高中化學(xué)《走進(jìn)化學(xué)科學(xué)》文字素材8 魯科版必修1

二十世紀(jì)的化學(xué)化學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴、彼此促進(jìn)的兩個(gè)方面。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于受到自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測(cè)試等方面都有了長足的進(jìn)展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學(xué)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。19世紀(jì)末，電子、X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)在20世紀(jì)的重大進(jìn)展創(chuàng)造了條件。在結(jié)構(gòu)化學(xué)方面，由于電子的發(fā)現(xiàn)開始并確立的現(xiàn)代的有核原子模型，不僅豐富和深化了對(duì)元素周期表的認(rèn)識(shí)，而且發(fā)展了分子理論。應(yīng)用量子力學(xué)研究分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了量子化學(xué)。從氫分子結(jié)構(gòu)的研究開始，逐步揭示了化學(xué)鍵的本質(zhì)，先后創(chuàng)立了價(jià)鍵理論、分子軌道理論和配位場(chǎng)理論?；瘜W(xué)反應(yīng)理論也隨著深入到微觀境界。應(yīng)用X射線作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新分析手段，可以洞察物質(zhì)的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。測(cè)定化學(xué)立體結(jié)構(gòu)的衍射方法，有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應(yīng)用所積累的精密分子立體結(jié)構(gòu)信息最多。研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的譜學(xué)方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴(kuò)展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等，與計(jì)算機(jī)聯(lián)用后，積累大量物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)的資料，正由經(jīng)驗(yàn)向理論發(fā)展。電子顯微鏡放大倍數(shù)不斷提高，人們以可直接觀察分子的結(jié)構(gòu)。經(jīng)典的元素學(xué)說由于放射性的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生深刻的變革。從放射性衰變理論的創(chuàng)立、同位素的發(fā)現(xiàn)到人工核反應(yīng)和核裂變的實(shí)現(xiàn)、氘的發(fā)現(xiàn)、中子和正電子及其他基本粒子的發(fā)現(xiàn)，不僅使人類的認(rèn)識(shí)深入到亞原子層次，而且創(chuàng)立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法和理論；不僅實(shí)現(xiàn)了古代煉丹家轉(zhuǎn)變?cè)氐乃枷?，而且改變了人的宇宙觀。作為20世紀(jì)的時(shí)代標(biāo)志，人類開始掌握和使用核能。放射化學(xué)和核化學(xué)等分支學(xué)科相繼產(chǎn)生，并迅速發(fā)展；同位素地質(zhì)學(xué)、同位素宇宙化學(xué)等交叉學(xué)科接踵誕生。元素周期表擴(kuò)充了，以有109號(hào)元素，并且正在探索超重元素以驗(yàn)證元素“穩(wěn)定島假說”。與現(xiàn)代宇宙學(xué)相依存的元素起源學(xué)說和與演化學(xué)說密切相關(guān)的核素年齡測(cè)定等工作，都在不斷補(bǔ)充和更新元素的觀念。在化學(xué)反應(yīng)理論方面，由于對(duì)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)的提高，經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的反應(yīng)理論以進(jìn)一步深化，在過渡態(tài)理論建立后，逐漸向微觀的反應(yīng)理論發(fā)展，用分子軌道理論研究微觀的反應(yīng)機(jī)理，并逐漸建立了分子軌道對(duì)稱守恒定律和前線軌道理論。分子束、激光和等離子技術(shù)的應(yīng)用，使得對(duì)不穩(wěn)定化學(xué)物種的檢測(cè)和研究成為現(xiàn)實(shí)，從而化學(xué)動(dòng)力學(xué)已有可能從經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的宏觀動(dòng)力學(xué)深入到單個(gè)分子或原子水平的微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得分子、電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)的量子化學(xué)計(jì)算、化學(xué)統(tǒng)計(jì)、化學(xué)模式識(shí)別，以及大規(guī)模技術(shù)的處理和綜合等方面，都得到較大的進(jìn)展，有的已經(jīng)逐步進(jìn)入化學(xué)教育之中。關(guān)于催化作用的研究，已提出了各種模型和理論，從無機(jī)催化進(jìn)入有機(jī)催化和酶催化，開始從分子微觀結(jié)構(gòu)和尺寸的角度，來研究酶類的作用和酶類的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系。分析方法和手段是化學(xué)研究的基本方法和手段。一方面，經(jīng)典的成分和組成分析方法仍在不斷改進(jìn)，分析靈敏度從常量發(fā)展到微量、超微量、痕量；另一方面，發(fā)展出許多新的分析方法，可深入到進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)象測(cè)定、同位素測(cè)定，各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測(cè)定，以及對(duì)短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測(cè)等。分離技術(shù)也不斷革新，離子交換、膜技術(shù)、色譜法等等。合成各種物質(zhì)，是化學(xué)研究的目的之一。在無機(jī)合成方面，首先合成的是氨。氨的合成不僅開創(chuàng)了無機(jī)合成工業(yè)，而且?guī)?dòng)了催化化學(xué)，發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。后來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料和二茂鐵等配位化合物。在電子技術(shù)、核工業(yè)、航天技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的推動(dòng)下，各種超純物質(zhì)、新型化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術(shù)都得到了較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn)，需要對(duì)零族元素的化學(xué)性質(zhì)重新加以研究。無機(jī)化學(xué)在與有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機(jī)金屬化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、無機(jī)固體化學(xué)等新興學(xué)科。酚醛樹脂的合成，開辟了高分子科學(xué)領(lǐng)域。20世紀(jì)30年代聚酰胺纖維的合成，使高分子的概念得到廣泛的確認(rèn)。后來，高分子的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究、應(yīng)用三方面保持互相配合和促進(jìn)，使高分子化學(xué)得以迅速發(fā)展。各種高分子材料合成和應(yīng)用，為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術(shù)，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能優(yōu)異而成本較低的重要材料，成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要標(biāo)志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學(xué)工業(yè)的重要支柱。20世紀(jì)是有機(jī)合成的黃金時(shí)代?；瘜W(xué)的分離手段和結(jié)構(gòu)分析方法已經(jīng)有了很大發(fā)展，許多天然有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)問題紛紛獲得圓滿解決，還發(fā)現(xiàn)了許多新的重要的有機(jī)反應(yīng)和專一性有機(jī)試劑，在此基礎(chǔ)上，精細(xì)有機(jī)合成，特別是在不對(duì)稱合成方面取得了很大進(jìn)展。一方面，合成了各種有特種結(jié)構(gòu)和特種性能的有機(jī)化合物；另一方面，合成了從不穩(wěn)定的自由基到有生物活性的蛋白質(zhì)、核酸等生命基礎(chǔ)物質(zhì)。有機(jī)化學(xué)家還合成了有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)化合物和有特效的藥物。這些成就對(duì)促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用，為合成有高度生物活性的物質(zhì)，并與其他學(xué)科協(xié)同解決有生命物質(zhì)的合成問題及解決前生命物質(zhì)的化學(xué)問題等，提供了有利的條件。20世紀(jì)以來，化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)可以歸納為：由宏觀向微觀、由