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诺贝尔奖与化学——全校公选课

   以百年诺贝尔奖为基本线索,以化学奖为主线,讲述科学家的创新思想、方法和科学对社会进步的影响。

    

包括8讲,分别由六位教师轮流讲授,启发式教学

ü 介绍诺贝尔的成长历程—诺贝尔是人;

ü 诺贝尔研究炸药的思路与方法,从发明到科学到产业。诺贝尔找到了巨人—中国四大发明之一的火药、意大利人苏伯莱罗在1847年发明的硝化甘油→双管试验→分析结果→火药做引爆药→发明雷管;一系列爆炸事故→炸药的稳定、安全问题→硅藻土吸附硝化甘油—达纳安全炸药、但威力下降→达纳—火棉复合→炸胶(安全炸药)→炸胶—樟脑复合→无烟火药→总结:制造炸药,一要爆炸力强,二要安全可靠,三要按照人的要求随时爆炸→产品系列:安全炸药、无烟火药、雷管→炸药大王。

重在启发学生学会思考、研究方案设计、试验、分析、总结,发展创新能力。

ü 诺贝尔的遗嘱、遗产与诺贝尔奖;

ü 遗产风波与诺贝尔精神。

ü 当年诺贝尔奖评说。

 奇妙的化学—李侃社教授

ü 化学让世界更美好——化学与人类的衣食住行用;

ü 化学的魅力——分子的设计/改造、合成、结构与性能及应用(神奇的碳—金刚石、富勒烯、纳米管、石墨、石墨烯、碳氢化合物及其衍生物、聚合物等;抗菌素—青霉素、氨苄青霉素到阿莫西林,红霉素:1/262144的精度;麻醉剂—从古柯叶到盐酸利多卡因);论证:分子可以设计、改造、调控;理解结构决定性能、性能反映结构。

ü 化学的永恒目标 —物质的制备:发现和合成新元素、设计和合成新分子、制备和组装新物质、组装和加工新材料;

ü 化学/科学技术是把双刃剑—世界呼唤企业家的良心、化学家还须继续努力→化学家一直再努力—绿色化学与原子经济性→倡导绿色生活、低碳生活

 探索元素世界—贺拥军教授

ü 从门捷列夫元素周期表到现代元素周期表;

ü 瑞利发现合成N2 与空气分离N2的密度差异到拉姆塞发现惰性气体→稀有气体;

ü 马格拉夫(Marggraf, A.S.1709~1782)发现氢氟酸到法国化学家莫瓦桑(Moissan, H. 1852~ 1907)制得单质的氟,历时118年;

ü 居里夫妇实现了从大量沥青矿中分离提纯钋和镭获诺贝尔物理学奖,居里夫人在丈夫去世后的1910年再获诺贝尔化学奖,女儿和女婿约里奥-居里夫妇首次发现--α粒子轰击铝可得放射性磷,并释放出β--粒子, 实现了人工合成新元素再获1935年诺贝尔化学奖.;科学研究是接力赛。

ü 元素合成到核裂变到原子能的和平利用;

ü 超铀元素的合成;“稳定岛”假说到115和113号元素的合成。

 分析技术的革命—梁耀东副教授

ü 化学分析、分析化学到分析科学:技术→ 理论→新技术→新理论;分析技术→分析化学→分析科学

ü 定性到定量:试管→天平→滴定→重量分析→分光光度计(可见-紫外、红外、荧光→光分析)、电势分析、库伦滴定-电分析……;

ü X-射线:从发现到应用五获诺贝尔奖;

ü 核磁共振:从发现到应用三获诺贝尔奖;

ü 质谱:发现氘、C60、看清蛋白质……;

ü 分析化学的明天。

 创造新方法和新结构—何金梅博士

ü 从天然产物分离到分子设计与合成;

ü 格氏试剂、格氏反应与碳链构建;狄尔斯-阿尔德反应与六元环的合成;

ü 伍德沃德-现代有机合成之父(从胆甾醇、皮质酮、马钱子碱、利血平到叶绿素、维生素B12、海葵毒素→前线轨道-对称性守恒理论);紫杉醇——从发现到合成;

ü 跨世纪的探索—手性催化合成(手性催化氧化、手性催化还原);

ü “交换舞伴”式的催化——烯烃的复分解反应→原子经济性绿色合成;

ü 2010诺贝尔化学奖:“焊接”碳原子的艺术。

 摸着石头过河科学发展观”——从实验化学到理论化学—刘向荣教授

ü 物理化学三剑客:奥斯特瓦尔德和范霍夫在1887年创办物理化学杂志, 他们又与阿伦尼乌斯一起创立物理化学,  使它成为公认的独立学科. 

ü 合成氨的工业化——20世纪取得六大技术如果缺少一二个,人类照样生存,但如没有合成氨和尿素的技术,世界60亿人口有一半要饿死。

ü 科技接力赛:合成氨是化合反应、催化反应、界面反应,从1909哈伯高温、高压催化实现N2+H2=NH3反应到1918年获得诺贝尔奖→卡尔·博施、伯吉尤斯揭示高压反应机制获1939年诺贝尔奖→2007年历时98年,格哈德·埃特尔揭示界面化学反应机理再获诺贝尔奖。

ü 绝对零度和热力学第三定律—→不可逆过程热力学——热力学体系的完善

物理化学:发现→试验研究→归纳→理论体系←演绎←热力学定律←探索发现

ü 快速化学反应、分子反应动力学进展、化学反应进行的机理—化学动力学的进步。

ü 量子化学的发展:从薛定谔方程到微观粒子的运动状态;化学键概念的变迁(从电子配对法到化学键理论);从氢分子结构到价键理论和分子轨道理论;分子轨道理论的发展:前线轨道理论与对称性守恒原理,休克尔分子轨道法与分子的芳香性。

Kohn的密度泛函理论和Pople的计算方法加上当今电脑的运算能力, 使人们能够对复杂分子的性质和化学反应过程作深入的理论探讨和微观上的理解。

薛定谔方程→量子化学→结构决定性能、性能反映结构←结构化学←试验研究

 分子层次的生命体探索—贺诗华副教授

ü 糖类和生命体中的能量传递——立体结构-综合性能-光合作用反应-生理作用(能量传递)—8项诺贝尔奖。

ü 生物学功能的执行者:蛋白质——发现-分离与纯化-多层次结构-测序-合成-生理—10获诺贝尔奖。

ü 遗传信息分子——核苷酸与核苷酸辅酶结构研究—DNA—RNA—基因工程

ü 核酸性酶(RNA)和生命起源

ü 新世纪生命体研究进展

 从胶体到高分子:

ü 胶体化学的建立——1861年Graham提出胶体概念→1902席格蒙迪因阐明胶体溶液的多相性并创立现代胶体化学的基本研究方法获1925年诺贝尔化学奖→1920~1925年斯韦德堡发明光学离心机,拍摄了在沉降过程中的胶体微粒. 获1926年诺贝尔化学奖

ü 表面化学的建立与发展—从兰格缪尔到埃特尔:扎扎实实做好表面文章!

ü 在争论中建立的高分子化学——“胶体”的强势(高分子也是胶体)与“polymer/高分子”(高分子是共价分子)的微弱—学术界Staudinger的孤立→工业界的声援—杜邦Carothes发明尼龙66,1938年工业化→Staudinger从孤独到掌声→1953年(72岁)获奖,历时33年。

ü 高分子工业的发展—杜邦的高分子产业→Ziegler-Natta催化剂的发现—丙烯的定向聚合—20世纪高分子时代→弗洛里的科学探索使高分子成为科学

ü 麦克迪尔米德、黑格和白川英树使高分子由绝缘体转化为半导体、导体—导电高分子的发现和功能高分子材料的发展