄”新材料是数字生活的“幕后英雄”11 以数字化通信（Digital Communication）、数字化交换（Digital Switching）、数字化处理（Digital Processing）技术为主的数字化生活（Digital Life）正在向我们招手，一步步地向我们走来清晨，MP3音箱播放出悦耳的晨曲，催我们按时起床；上班途中，打开随身携带的笔记本电脑，进行新一天的工作安排；上班以后，通过互联网召开网络会议、开展远程教学和实时办公；在下班之前，我们远程启动家里的空调和湿度调节器，保证家中室温适宜；下班途中，打开手机，悠然自在观看精彩的影视节目；进家门前，我们接收网上订购的货物；回到家中，和有线电视台进行互动，观看和下载喜欢的影视节目和歌曲，制作多媒体，也可进入社区互联网，上网浏览新闻了解天气这一切看上去是不是很奇妙？似乎遥不可及。其实它正在和将要发生在我们身边，随着新一代家用电脑和互联网的出现，如此美好数字生活将成为现实。当享受数字生活的同时，饮水思源，请不要忘记为此作出巨大贡献的功臣绚丽多彩的新材料世界！zxxk以数字化通信（DigitalCommunicati12为航空航天保驾护航的超高温陶瓷材料为航空航天保驾护航的超高温陶瓷材料为航空航天保驾护航的超高温陶瓷材料13化学诠释美好课件14绚丽多彩的碳材料绚丽多彩的碳材料绚丽多彩的碳材料15碳纤维碳纤维碳纤维16富勒烯富勒烯C60C60 C60作为新型非线性光学材料具有重要的研究价值，有望在光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用。将具有特殊笼形结构及功能的C60作为新型功能团引入高分子体系，将得到具有优异导电、光学性质的新型功能高分子材料。富勒烯C60C60作为新型非线性光学材料具有重要的研究价值17碳纳米管碳纳米管就结构而言，碳纳米管可以看作是普通石墨的一个奇异变种。碳纳米管的结构相当于把石墨的平面组织卷成管状，于是黑色的丑小鸭马上就化做美丽的白天鹅，石墨管摇身一变成为纳米科技的新宠。纯碳纳米管每克售价1000元，价格为黄金的10倍。在科学家的手中，碳纳米管就像是魔术棒，不断变换出各种新花样。碳纳米管就结构而言，碳纳米管可以看作是普通石墨的一个奇异变种18专题二：化学与能源专题二：化学与能源 氢能的开发利用首先必须解决氢源问题，大量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源，一般说来，生产氢要消耗大量的能量。因此，必须寻找一种低消耗，高效率的制氢方法。安全、高效、高密度、低成本的储氢技术，是将氢能利用推向实用化、规模化的关键。1 1我国的制氢技术我国的制氢技术 氢作为能源利用应包括以下三个方面：1、利用氢和氧化剂发生反应放出的热能；2、利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能；3用氢的热核反应释放出的核能。专题二：化学与能源氢能的开发利用首先必须解决氢源问192氢的储存与运输氢的储存与运输1.高压气态贮存:为减小贮存体积，必须先将氢气压缩2.低温液氢贮存:将氢气冷却到-253，即可呈液态3.金属氢化物贮存:氢与氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给金属氢化物时，它就分解为氢化金属并放出氢气。反之氢和氢化金属构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储于其中2氢的储存与运输20 3氢的利用氢的利用氢汽车氢汽车 氢是一种高效燃料，每公斤氢燃烧产生的能量为33.6kW.h，是汽油的2.8倍，而且氢气燃烧具有着火界限宽，火焰传播速度快和点火能量低等特性，故氢汽车的总燃料效率比汽油车高20%。另一方面，氢燃烧的产物主要是水和极少量氮氧化物，不会产生CO，CO2等含碳化物和硫化物。从能源和环境保护角度看，氢汽车将是今后城市和城市间理想的交通工具。3氢的利用氢汽车214氢的来源与资源评估氢的来源与资源评估v在宇宙中氢是最丰富的物质，氢在自然界多以化合物形态出现。在地壳十公里范围内（包括海洋和大气）化合态氢的重量组成约占据1，原子组成占据154。化合态氢的最常见形式是水和有机物（如石油、煤炭、天然气及生命体等）。然而，在地球上自然存在的氢的单质（如氢气）数量极少。因此，欲获得大量的单质氢只有依靠人工制取v氢的最大来源是水v工业副产氢也是向燃料电池提供燃料的有效途径4氢的来源与资源评估22专题三：健康和生命中的化学专题三：健康和生命中的化学健康和智慧是生命的两大幸福。MenanderofGreece，血液和尿的检查是体检项目中的常规项目，它就是由医药化学家所发明并经其他化学家在分析实验室中完成的。专题三：健康和生命中的化学健康和智慧是生命的两大幸福。23 化学家利用X射线测定酶的三维结构，并显示在计算机屏幕上。药物化学家用计算机模拟计算机模拟各种可能的药物，看看何者可以和计算机显示的酶结构相匹配（图2.3）化学家利用X射线测定酶的三维结构，并显示在计算机屏幕24合成化学在药学中起着特殊的作用，它能制造出可用于解剖学的材料。骨骼的化学已经了解，能够代替骨骼和牙齿并被人体所接受的新材料将会制造出来（有些已经用于临床）。还有可以在车祸后需要用的暂时代替皮肤的材料。替代静脉或动脉血管甚至人体器官的材料，要求与人体生物学具有相容性，这样才不会引起过敏性反应。例如生物相容性对于隐形眼镜也是非常重要的（图2.4），这是化学今后将能做出更大贡献的一个领域。材料需要具有满足其功能的物理性质，但是它们也需要人体感到具有“生物性”的特殊表面层。合成化学在药学中起着特殊的作用，它能制造出可用于解剖学的材料25 专题四：化学与四：化学与环境：境：绿色化学色化学让大自然大自然远离离伤害害人类正深深地陷入当代环境问题的困扰之中。我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。弗.恩格斯专题四：化学与环境：绿色化学让大自然远离伤26化学化学环境污染的环境污染的“替罪羊替罪羊”公众对化学存在着一种很深的误解，认为化学就是带来公众对化学存在着一种很深的误解，认为化学就是带来环境污染的罪魁祸首，甚至歧视化学、厌恶化学，产生环境污染的罪魁祸首，甚至歧视化学、厌恶化学，产生了了“恐化学症恐化学症”(chemophobis)(chemophobis)，似乎有化学就不会有，似乎有化学就不会有“绿色绿色”，“化学化学”已经被许多人所误解为已经被许多人所误解为“污染污染”同同义词义词.在日常生活中，某些所谓在日常生活中，某些所谓“绿色食品绿色食品”的广告经的广告经常声称常声称“本产品绝不含有任何化学元素本产品绝不含有任何化学元素(化学品化学品)”)”，或，或许他们是一些许他们是一些“化学盲化学盲”33，可以原谅，可以原谅.即使在科技发即使在科技发达的美国，报刊也有类似荒唐的报道达的美国，报刊也有类似荒唐的报道11.然而，当众口然而，当众口铄金的威力使赫赫有名的杜邦公司也不得不让步地从宣铄金的威力使赫赫有名的杜邦公司也不得不让步地从宣传口号传口号“Better Life through Chemistry”Better Life through Chemistry”中把中把“Chemistry”Chemistry”去掉时去掉时44，不幸的，不幸的“化学人化学人”必须认识必须认识到：化学到：化学(化学人化学人)已经成为环境污染已经成为环境污染的的“替罪羊替罪羊”化学环境污染的“替罪羊”公众对化学存在着一种很深的误解27绿色化学绿色化学-环境污染的环境污染的“克星克星”要要保保护护我我们们的的环环境境需需要要充充分分的的知知识识和和合合理理的的对对策策.我们必须能够回答下列问题：我们必须能够回答下列问题：（1 1）在在我我们们的的空空气气、水水、土土壤壤和和食食品品中中，存存在在着着哪哪些些潜在的有害物质？潜在的有害物质？（2 2）这些物质来自何方？）这些物质来自何方？（3 3）有有什什么么方方案案（例例如如代代用用品品和和改改变变生生产产工工艺艺）能能缓缓解和消除存在的污染问题？解和消除存在的污染问题？（4 4）某某种种物物质质的的危危险险度度与与人人们们接接触触它它们们的的积积度度之之间间的的依依赖赖关关系系如如何何？在在现现有有的的改改进进方方案案中中我我们们应应如如何何作作出出选选择择？绿色化学-环境污染的“克星”要保护我们的环境需要28在在“绿色化学绿色化学”的新对策中，化学家们认为的新对策中，化学家们认为55：绿色化学是更高层次的化学，它的主要特：绿色化学是更高层次的化学，它的主要特点是原子经济性，即在获取新物质的化学过程点是原子经济性，即在获取新物质的化学过程中充分利用每个原料原子，实现中充分利用每个原料原子，实现“零排放零排放”，使化学从使化学从“粗放型粗放型”向向“集约型集约型”转变，既充转变，既充分利用资源，又不产生污染分利用资源，又不产生污染.因此，绿色化学的因此，绿色化学的根本目的是：面临人类可持续发展要求的巨大根本目的是：面临人类可持续发展要求的巨大挑战，从节约资源和防止污染的观点来重新审挑战，从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理从治标转向治本从治标转向治本 在“绿色化学”的新对策中，化学家们认为5：绿色化29专题五专题五 合成化学的魅力展示合成化学的魅力展示最最近近科科学学家家公公布布了了新新合合成成的的一一种种烯烯烃烃，始始祖祖鸟鸟烯烯(Pterodactyladiene)(Pterodactyladiene)，形形状状宛宛如如一一只只展展翅翅飞飞翔翔的的鸟鸟，其其键键线线式式如如右右图图，其其中中R R1 1、R R2 2为烷烃基。为烷烃基。专题五合成化学的魅力展示最近科学家公布了新合成的一种烯30化学诠释美好课件31化学诠释美好课件32图4伊夫机制的形象描述图图4中，伊夫的机制可形象的描述成一对舞者（烯烃），在催化剂（金属卡宾）作用下，和另一对舞者（另一烯烃）连成环状，接着相互改变搭档（形成两个新的烯烃）zxxk图4伊夫机制的形象描述图zxxk33 科科学学理理论论只只是是通通过过严严密密的的逻逻辑辑体体系系对对客客观观世世界界描描述述了了了了具具有有一一定定精精密密度度的的对对应应，作作为为某某个个时时期期的的思思想想产产物物，它它只只是是人人类类漫漫长长认认识识过过程程中中的的一一个个阶阶段段性性成成果果，对对它它进进行行发发展展、怀怀疑疑、批批评评、纠纠正正以以及及部部分分原原理理的的否否证证等等都都是是天天经经地地义义的的，甚甚至至整整个个理理论论的的否否证证都都可可能能出出现现。创创新新就就是是要要标标新新立立异异，做做前前人人没没做做过过的的事事，敢敢于于怀怀疑疑，善善于于怀怀疑疑，才才会会钻钻研研，才才可可能能创创新新。中中国国要要想想实实现现诺诺贝贝尔尔奖奖零零的的突突破破，必必须须从从塑塑科科学学精精神神开开始始。只只要要坚坚定定信信念念、勇勇于于创创新新、艰艰苦苦敬敬业业，以以诺诺贝尔奖精神，创科学人生，实现我们心中的目标。贝尔奖精神，创科学人生，实现我们心中的目标。科学理论只是通过严密的逻辑体系对客观世界描述了了具有一34谢谢大家！35