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《化学与人类文明》主要以普通高等学校各专业本科生为读者对象，以化学基础知识和化学发展历史为依托，围绕能源、环境、材料、文物保护、生命科学等社会普遍关注的问题展开讨论。全书由绪论、化学入门知识、化学与能源、化学与健康、化学与生命科学、化学与环境、化学与材料科学、化学与文物保护、化学与司法侦查、化学与国防军事以及化学与哲学组成，共11章。《化学与人类文明》既可作大学本科生科学素养教育课程的教材使用，也可作为科普读物，对社会管理工作者、在职继续教育工作者及对自然科学知识感兴趣的学习者提供参考。同时，本书配有MOOC课程(网址：https：//wwwicourse163org/course/XJTU1002124003)，在中国大学爱课程网上线，可辅助学习。

第1章绪论1

1.1化学的起源与人类文明进步1

1.2化学在现代社会发展中的作用和地位3

1.3化学学科分类5

1.4化学变化遵循的基本规律8

思考题9

第2章化学入门知识11

2.1元素的起源与合成11

2.1.1元素的起源12

2.1.2人造元素的合成13

2.2原子论14

2.2.1近代原子论的创立与发展14

2.2.2现代原子结构理论16

2.3元素周期表17

2.3.1元素周期律17

2.3.2现代元素周期表18

2.4化学键与分子结构19

2.4.1离子键和离子型化合物20

2.4.2共价键与苯环结构20

2.4.3碳四面体学说与立体化学22

2.4.4金属键23

2.4.5分子间作用力23

思考题25

第3章化学与能源26

3.1全球能源结构和发展趋势27

3.1.1世界能源结构的发展与变迁27

3.1.2中国能源供需现状及特点28

3.2能量产生和转化的化学原理29

3.3化学与煤、石油和天然气30

3.3.1化学在煤开发中的应用31

3.3.2化学在石油开发中的应用33

3.3.3化学在天然气开发中的应用34

3.4化学与核能36

3.4.1核反应与核能36

3.4.2核反应堆的安全性37

3.4.3核能开发利用的前景38

3.5化学与新能源39

3.5.1生物质能39

3.5.2氢能40

3.5.3太阳能电池41

3.5.4页岩气42

思考题43

第4章化学与健康44

4.1生命中的化学基础44

4.1.1生命的基本元素组成45

4.1.2氨基酸与蛋白质45

4.1.3糖类49

4.1.4脂质53

4.1.5维生素58

4.1.6矿物质61

4.2化学与检验学63

4.2.1血液检查63

4.2.2尿液检查65

4.3化学与药物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磺胺类药物69

4.3.5吗啡70

4.3.6达菲71

4.4化学与生活习惯71

4.4.1吸烟71

4.4.2酗酒72

思考题73

第5章化学与生命科学74

5.1构成生命的基本物质75

5.1.1蛋白质75

5.1.2核酸78

5.2分子遗传学的化学基础81

5.2.1基因的本质81

5.2.2DNA的复制过程81

5.2.3基因的表达与调控82

5.3生物催化与仿生化学84

5.3.1酶85

5.3.2生物合成与生物转化85

5.3.3模拟酶85

5.3.4生物固氮与化学模拟固氮86

5.3.5光合作用87

5.4生命的起源88

5.4.1地球上早出现的生命物质88

5.4.2核酸酶的发现89

5.4.3手性分子的起源89

5.5化学对基因工程的贡献90

5.5.1DNA重组与基因工程90

5.5.2基因工程的基本步骤91

5.5.3人类基因组计划92

5.5.4基因育种和基因药物92

5.5.5基因治疗93

思考题94

第6章化学与环境95

6.1环境与生态平衡96

6.2自然环境的结构与功能97

6.2.1大气圈98

6.2.2水圈99

6.2.3土壤-岩石圈101

6.3自然界的元素循环101

6.3.1氮循环102

6.3.2碳循环102

6.3.3氧循环102

6.4保护大气环境103

6.4.1大气环境污染物103

6.4.2光化学烟雾105

6.4.3酸雨106

6.4.4温室效应107

6.4.5臭氧层空洞108

6.4.6雾霾110

6.5保护水资源111

6.5.1水资源污染111

6.5.2水的化学净化、纯化和软化113

6.5.3海水的淡化115

6.6保护土壤资源116

6.6.1土壤污染的主要来源116

6.6.2农药的污染117

6.6.3多环芳烃的污染118

6.6.4土壤污染防治118

6.7绿色化学118

6.7.1绿色化学概述119

6.7.2绿色化学的原则和研究内容119

6.7.3绿色化学中的纳米技术120

6.7.4绿色化学中的其他技术122

6.8化学教育的新课题123

思考题123

第7章化学与材料科学125

7.1金属材料125

7.1.1铝合金和铝锂合金126

7.1.2新型金属玻璃材料127

7.1.3超高温合金与高温金属陶瓷128

7.1.4形状记忆合金128

7.1.5储氢合金130

7.2无机非金属材料131

7.2.1传统陶瓷材料131

7.2.2透明陶瓷132

7.2.3高温结构陶瓷132

7.2.4生物陶瓷133

7.2.5压电陶瓷134

7.2.6光学纤维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、合成橡胶和合成纤维139

7.3.3高分子生物医学材料142

7.3.4导电高分子143

7.4超导材料145

7.4.1超导体145

7.4.2掺杂富勒烯的超导电性146

7.4.3有机超导体147

7.4.4超导材料的应用前景147

7.5电子信息材料148

7.5.1晶体管与现代电子计算机148

7.5.2光致抗蚀材料149

7.5.3液晶和有机电致发光材料149

7.6复合材料150

7.6.1玻璃纤维增强塑料152

7.6.2碳纤维增强塑料152

7.6.3尼龙纤维增强复合材料152

7.7纳米化学与纳米材料153

思考题154

第8章化学与文物保护155

8.1文物保护概述155

8.1.1文物及其分类155

8.1.2文物保护基本概念156

8.1.3文物保护的基本原则157

8.2分析化学在文物保护中的作用158

8.2.1文物的检测分析158

8.2.2分析化学在文物保护中的应用159

8.3高分子化合物在文物保护中的作用161

8.3.1文物保护与天然高分子化合物161

8.3.2文物保护与现代合成高分子化合物165

8.4化学与青铜文物的保护169

8.4.1铜合金的化学组成169

8.4.2青铜腐蚀170

8.4.3青铜锈成分170

8.4.4青铜器的化学除锈法171

8.4.5化学与青铜器缓蚀及封护技术172

8.5化学与陶瓷及石质文物的保护174

8.5.1化学与陶器的清洁及脱盐处理175

8.5.2化学与陶器的加固保护及粘接修复175

8.5.3化学与瓷器的修复保护176

8.5.4化学与石质文物的保护176

8.6化学与壁画及彩绘的保护179

8.6.1化学材料与壁画的制作179

8.6.2化学与壁画的画面清洁及加固保护180

8.7化学与漆木器的保护182

8.7.1生漆的化学成分182

8.7.2饱水漆器的脱水定型加固184

思考题186

第9章化学与司法侦查187

9.1指纹显现188

9.1.1汗液指纹的显现188

9.1.2血指纹的显现190

9.1.3其他指纹的显现191

9.1.4指纹显现新技术191

9.2血痕的检验191

9.2.1筛选试验191

9.2.2确证试验193

9.3爆炸物证的检验193

9.3.1无机炸药的检验194

9.3.2有机炸药的检验195

9.4文书物质材料检验195

9.4.1纸张的检验196

9.4.2墨水与圆珠笔油的检验197

9.4.3书写时间的鉴定197

9.5毒物、毒品分析199

9.5.1金属及水溶性毒物199

9.5.2气体及挥发性毒物200

9.5.3催眠镇静药203

9.5.4农药204

9.5.5毒品205

9.6微量物证的检验207

9.6.1微量物证的特点207

9.6.2微量物证检验常用仪器分析方法208

9.6.3仪器分析方法鉴定微量物证实例211

9.7DNA分析技术212

9.7.1DNA分析技术简介212

9.7.2DNA分析技术在刑事侦查中的应用213

9.8人体气味分析技术214

9.8.1人体气味的特殊性215

9.8.2人体气味成分215

9.8.3人体气味的检测216

9.8.4人体气味在刑事侦查中的应用216

思考题217

第10章化学与国防军事218

10.1常规武器218

10.1.1火药与炸药218

10.1.2军事四弹220

10.2化学武器222

10.2.1化学武器的种类及其毒害作用223

10.2.2化学武器的特点225

10.2.3化学武器的防护226

10.2.4禁止化学武器公约227

10.3核武器229

10.3.1核武器的主要杀伤因素和爆炸方式229

10.3.2原子弹230

10.3.3氢弹231

10.3.4中子弹231

10.4化学与现代高科技武器装备232

10.4.1高能炸药233

10.4.2以化学物质为主的反装备武器233

10.4.3军用新材料234

思考题237

第11章化学与哲学238

11.1物质的化学组成238

11.1.1元素学说239

11.1.2原子分子论240

11.2物质结构241

11.2.1局部的有机物结构241

11.2.2分子结构242

11.3化学反应243

11.3.1燃烧反应244

11.3.2化学反应的方向和限度245

11.3.3自组织反应246

思考题251

参考文献252

唐玉海，西安交通大学，教授，唐玉海 二级教授，陕西省教学名师，首届西安交通大学本科教学卓越成就奖；医学化学会副理事长；西安交通大学分析科学研究所所长。 1985年起，先后主讲《高等有机化学》《有机化学》 《生物有机化学》《工程化学》《大学化学》《美容化学》《自然科学发展概论》《化学与人类文明》等课程。编写出版教材、教学辅导书40余部，承担*和学校教学改革项目20余项。获陕西省政府教学成果二等奖。 近年来，积极投身数字化教学改革，先后在学堂在线、中国大学慕课、Coursera等平台上线《有机化学》、《简明有机化学》CAP课程、《化学与人类文明》等多门慕课课程，其中《有机化学》被评为*首批精品在线课程。《化学与人类文明》被批准为学校通识类核心课程。

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前言

21世纪，世界各国都在经历着深刻的变革，这就需要新的教育形式与之相适应，以培养当今和未来社会所需要的人才。我国的高等教育正在由专业型教育向知识、能力、素质三位一体的教育模式转变，高校的通识核心课程建设越来越受到重视。

化学作为一门实用性和创造性的科学，在人类发展的进程中可以说是无处不在。从衣食住行的变迁，到能源、环境、材料、医药等前沿科学领域的革新，化学无时无刻不在彰显着它对人类社会的改造能力。

《化学与人类文明》以人类进化的宏大空间为背景，以化学发展的典型事件为主线，展现了人类从茹毛饮血的原始社会到近代文明社会的化学发展历程。它不仅关注化学的常识，描绘化学的历史和现状，也试图利用科学思维方式剖析问题，用化学思维方式处理当今世界出现的热点问题，从而帮助读者更深层次了解这个世界的本源，体会科学精神。

本教材主要以普通高等学校各专业本科生为读者对象，以当代人们共同关注的能源、环境、材料、生命科学、国防军事等热门话题为经线，以化学的基本概念、化学的基础知识为纬线编写而成的。全书由绪论(第1章)、化学入门知识(第2章)、化学与能源(第3章)、化学与健康(第4章)、化学与生命科学(第5章)、化学与环境(第6章)、化学与材料科学(第7章)、化学与文物保护(第8章)、化学与司法侦查(第9章)、化学与国防军事(第10章)以及化学与哲学(第11章)组成。

《化学与人类文明》的内容具有以下特点：

精心选取素材，内容编写深入浅出，适合本科生不同专业学生。

融合化学与社会问题，突出热点，增加知识性和趣味性。

直面社会现实问题，努力培养学生的社会责任感。

注重科学知识普及，提高科学素养，增强科学思维和决策能力。

本书由西安交通大学(以姓氏笔画为序)王丽娟、许昭、李亚鹏、张雯、徐四龙、高瑞霞、唐玉海，山西医科大学卞伟，内蒙古医科大学于姝燕，兰州大学陈麒等共同编写；西安交通大学唐玉海、张雯任主编。本书在编写过程中得到西安交通大学、兰州大学、内蒙古医科大学、山西医科大学的大力支持，得到同行的热情帮助；天津大学理学院杨秋华教授仔细审阅了全书，并提出了很多宝贵意见，在此表示衷心的感谢！

由于编者水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者和同行批评指正。

编者

2019年10月