医用化学基础

第1章 绪论 在初中阶段，我们已学习了化学的一些基础知识和基本技能，认识了化学是以实验为基础，研究的对象是实物，是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质、变化及应用的一门自然科学。作为中等卫生职业学校的学生，仅具备原有的化学知识是远远不够的，还要具备与医学相关的化学知识。医用化学基础学习的主要内容是常见元素的结构和性质、溶液的浓度及性质、与医学密切相关的有机化学知识、物质性质实验及操作技能。这些知识贴近医学实际工作，能更好地服务于临床。 第1节 化学的发展历史 追溯化学的发展历史，人类从学会使用火就开始了*早的化学实践活动。从远古到公元前1500年的化学萌芽时期，人类学会用火由黏土烧制出陶器、由矿石烧出金属；学会用谷物酿造出酒、给丝麻等织物染上颜色。 从公元前1500年到公元1650年，这一时期称为炼丹和医药化学时期。化学的起源与医学有不解之缘。炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、在教堂、在自己的家里，为求得使人长生不老的仙丹，为求得象征荣华富贵的黄金，开始了*早的化学实验。炼丹术、炼金术几经盛衰，都以失败而告终。后人看到他们荒唐一面的同时，也从中总结出应用于医药和冶金的一些化学方法，为化学成为一门科学准备了丰富的素材。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，**次有了“化学”这个名词。英语的“chemistry”起源于“alchemy”，即炼金术。“Chemist”至今还保留着两个相关的含义：化学家和药剂师。这些可以证明化学起源于炼金术和制药业。在我国，古代的炼丹术士和巫医就是化学和医学的共同祖先。我国是世界上文明发展较早的国家之一，勤劳勇敢的中华民族在这一时期创造过光辉灿烂的古代科学文化，为人类作出过巨大贡献。11000年前我们的祖先已会制作和使用陶器，3000多年前的商朝已有高度精美的青铜器，人们学会了造纸，掌握了各种冶炼技术，发明了火药，懂得了染色、酿酒、制药和制糖等。 从1650年到1775年是近代化学的孕育时期，也称为燃素化学时期。人们总结感性知识，进行化学变化的理论研究，使化学成为自然科学的一个分支。在燃素说流行的100多年间，化学家发现了多种气体，提出了化学反应中物质守恒等观点，奠定了近代化学思维的基础。从1775年到1900年是近代化学的发展时期，1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期。在这一时期，英国化学家道尔顿提出近代原子学说，意大利科学家阿伏伽德罗提出分子概念，俄国化学家门捷列夫发现元素周期律，德国化学家李比希等发展了有机结构理论。在这一时期，出现了有机化学、无机化学、物理化学、分析化学的分支。 从20世纪初开始，在物理学一系列新发现的推动下，化学学科得到了迅速发展。例如，电子的发现和量子论的引入为结构化学提供了新的思维方法。X射线晶体衍射技术应用于分析晶体及复杂生物分子的结构，可获得详细的分子结构信息。质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振波谱的应用对有机化合物分子结构的测定提供了有力的手段。各种分析仪器的发展，特别是计算机技术的引入，使人类对物质进行定性定量分析的手段从烦琐到简便、快速，分析结果更准确，反映出分析技术的现代化水平。合成各种物质也是化学研究的目的之一，如人造水晶、金刚石、超导材料及纳米材料等各种超纯物质、新型材料和特殊化合物的合成。化学学科向其他学科渗透交叉，如向生物学渗透形成生物化学。胰岛素、活性蛋白质、血红素和核酸的合成，为人类进行生命物质的合成和探索生命科学提供了发展方向。1965年，我国科学工作者率先合成了具有生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素，1971年，完成了猪胰岛素晶体结构的测定，1981年，人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸。这些都意味着人类在揭开生命奥秘的历程中向前迈进了一大步。 2000年，我国科学家加入了国际人类基因组计划，为在21世纪完全能将10万条基因分离，搞清其结构与功能，为人类彻底认识生命本质、开展基因治疗、攻克癌症作出应有的贡献。 第2节 化学与医学的关系 化学是医学的基础，医学也推动了化学的发展。 2006年诺贝尔化学奖获得者，美国科学家科恩伯格这样评价医学和化学的关系，“把生命理解为化学”。医学研究的主要对象是人体，组成人体的各种物质是化学的研究对象。人体的各种组织是由蛋白质、脂肪、糖类、无机盐和水等物质组成，人体的主要元素有C、H、O、N、P、S、Cl、K、Ca、Na、Mg，微量元素主要有Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B等。人体的生命过程包括生理现象和病理现象都是体内化学变化的反映。人体是一个复杂的反应系统，反应每时每刻都在进行着。人体的基本营养物质糖类、蛋白质、脂肪、无机盐等的转化和吸收，人体的新陈代谢无不遵循化学原理。例如，我们吃的各种主食，其主要成分是淀粉，其被淀粉酶催化水解为麦芽糖，麦芽糖再分解为葡萄糖，葡萄糖再在体内发生氧化反应来供给人体活动所需的能量。 医学的检验和诊断与化学有着紧密的联系。临床上应用化学的方法诊断和治疗疾病，如医院的检验人员对患者血液、尿液及粪便的检测，医学影像人员对X射线、CT、核磁共振底片的处理。 临床上应用的各种药物都是用化学方法提炼、合成的。16世纪在欧洲，化学家就提出要为治病而制造药物；1800年，英国化学家Davy发现N2O有麻醉作用，他认为也许可用于外科手术，不久，美国医生Wells就用于拔牙。新药的研制和开发、与健康有关的环境问题、预防医学和卫生监测、诊断学和治疗学、药理和药剂学、中草药有效成分的提取、鉴定和老药新用的研制，无一不涉及丰富的化学知识。 医学科学日新月异，人造器官、血管、皮肤、代血浆等用于临床，放射性核素疗法被广泛应用，分子生物学、分子生理学、分子遗传学不断取得新进展，这些使化学与医学的关系更加密切。哪种物质可以有效地杀死癌细胞？怎样从燃料中获取*大的能量并减小有害的辐射，减小温室效应？如何保护我们的生存环境少受污染？如何降低不良反应（如金属腐蚀）并提高有利反应（如合成氨、农作物生长）的速率？化学研究几乎涉及我们生活中的每个方面，如食品、健康、环境。在化学与医学相互渗透融合、多学科交叉发展的21世纪，要想成为一名具有一定科学素养和综合职业能力的医药卫生专业人才，就必须要学好医用化学。 第3节 学习医用化学的方法 要想学好医用化学基础这门课程，首先要有想学好这门课的主观能动性，并培养学习兴趣。化学是一门实用的和具有创造性的科学，是实现工业、农业、国防及科学技术现代化的关键。建设环境友好型社会、改善人民生活、保障食品安全、应对各种疾病都离不开化学。从化学的发展历史中、从化学与医学的关系中，我们能认识到医学专业的学生学习化学的必要性和重要性。要学会欣赏化学，化学世界是千姿百态、引人入胜的世界，化学实验的变化美、化学理论的和谐美、化学语言的简洁美、分子模型的直观形象美，会让我们感受到化学不仅是一门科学、一门文化，更是一门艺术。 化学是一门实验科学，通过化学实验现象，可以验证肉眼看不见的原子、离子和分子等微观粒子的存在，获知物质的性质，加深对所学知识的理解，并将所学的化学知识应用到临床实践。例如，实验中发现重金属离子能沉淀蛋白质，所以重金属盐中毒时，给患者口服乳品或鸡蛋清后呕吐，可以减少重金属盐与人体蛋白质的结合，起到减轻中毒深度的作用。所以化学实验也是我们学好医用化学基础的重要组成部分。要重视化学实验操作和实验现象、结果的分析，努力培养自己的动手能力和观察、记录、分析、解决问题的能力。 在学习化学的过程中，还要做到课前预习，课堂上认真听讲和做好笔记，课后复习。课前预习是发现问题的过程；课堂上紧跟教师思路听课，带着问题听课，能从教师的讲解中听出每个问题的提出、解决的方法和得到的结论；课后复习是在理解的基础上加深记忆，并进行归纳和总结。要认真做好课后练习，达到巩固提高的目的。 （宗桂玲） 第2章 溶液 日常生活和医疗卫生中经常接触到溶液，许多化学反应都是在溶液中进行的。人体内很多物质以溶液的形式存在。例如，人体内的血液、淋巴液、唾液等各种组织液都是溶液。食物和药物必须先变成溶液才利于吸收，临床上许多药物必须配成一定浓度的溶液才能使用。溶液在医学上有着极其重要的意义。本章主要介绍物质的量及溶液的相关知识。 第1节 物质的量 知识回顾 1.分子、原子、离子都是构成物质的微粒。原子是化学变化中的*小微粒；分子是保持物质化学性质的*小粒子；离子是带有电荷的原子或原子团。分子、原子、离子的质量及体积都很小，它们之间有间隙，它们都处于永恒的运动状态。 2.国际上以12C原子质量的1/12（约1.66×10-27kg）作为标准，其他原子的质量和它作比较所得的数值就是该种原子的相对原子质量。化学式中各个原子的相对原子质量之和就是相对分子质量。 物质是由很多分子、原子、离子等微观粒子构成的。单个微粒很小，一个一个地计数既困难，又没有实际意义。然而在实际化学反应中，参加反应的物质的数量是可以称量的，反应物是由千万亿个分子、原子或离子构成的，并按一定数量关系进行反应。为了建立起反应物的微粒数目与它们质量之间的联系，科学上引入了“物质的量”这个物理量。 一、物质的量及其单位 （一）物质的量 物质的量是表示以一定数目的基本单元粒子为集体的、与基本单元的粒子数成正比的物理量。它和长度、质量、时间一样，是国际单位制（SI）中7个基本物理量之一，其符号用“n”表示。某物质B的物质的量可以表示为n（B）或nB。例如： 氢原子的物质的量可表示为n（H）或nH； 氢分子的物质的量可表示为n（H2）或nH2； 氢离子的物质的量可表示为n（H+）或nH+。 （二）物质的量的单位 物质的量的基本单位是摩尔（mole），符号是摩（mol）。摩尔是一系统物质的数量，该系统所包含的基本单元粒子与12g 12C的原子数目相等。在使用摩尔时，应指出基本单元。基本单元可以是原子、分子、离子，或是这些粒子的组合。科学上应用12g 12C来衡量碳原子集体。12C是原子核中有6个质子和6个中子的碳原子。实验测定知，12g 12C中所包含的原子数目约为6.02×1023个。这个数值因意大利科学家阿伏伽德罗而命名，所以称为阿伏伽德罗常量，用符号NA表示。 由6.02×1023个粒子所构成的物质的量，即为1摩尔。1摩尔任何物质都包含6.02×1023个粒子。例如： 1mol C含有6.02×1023个碳原子； 1mol H2O含有6.02×1023个水分子； 1mol H2含有6.02×1023个氢分子； 0.5mol H+含有0.5×6.02×1023个氢离子，即3.01×1023个氢离子。 由此可见，物质的量（n）是与物质粒子数（N）成正比的物理量，它们之间的关系如下： 物质的量相同的任何物质，它们所含的粒子数一定相同；如果要比较几种物质所含有粒子数目的多少，只需比较它们的物质的量的多少。 问题2-1：1mol Na+含有多少个Na+?2mol H2O含有多少个H2O？ 问题2-2：6.02×1022个H+的物质的量是多少？3.01×1023个Fe的物质的量是多少？ 二、摩尔质量 1 摩尔物质的质量就是该物质的摩尔质量。 摩尔质量用符号M表示。基本单位是kg/mol，化学上常用g/mol来表示，物质B的摩尔质量表示为M（B）或MB。例如，碳原子的摩尔质量表示为M（C）或MC。 可以推知，原子的摩尔质量以g/mol为单位，在数值上等于该原子的相对原子质量。例如： O的相对原子质量是16，所以MO=16g/mol； K的相对原子质量是39，所以MK=