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諾貝爾獎與化學——全校公選課
來源:李侃社教授個人網(wǎng)站 發(fā)布日期:2011-12-21

   以百年諾貝爾獎為基本線索,以化學獎為主線,講述科學家的創(chuàng)新思想、方法和科學對社會進步的影響。

    

包括8講,分別由六位教師輪流講授,啟發(fā)式教學

ü 介紹諾貝爾的成長歷程—諾貝爾是人;

ü 諾貝爾研究炸藥的思路與方法,從發(fā)明到科學到產(chǎn)業(yè)。諾貝爾找到了巨人—中國四大發(fā)明之一的火藥、意大利人蘇伯萊羅在1847年發(fā)明的硝化甘油→雙管試驗→分析結(jié)果→火藥做引爆藥→發(fā)明雷管;一系列爆炸事故→炸藥的穩(wěn)定、安全問題→硅藻土吸附硝化甘油—達納安全炸藥、但威力下降→達納—火棉復合→炸膠(安全炸藥)→炸膠—樟腦復合→無煙火藥→總結(jié):制造炸藥,一要爆炸力強,二要安全可靠,三要按照人的要求隨時爆炸→產(chǎn)品系列:安全炸藥、無煙火藥、雷管→炸藥大王。

重在啟發(fā)學生學會思考、研究方案設(shè)計、試驗、分析、總結(jié),發(fā)展創(chuàng)新能力。

ü 諾貝爾的遺囑、遺產(chǎn)與諾貝爾獎;

ü 遺產(chǎn)風波與諾貝爾精神。

ü 當年諾貝爾獎評說。

 奇妙的化學—李侃社教授

ü 化學讓世界更美好——化學與人類的衣食住行用;

ü 化學的魅力——分子的設(shè)計/改造、合成、結(jié)構(gòu)與性能及應(yīng)用(神奇的碳—金剛石、富勒烯、納米管、石墨、石墨烯、碳氫化合物及其衍生物、聚合物等;抗菌素—青霉素、氨芐青霉素到阿莫西林,紅霉素:1/262144的精度;麻醉劑—從古柯葉到鹽酸利多卡因);論證:分子可以設(shè)計、改造、調(diào)控;理解結(jié)構(gòu)決定性能、性能反映結(jié)構(gòu)。

ü 化學的永恒目標 —物質(zhì)的制備:發(fā)現(xiàn)和合成新元素、設(shè)計和合成新分子、制備和組裝新物質(zhì)、組裝和加工新材料;

ü 化學/科學技術(shù)是把雙刃劍—世界呼喚企業(yè)家的良心、化學家還須繼續(xù)努力→化學家一直再努力—綠色化學與原子經(jīng)濟性→倡導綠色生活、低碳生活。

 探索元素世界—賀擁軍教授

ü 從門捷列夫元素周期表到現(xiàn)代元素周期表;

ü 瑞利發(fā)現(xiàn)合成N2 與空氣分離N2的密度差異到拉姆塞發(fā)現(xiàn)惰性氣體→稀有氣體;

ü 馬格拉夫(Marggraf, A.S.1709~1782)發(fā)現(xiàn)氫氟酸到法國化學家莫瓦桑(Moissan, H. 1852~ 1907)制得單質(zhì)的氟,歷時118年;

ü 居里夫婦實現(xiàn)了從大量瀝青礦中分離提純釙和鐳獲諾貝爾物理學獎,居里夫人在丈夫去世后的1910年再獲諾貝爾化學獎,女兒和女婿約里奧-居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)--α粒子轟擊鋁可得放射性磷,并釋放出β--粒子, 實現(xiàn)了人工合成新元素再獲1935年諾貝爾化學獎.;科學研究是接力賽。

ü 元素合成到核裂變到原子能的和平利用;

ü 超鈾元素的合成;“穩(wěn)定島”假說到115和113號元素的合成。

 分析技術(shù)的革命—梁耀東副教授

ü 化學分析、分析化學到分析科學:技術(shù)→ 理論→新技術(shù)→新理論;分析技術(shù)→分析化學→分析科學

ü 定性到定量:試管→天平→滴定→重量分析→分光光度計(可見-紫外、紅外、熒光→光分析)、電勢分析、庫倫滴定-電分析……;

ü X-射線:從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用五獲諾貝爾獎;

ü 核磁共振:從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用三獲諾貝爾獎;

ü 質(zhì)譜:發(fā)現(xiàn)氘、C60、看清蛋白質(zhì)……;

ü 分析化學的明天。

 創(chuàng)造新方法和新結(jié)構(gòu)—何金梅博士

ü 從天然產(chǎn)物分離到分子設(shè)計與合成;

ü 格氏試劑、格氏反應(yīng)與碳鏈構(gòu)建;狄爾斯-阿爾德反應(yīng)與六元環(huán)的合成;

ü 伍德沃德-現(xiàn)代有機合成之父(從膽甾醇、皮質(zhì)酮、馬錢子堿、利血平到葉綠素、維生素B12、??舅亍熬€軌道-對稱性守恒理論);紫杉醇——從發(fā)現(xiàn)到合成;

ü 跨世紀的探索—手性催化合成(手性催化氧化、手性催化還原);

ü “交換舞伴”式的催化——烯烴的復分解反應(yīng)→原子經(jīng)濟性綠色合成;

ü 2010諾貝爾化學獎:“焊接”碳原子的藝術(shù)。

 摸著石頭過河科學發(fā)展觀”——從實驗化學到理論化學—劉向榮教授

ü 物理化學三劍客:奧斯特瓦爾德和范霍夫在1887年創(chuàng)辦物理化學雜志, 他們又與阿倫尼烏斯一起創(chuàng)立物理化學,  使它成為公認的獨立學科. 

ü 合成氨的工業(yè)化——20世紀取得六大技術(shù)如果缺少一二個,人類照樣生存,但如沒有合成氨和尿素的技術(shù),世界60億人口有一半要餓死。

ü 科技接力賽:合成氨是化合反應(yīng)、催化反應(yīng)、界面反應(yīng),從1909哈伯高溫、高壓催化實現(xiàn)N2+H2=NH3反應(yīng)到1918年獲得諾貝爾獎→卡爾·博施、伯吉尤斯揭示高壓反應(yīng)機制獲1939年諾貝爾獎→2007年歷時98年,格哈德·埃特爾揭示界面化學反應(yīng)機理再獲諾貝爾獎。

ü 絕對零度和熱力學第三定律—→不可逆過程熱力學——熱力學體系的完善

物理化學:發(fā)現(xiàn)→試驗研究→歸納→理論體系←演繹←熱力學定律←探索發(fā)現(xiàn)

ü 快速化學反應(yīng)、分子反應(yīng)動力學進展、化學反應(yīng)進行的機理—化學動力學的進步。

ü 量子化學的發(fā)展:從薛定諤方程到微觀粒子的運動狀態(tài);化學鍵概念的變遷(從電子配對法到化學鍵理論);從氫分子結(jié)構(gòu)到價鍵理論和分子軌道理論;分子軌道理論的發(fā)展:前線軌道理論與對稱性守恒原理,休克爾分子軌道法與分子的芳香性。

Kohn的密度泛函理論和Pople的計算方法加上當今電腦的運算能力, 使人們能夠?qū)碗s分子的性質(zhì)和化學反應(yīng)過程作深入的理論探討和微觀上的理解。

薛定諤方程→量子化學→結(jié)構(gòu)決定性能、性能反映結(jié)構(gòu)←結(jié)構(gòu)化學←試驗研究

 分子層次的生命體探索—賀詩華副教授

ü 糖類和生命體中的能量傳遞——立體結(jié)構(gòu)-綜合性能-光合作用反應(yīng)-生理作用(能量傳遞)—8項諾貝爾獎。

ü 生物學功能的執(zhí)行者:蛋白質(zhì)——發(fā)現(xiàn)-分離與純化-多層次結(jié)構(gòu)-測序-合成-生理—10獲諾貝爾獎。

ü 遺傳信息分子——核苷酸與核苷酸輔酶結(jié)構(gòu)研究—DNA—RNA—基因工程

ü 核酸性酶(RNA)和生命起源

ü 新世紀生命體研究進展

 從膠體到高分子:

ü 膠體化學的建立——1861年Graham提出膠體概念→1902席格蒙迪因闡明膠體溶液的多相性并創(chuàng)立現(xiàn)代膠體化學的基本研究方法獲1925年諾貝爾化學獎→1920~1925年斯韋德堡發(fā)明光學離心機,拍攝了在沉降過程中的膠體微粒. 獲1926年諾貝爾化學獎

ü 表面化學的建立與發(fā)展—從蘭格繆爾到埃特爾:扎扎實實做好表面文章!

ü 在爭論中建立的高分子化學——“膠體”的強勢(高分子也是膠體)與“polymer/高分子”(高分子是共價分子)的微弱—學術(shù)界Staudinger的孤立→工業(yè)界的聲援—杜邦Carothes發(fā)明尼龍66,1938年工業(yè)化→Staudinger從孤獨到掌聲→1953年(72歲)獲獎,歷時33年。

ü 高分子工業(yè)的發(fā)展—杜邦的高分子產(chǎn)業(yè)→Ziegler-Natta催化劑的發(fā)現(xiàn)—丙烯的定向聚合—20世紀高分子時代→弗洛里的科學探索使高分子成為科學

ü 麥克迪爾米德、黑格和白川英樹使高分子由絕緣體轉(zhuǎn)化為半導體、導體—導電高分子的發(fā)現(xiàn)和功能高分子材料的發(fā)展

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