第1章緒論1

1.1化學的起源與人類文明進步1

1.2化學在現代社會發展中的作用和地位3

1.3化學學科分類5

1.4化學變化遵循的基本規律8

思考題9



第2章化學入門知識11

素的起源與合成11

2.素的起源12

2.1.素的合成13

2.2原子論14

2.2.1近代原子論的創立與發展14

2.2.2現代原子結構理論16

素周期表17

2.素周期律17

2.3.素周期表18

2.4化學鍵與分子結構19

2.4.1離子鍵和離子型化合物20

2.4.2共價鍵與苯環結構20

2.4.3碳四面體學說與立體化學22

2.4.4金屬鍵23

2.4.5分子間作用力23

思考題25



第3章化學與能源26

3.1全球能源結構和發展趨勢27

3.1.1世界能源結構的發展與變遷27

3.1.2中國能源供需現狀及特點28

3.2能量產生和轉化的化學原理29

3.3化學與煤、石油和天然氣30

3.3.1化學在煤開發中的應用31

3.3.2化學在石油開發中的應用33

3.3.3化學在天然氣開發中的應用34

3.4化學與核能36

3.4.1核反應與核能36

3.4.2核反應堆的安全性37

3.4.3核能開發利用的前景38

3.5化學與新能源39

3.5.1生物質能39

3.5.2氫能40

3.5.3太陽能電池41

3.5.4頁岩氣42

思考題43



第4章化學與健康44

4.1生命中的化學基礎44

4.1.1生命素組成45

4.1.2氨基酸與蛋白質45

4.1.3糖類49

4.1.4脂質53

4.1.5維生素58

4.1.6礦物質61

4.2化學與檢驗學63

4.2.1血液檢查63

4.2.2尿液檢查65

4.3化學與藥物65

4.3.1阿司匹林67

4.3.2青霉素67

4.3.3青蒿素69

4.3.4磺胺類藥物69

4.3.5嗎啡70

4.3.6達菲71

4.4化學與生活習慣71

4.4.1吸煙71

4.4.2酗酒72

思考題73



第5章化學與生命科學74

5.1構成生命的基本物質75

5.1.1蛋白質75

5.1.2核酸78

5.2分子遺傳學的化學基礎81

5.2.1基因的本質81

5.2.2DNA的復制過程81

5.2.3基因的表達與調控82

5.3生物催化與仿生化學84

5.3.1酶85

5.3.2生物合成與生物轉化85

5.3.3模擬酶85

5.3.4生物固氮與化學模擬固氮86

5.3.5光合作用87

5.4生命的起源88

5.4.1地球上早出現的生命物質88

5.4.2核酸酶的發現89

5.4.3手性分子的起源89

5.5化學對基因工程的貢獻90

5.5.1DNA重組與基因工程90

5.5.2基因工程的基本步驟91

5.5.3人類基因組計劃92

5.5.4基因育種和基因藥物92

5.5.5基因治療93

思考題94



第6章化學與環境95

6.1環境與生態平衡96

6.2自然環境的結構與功能97

6.2.1大氣圈98

6.2.2水圈99

6.2.3土壤-岩石圈101

6.3自素循環101

6.3.1氮循環102

6.3.2碳循環102

6.3.3氧循環102

6.4保護大氣環境103

6.4.1大氣環境污染物103

6.4.2光化學煙霧105

6.4.3酸雨106

6.4.4溫室效應107

6.4.5臭氧層空洞108

6.4.6霧霾110

6.5保護水資源111

6.5.1水資源污染111

6.5.2水的化學淨化、純化和軟化113

6.5.3海水的淡化115

6.6保護土壤資源116

6.6.1土壤污染的主要來源116

6.6.2農藥的污染117

6.6.3多環芳烴的污染118

6.6.4土壤污染防治118

6.7綠色化學118

6.7.1綠色化學概述119

6.7.2綠色化學的原則和研究內容119

6.7.3綠色化學中的納米技術120

6.7.4綠色化學中的其他技術122

6.8化學教育的新課題123

思考題123



第7章化學與材料科學125

7.1金屬材料125

7.1.1鋁合金和鋁鋰合金126

7.1.2新型金屬玻璃材料127

7.1.3超高溫合金與高溫金屬陶瓷128

7.1.4形狀記憶合金128

7.1.5儲氫合金130

7.2無機非金屬材料131

7.2.1傳統陶瓷材料131

7.2.2透明陶瓷132

7.2.3高溫結構陶瓷132

7.2.4生物陶瓷133

7.2.5壓電陶瓷134

7.2.6光學纖維135

7.2.7新型碳材料136

7.3高分子材料138

7.3.1高分子化合物138

7.3.2塑料、合成橡膠和合成纖維139

7.3.3高分子生物醫學材料142

7.3.4導電高分子143

7.4超導材料145

7.4.1超導體145

7.4.2摻雜富勒烯的超導電性146

7.4.3有機超導體147

7.4.4超導材料的應用前景147

7.5電子信息材料148

7.5.1晶體管與現代電子計算機148

7.5.2光致抗蝕材料149

7.5.3液晶和有機電致發光材料149

7.6復合材料150

7.6.1玻璃纖維增強塑料152

7.6.2碳纖維增強塑料152

7.6.3尼龍纖維增強復合材料152

7.7納米化學與納米材料153

思考題154



第8章化學與文物保護155

8.1文物保護概述155

8.1.1文物及其分類155

8.1.2文物保護基本概念156

8.1.3文物保護的基本原則157

8.2分析化學在文物保護中的作用158

8.2.1文物的檢測分析158

8.2.2分析化學在文物保護中的應用159

8.3高分子化合物在文物保護中的作用161

8.3.1文物保護與天然高分子化合物161

8.3.2文物保護與現代合成高分子化合物165

8.4化學與青銅文物的保護169

8.4.1銅合金的化學組成169

8.4.2青銅腐蝕170

8.4.3青銅鏽成分170

8.4.4青銅器的化學除鏽法171

8.4.5化學與青銅器緩蝕及封護技術172

8.5化學與陶瓷及石質文物的保護174

8.5.1化學與陶器的清潔及脫鹽處理175

8.5.2化學與陶器的加固保護及粘接修復175

8.5.3化學與瓷器的修復保護176

8.5.4化學與石質文物的保護176

8.6化學與壁畫及彩繪的保護179

8.6.1化學材料與壁畫的制作179

8.6.2化學與壁畫的畫面清潔及加固保護180

8.7化學與漆木器的保護182

8.7.1生漆的化學成分182

8.7.2飽水漆器的脫水定型加固184

思考題186



第9章化學與司法偵查187

9.1指紋顯現188

9.1.1汗液指紋的顯現188

9.1.2血指紋的顯現190

9.1.3其他指紋的顯現191

9.1.4指紋顯現新技術191

9.2血痕的檢驗191

9.2.1篩選試驗191

9.2.2確證試驗193

9.3爆炸物證的檢驗193

9.3.1無機炸藥的檢驗194

9.3.2有機炸藥的檢驗195

9.4文書物質材料檢驗195

9.4.1紙張的檢驗196

9.4.2墨水與圓珠筆油的檢驗197

9.4.3書寫時間的鋻定197

9.5毒物、毒品分析199

9.5.1金屬及水溶性毒物199

9.5.2氣體及揮發性毒物200

9.5.3催眠鎮靜藥203

9.5.4農藥204

9.5.5毒品205

9.6微量物證的檢驗207

9.6.1微量物證的特點207

9.6.2微量物證檢驗常用儀器分析方法208

9.6.3儀器分析方法鋻定微量物證實例211

9.7DNA分析技術212

9.7.1DNA分析技術簡介212

9.7.2DNA分析技術在刑事偵查中的應用213

9.8人體氣味分析技術214

9.8.1人體氣味的特殊性215

9.8.2人體氣味成分215

9.8.3人體氣味的檢測216

9.8.4人體氣味在刑事偵查中的應用216

思考題217



第10章化學與國防軍事218

10.1常規武器218

10.1.1火藥與炸藥218

10.1.2軍事四彈220

10.2化學武器222

10.2.1化學武器的種類及其毒害作用223

10.2.2化學武器的特點225

10.2.3化學武器的防護226

10.2.4禁止化學武器公約227

10.3核武器229

10.3.1核武器的主要殺傷因素和爆炸方式229

10.3.2原子彈230

10.3.3氫彈231

10.3.4中子彈231

10.4化學與現代高科技武器裝備232

10.4.1高能炸藥233

10.4.2以化學物質為主的反裝備武器233

10.4.3軍用新材料234

思考題237



第11章化學與哲學238

11.1物質的化學組成238

11.素學說239

11.1.2原子分子論240

11.2物質結構241

11.2.1局部的有機物結構241

11.2.2分子結構242

11.3化學反應243

11.3.1燃燒反應244

11.3.2化學反應的方向和限度245

11.3.3自組織反應246

思考題251



參考文獻252

21世紀，世界各國都在經歷著深刻的變革，這就需要新的教育形式與之相適應，以培養當今和未來社會所需要的人纔。我國的高等教育正在由專業型教育向知識、能力、素質三位一體的教育模式轉變，高校的通識核心課程建設越來越受到重視。

化學作為一門實用性和創造性的科學，在人類發展的進程中可以說是無處不在。從衣食住行的變遷，到能源、環境、材料、醫藥等前沿科學領域的革新，化學無時無刻不在彰顯著它對人類社會的改造能力。

《化學與人類文明》以人類進化的宏大空間為背景，以化學發展的典型事件為主線，展現了人類從茹毛飲血的原始社會到近代文明社會的化學發展歷程。它不僅關注化學的常識，描繪化學的歷史和現狀，也試圖利用科學思維方式剖析問題，用化學思維方式處理當今世界出現的熱點問題，從而幫助讀者更深層次了解這個世界的本源，體會科學精神。

本教材主要以普通高等學校各專業本科生為讀者對像，以當代人們共同關注的能源、環境、材料、生命科學、國防軍事等熱門話題為經線，以化學的基本概念、化學的基礎知識為緯線編寫而成的。全書由緒論(第1章)、化學入門知識(第2章)、化學與能源(第3章)、化學與健康(第4章)、化學與生命科學(第5章)、化學與環境(第6章)、化學與材料科學(第7章)、化學與文物保護(第8章)、化學與司法偵查(第9章)、化學與國防軍事(第10章)以及化學與哲學(第11章)組成。

《化學與人類文明》的內容具有以下特點：

精心選取素材，內容編寫深入淺出，適合本科生不同專業學生。

融合化學與社會問題，突出熱點，增加知識性和趣味性。

直面社會現實問題，努力培養學生的社會責任感。

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本書由西安交通大學(以姓氏筆畫為序)王麗娟、許昭、李亞鵬、張雯、徐四龍、高瑞霞、唐玉海，山西醫科大學卞偉，內蒙古醫科大學於姝燕，蘭州大學陳麒等共同編寫；西安交通大學唐玉海、張雯任主編。本書在編寫過程中得到西安交通大學、蘭州大學、內蒙古醫科大學、山西醫科大學的大力支持，得到同行的熱情幫助；天津大學理學院楊秋華教授仔細審閱了全書，並提出了很多寶貴意見，在此表示衷心的感謝！

由於編者水平有限，書中難免有不足之處，懇請讀者和同行批評指正。



編者

2019年10月