文档介绍:工科大学化学
绪 论
化学的研究对象
研究对象:
简言之,化学是研究化学反应(变化)的学科。而要研究化学反应,必须在原子、分子水平上研究参于反应的物质的组成、结构、性
行也与化学有着重要的关系。
在飞机、火车、轮船和汽车等重要交通运输工具的制造上,离不开各种化学材料;
在能源的合理使用上也离不开化学(如在如何提高燃料的燃烧效率,减少环境污染以及寻找新能源等)。
磁悬浮列车
从社会发展来看,化学对实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要作用。
农业要大幅度增产,农、林、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药品,不仅可以提高产量,而且也改进了耕作方法。
在工业现代化、国防现代化和科学技术现代化等方面,同样离不开化学。下面仅就国防现代化,现代科技的四大支柱(材料、信息、能源和生命科学),以及21世纪具有代表性的主导产业(光电子、信息通讯、福利和健康以及环境与能源等)为例,简要介绍学习化学的重要性。
化学与国防现代化
火箭燃料由液态发展到固态,使火箭可由井下发射转到地上在运动中发射,既加快了发射速度,又可增加其隐蔽性。
我校两院院士刘永坦教授领导研制的新型相控阵雷达中的关键部件——声表面波器件的制备,同样与化学密切相关。
非致死性战争中用的失能剂,当然与化学密切相关。
勇气号登陆火星
猫怕鼠
化学与材料
材料被称为发明之母。一种新材料的问世,往往带来科技的突飞发展,具有划时代的意义。而新材料的制备离不开化学,新材料的选用也离不开化学知识。
如高纯硅等半导体材料的出现,产生了晶体管、集成电路、大规模集成电路以及超大规模集成电路等,从而带来了计算机的革命。今天电脑不仅广泛地用于各种领域,也深入了家庭。网上通讯的实现,也带来了信息的革命。
又如超导现象在本世纪初就已经发现,但由于使用温度太低,一直没有实用价值。但自从80年代Y-Ba-Cu-O体系出现以后,带来了研究高温超导热,并已经开始实用,这也将带来一场革命。
如用超导体储存电能,将使发电厂的运转效率从现在的50%提高到80-90%,大大地节省了能源。
而现在大规模集成电路的芯片面积2/3为配线占有。随着微细化技术的发展,配线电阻将进一步提高,这将严重影响计算机的小型化和高速化。而用超导导线,配线电阻为0,可望实现“一片一机”的理想。
本世纪90年代,出现了C60。这一发现被称为化学领域的重大突破,开辟了C化学的新的里程碑。
C60有多个双键,可以形成更多的化合物。仅C60Hm即可有1016种。
C60分子的直径是1nm,,可以容纳其它原子或离子,又可以形成新的物质。现在C60在超导、电化学、非线性光学以及高温润滑等方面已经有所应用。
C-60
天然金刚石
纳米材料是由尺寸为纳米级的小晶粒聚集而成的块状或薄膜状的人工固体材料。这是不同于晶态、非晶态的新的结构状态。新的结构形态带来许多新的性质。
如Ag的熔点是670℃,但其纳米粉的熔点可低于 100℃。
通过控制原子摆出的文字
“Atom”
美国的F——117A隐型战斗机在海湾战争中有42架参战,出动约1300架次,虽然只占整个战争总轰炸次数的2%,然而却轰炸了战略目标清单中40%以上的目标,而自身无一受损,这曾使世界震惊。
在对南联盟的空袭中该飞机仍是主力。为什么伊拉克和南联盟的防空系统对这些隐型飞机束手无策呢?
一个重要的原因是采用了隐身材料,其中多为纳米材料。由于纳米材料特有的结构特点,使探测器得到的反射信号强度大大降低,使红外探测器和雷达无法正确测定目标位置。
纳米材料的许多新的优异性质,已经引起各国材料学者普遍的关注,它将是21世纪材料科学研究的热点之一。
当然,材料的使用不当,也会带来危害。如美国航天飞机《哥伦比亚》号的失事,就可能是防热瓦出现问题。
化学与能源
无论是寻找新能源,还是节能都离不开化学。
化学电源将是21世纪的重要能源之一。而其中的Ni-H电池更被誉为绿色电池,不象Cd-Ni等电池会给环境造成