化学概论

这是一篇关于化学概论的思维导图，主要内容包括：什么是化学？化学的发展历程，科学与科学研究，化学的分类。化学是研究包括原子，分子，超分子 等各种物质不同层次与复杂程度的聚集态的合成和制备，反应和转化，分离和分析，结构和形态，化学物理性能和生物生理活性及其规律和应用的科学。

化学概论

• 什么是化学？
  • 化学的定义
    • ①化学是一门在原子，分子层次上研究物质的组成，结构，性质和其变化规律的科学
    • ②化学是研究包括原子，分子，超分子 等各种物质不同层次与复杂程度的聚集态的合成和制备，反应和转化，分离和分析，结构和形态，化学物理性能和生物生理活性及其规律和应用的科学
    • ③化学是创造新物质的分子科学
    • ④化学是变化的科学
    • ⑤化学是3M
  • 化学变化的特征
    • 化学变化是质变——是旧化学建破坏和新化学键形成的过程，其实质是原子重新组合形成新物质
    • 化学变化是定量的变化——涉及原子核外电子的重新 组合，而原子核不变，且核外电子总数不变，所以化学变化 前后物质的总质量和总电荷不变，服从质量守恒定律，和电 荷守恒。并且参与反应的各种物质之间有确定的计量关系。
    • 化学变化伴随着能量变化——由于各种化学键的键能 不同，所以当化学键发生改变时，必然伴随着能量的变化， 伴随着体系与环境的能量交换。
  • 化学学科的特点
    • 化学为人们认识客观世界、改造客观世界，提供独特 的视角和手段。
    • 化学始终以“创造新物质、发现新功能、实现新应用” 为己任。
    • 化学作为一门基础学科，是支撑 包括材料、能源、环境、生命、医药、 农业、食品、航天、军事，乃至整个 物质科学发展的最重要力量之一，是 一门中心科学。
  • 化学与其他学科的关系
• 化学的发展历程
  • 古代化学的萌芽——金丹术和医药化学
  • 近代化学的发展——实验科学，氧化学说，科学原子论，元素周期表
  • 现代化学建理论的创立和发展——离子键理论，共价键理论，分子轨道理论，晶体场理论，配位场理论等等
  • 现代化学特点和发展趋势
    • 发展趋势：1.不同学科之间的交叉和融合 (1)生命科学中的基本化学问题 (2)材料科学中的基本化学问题 (3)可持续发展的基本化学问题 (绿色化学、环境化学、能源化学) 2.理论和实验更加密切结合 3.更加重视尺度效应 (分子以上层次、尺度效应和多尺度问题) 4.新实验方法的建立和方法学研究
    • 21世纪化学的四大难题 1.化学反应理论（化学第一根本定律） 建立精确有效而又普遍适用的化学反应的 含时多体量子理论和统计理论。 2.结构和性能定量关系（化学第二根本定律） 3.生命现象中的化学机理 4.纳米尺度的基本规律
• 科学与科学研究
  • 科学是以对世界可实证的解释和预测的形式来构建和组织知识的系统学科
    • 推演法：✓从一些基本假定（basicassumptions）开始； ✓遵循缜密的数学或逻辑规则得出结论。
    • ➢自然定则（naturallaw）是关于自然现象的简明陈述，通常以 数学表达式的形式呈现； 举例：波意尔定律p1V1=p2V2，理想气体状态方程PV=nRT； ➢自然定则是否正确，取决于解释观测结果以及预测新现象的能力； ➢自然定则并非绝对真理，每条自然定则都有特定的适用范围； 举例：PV=nRT(P+an2/V2)(V−nb)=nRT；开普勒对“日心说”的改进 ➢科学家设计实验测试由自然定则推导的结论是否得到实验结果支持 ➢根据进一步的实验结果，可能需要对自然定则进行修正modification
    • ➢假说（hypothesis）是对自然定则的试探性解释；如果假说 通过实验检验，并具备预测未来现象的能力，则升级为理论； ➢理论（theory）是一种可用来解释自然定则、并对自然现象 做出进一步预测的模型；如果一个理论通过所有实验的验证， 则升级为成熟理论（establishedtheory）； ➢成熟理论并非绝对真理；随着时间推移和新证据的积累， 一些成熟理论可能需要进一步修正，甚至被新理论完全取代。 举例：原子结构理论中的枣糕模型、行星模型、玻尔模型、量子 力学模型等。
    • 归纳法：✓不做任何初始假定； ✓对自然现象进行仔细的观察； ✓从中归纳出一些概括性的规律（即自然定则） 来描述观察到的现象。
  • 科学研究是指系统地用于增加人类整体知识储量的原创性工作，以及将这些知识储量用于设计新应用的工作
    • 科研内容包括
      • 建立和确认事实
      • 重新确认之前工作的结果
      • 解决现有的问题和新的问题
      • 支持定理
      • 发展或开创新的理论
• 化学的分类
  • 无机化学
    • 研究无机物的组成，结构，性质和无=无机化学反应与过程的化学
  • 有机化学
    • 研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支
  • 分析化学
    • 测量和表征物质的组成和结构的分支学科
  • 物理化学
    • 是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，用物理学的原理和方法研究化学变化基本规律的科学
  • 理论与计算化学
    • 理论与计算化学是化学的重要分支，核心是通过量子力学、统计力学等理论方法结合计算机模拟技术，研究物质的结构、性质、反应机理等化学问题，无需依赖传统实验或作为实验的补充与预测工具。
  • 高分子化学
    • 高分子化学是研究高分子化合物（简称高分子，又称聚合物）的合成、结构、性能及应用的化学分支，核心聚焦“从小分子到大分子”的转化规律与材料特性调控。
  • 核化学
    • 核化学是研究原子核的结构、变化规律以及原子核反应过程中化学效应的化学分支，核心聚焦原子核层面的转化（区别于普通化学的电子转移/成键），同时关注核过程中的化学现象与应用。
  • 化学生物学
    • 化学生物学是化学与生物学交叉融合的前沿学科，核心是用化学的理论、方法和工具研究生物体系的分子机制，同时基于生物规律设计合成功能性化学分子，实现对生物过程的调控。
• 化学为什么是分子科学？
  • 化学被定义成为分子科学而非原子科学，核心原因是化学的研究核心是物质的转化与性质，而这一过程的关键载体是分子（及原子的成键作用），而非孤立的原子
• 3M
  • Molecule,Material,Matter 分子，材料，物质
  • Make it,Measure it,Model it