20世紀(jì)化學(xué)的回顧與21世紀(jì)化學(xué)之展望

1、20世紀(jì)化學(xué)的回憶與21世紀(jì)化學(xué)之展望化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門 科學(xué)，它涉及存在于自然界的物質(zhì)如礦物、空氣中的氣體、海洋里的水和鹽、 動(dòng)植物體內(nèi)的化學(xué)成分，以及由化學(xué)家創(chuàng)造的新物質(zhì)，它涉及自然界的變化如 因閃電而著火的樹(shù)木、生命過(guò)程中的化學(xué)變化，還有那些由化學(xué)家創(chuàng)造創(chuàng)造的 新變化。作為自然科學(xué)中的一門根底學(xué)科，化學(xué)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)和人類物質(zhì)文明 迅猛開(kāi)展的根底和動(dòng)力，是一門中心的、實(shí)用的和創(chuàng)造性的科學(xué)，是一門古老而 又生機(jī)勃勃的科學(xué)?，F(xiàn)在很多化學(xué)工作者都在預(yù)測(cè)21世紀(jì)化學(xué)學(xué)科開(kāi)展的前景， 推測(cè)21世紀(jì)化學(xué)會(huì)在哪些方面取得重大突破？會(huì)遇到哪些挑戰(zhàn)和難題？

2、什么是 未來(lái)化學(xué)的新生長(zhǎng)點(diǎn)？化學(xué)在整個(gè)科學(xué)體系中占有什么地位？實(shí)際上，我們只要溫故以知新，就不難看出未來(lái)化學(xué)開(kāi)展的動(dòng)向。1. 20世紀(jì)化學(xué)的輝煌成就20世紀(jì)人類對(duì)物質(zhì)需求的日益增加以及科學(xué)技術(shù)的迅猛開(kāi)展，極大的推動(dòng)了 化學(xué)學(xué)科自身的開(kāi)展。化學(xué)不僅形成了完整的理論體系，而且在理論的指導(dǎo)下， 化學(xué)實(shí)踐為人類創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)。從19世紀(jì)的經(jīng)典化學(xué)到20世紀(jì)的現(xiàn)代化學(xué) 的飛躍，從本質(zhì)上說(shuō)是從19世紀(jì)的道爾頓原子論、門捷列夫元素周期表等在原 子的層次上認(rèn)識(shí)和研究化學(xué)，進(jìn)步到 20世紀(jì)在分子的層次上認(rèn)識(shí)和研究化學(xué)。 如對(duì)組成分子的化學(xué)鍵的本質(zhì)、分子的強(qiáng)相互作用和弱相互作用、分子催化、分 子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

3、的認(rèn)識(shí)，以至1900多萬(wàn)種化合物的發(fā)現(xiàn)與合成；對(duì)生物分 子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究促進(jìn)了生命科學(xué)的開(kāi)展。另一方面，化學(xué)過(guò)程工業(yè)以及與化學(xué)相關(guān)的國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，如糧食、能源、材料、醫(yī)藥、交通、國(guó)防 以及人類的衣食住行用等，在這100年中發(fā)生的變化是有目共睹的。過(guò)去的 100 年間化學(xué)學(xué)科的重大突破性成果可從歷屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的重大奉獻(xiàn)中獲 悉20世紀(jì)在能源利用方面一個(gè)重大突破是核能的釋放和可控利用。僅此領(lǐng)域就 產(chǎn)生了 6項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。首先是居里夫婦從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初先后發(fā)現(xiàn)了放射 性比鈾強(qiáng)400倍的釙，以及放射性比鈾強(qiáng)200多萬(wàn)倍的鐳，這項(xiàng)艱巨的化學(xué)研究 翻開(kāi)了 20世紀(jì)原子物理學(xué)的大

4、門，居里夫婦為此而獲得了 1903年諾貝爾物理學(xué) 獎(jiǎng)。1906年居里不幸遇車禍身亡，居里夫人繼續(xù)專心于鐳的研究與應(yīng)用，測(cè)定 了鐳的原子量，建立了鐳的放射性標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)制備了20克鐳存放于巴黎國(guó)際度量衡中心作為標(biāo)準(zhǔn)，并積極提倡把鐳用于醫(yī)療，使放射治療得到了廣泛應(yīng)用，造 福人類。為表彰居里夫人在發(fā)現(xiàn)釙和鐳、開(kāi)拓放射化學(xué)新領(lǐng)域以及開(kāi)展放射性元 素的應(yīng)用方面的奉獻(xiàn)，1911年被授予了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)初，盧瑟福從事 關(guān)于元素衰變和放射性物質(zhì)的研究，提出了原子的有核結(jié)構(gòu)模型和放射性元素的 衰變理論，研究了人工核反響，因此而獲得了 1908年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。居里夫人 的女兒和女婿約里奧-居里夫婦用釙的&

5、#61537;射線轟擊硼、呂、鎂時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生 了帶有放射性的原子核，這是第一次用人工方法創(chuàng)造出放射性元素，為此約里奧-居里夫婦榮獲了 1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。在約里奧-居里夫婦的根底上，費(fèi)米 用曼中子轟擊各種元素獲得了 60種新的放射性元素，并發(fā)現(xiàn)中子轟擊原子核后，就被原子核捕獲得到一個(gè)新原子核，且不穩(wěn)定，核中的一個(gè)中子將放出一次 衰變，生成原子序數(shù)增加1的元素。這一原理和方法的發(fā)現(xiàn)，使人工放 射性元素的研究迅速成為當(dāng)時(shí)的熱點(diǎn)。 物理學(xué)介入化學(xué)，用物理方法在元素周期 表上增加新元素成為可能。費(fèi)米的這一成就使他獲得了1938年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1939年哈恩發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象，震撼

6、了當(dāng)時(shí)的科學(xué)界，成為原子能利用的 根底，為此，哈恩獲得了 1944年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1939年費(fèi)里施在裂變現(xiàn)象中觀察到伴隨著碎片有巨大的能量，同時(shí)約里奧-居里夫婦和費(fèi)米都測(cè)定了鈾裂變時(shí)還放出中子，這使鏈?zhǔn)椒错懗蔀榭赡堋Ｖ链酸尫旁幽艿那捌诟籽芯恳呀?jīng)完成。從放射性的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，然后發(fā)現(xiàn)了人工放射性， 再后又發(fā)現(xiàn)了鈾裂變伴隨能量和中子的釋放， 以至核裂變的可控鏈?zhǔn)椒错?。于是?1942年費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)下成功的建造了第一座原子反響堆，1945年美國(guó)在日本投下了原子彈。核裂變和原子能的利用是 20世紀(jì)初至中葉化學(xué)和物理界具有里程碑意 義的重大突破。2化學(xué)鍵和現(xiàn)代量子化學(xué)理論在分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵理論方面，鮑林L.

7、Pauling, 1901-1994的奉獻(xiàn)最大。他 長(zhǎng)期從事X-射線晶體結(jié)構(gòu)研究，尋求分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，把量子力學(xué)應(yīng)用于 分子結(jié)構(gòu)，把原子價(jià)理論擴(kuò)展到金屬和金屬間化合物， 提出了電負(fù)性概念和計(jì)算 方法，創(chuàng)立了價(jià)鍵學(xué)說(shuō)和雜化軌道理論。1954年由于他在化學(xué)鍵本質(zhì)研究和用 化學(xué)鍵理論說(shuō)明物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的重大奉獻(xiàn)而榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，莫利肯運(yùn)用量子力學(xué)方法，創(chuàng)立了原子軌道線性組合分子軌道的理論，說(shuō)明了分子的共價(jià)鍵本質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)，1966年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。另外，1952年福井謙一提出 了前線軌道理論，用于研究分子動(dòng)態(tài)化學(xué)反響。1965年R.B.Woodward,和R.Hoffman提出了分子軌

8、道對(duì)稱守恒原理，用于解釋和預(yù)測(cè)一系列反響的難易程 度和產(chǎn)物的立體構(gòu)型。這些理論被認(rèn)為是認(rèn)識(shí)化學(xué)反響開(kāi)展史上的一個(gè)里程碑， 為此，福井謙一和Hoffman共獲1981年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1998年科恩因開(kāi)展了電 子密度泛函理論，以及波普爾因開(kāi)展了量子化學(xué)計(jì)算方法而共獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 化學(xué)鍵和量子化學(xué)理論的開(kāi)展足足花了半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，讓化學(xué)家由淺入深，認(rèn)識(shí)分子的本質(zhì)及其相互作用的根本原理， 從而讓人們進(jìn)入分子的理性設(shè)計(jì)的高層 次領(lǐng)域，創(chuàng)造新的功能分子，如藥物設(shè)計(jì)、新材料設(shè)計(jì)等，這也是20世紀(jì)化學(xué)的一個(gè)重大突破。3合成化學(xué)的開(kāi)展創(chuàng)造新物質(zhì)是化學(xué)家的首要任務(wù)。100年來(lái)合成化學(xué)開(kāi)展迅速，許多新技術(shù)被 用

9、于無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物的合成，例如，超低溫合成、高溫合成、高壓合成、電解 合成、光合成、聲合成、微波合成、等離子體合成、固相合成、仿生合成等等； 發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的新反響、新合成方法數(shù)不勝數(shù)?，F(xiàn)在，幾乎所有的天然化合物 以及化學(xué)家感興趣的具有特定功能的非天然化合物都能夠通過(guò)化學(xué)合成的方法 來(lái)獲得。在人類已擁有的1900多萬(wàn)種化合物中，絕大多數(shù)是化學(xué)家合成的，幾 乎又創(chuàng)造出了一個(gè)新的自然界。合成化學(xué)為滿足人類對(duì)物質(zhì)的需求作出了極為重 要的奉獻(xiàn)?？v觀20世紀(jì)，合成化學(xué)領(lǐng)域共獲得10項(xiàng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1912年格林亞德因創(chuàng)造格氏試劑，開(kāi)創(chuàng)了有機(jī)金屬在各種官能團(tuán)反響中的新領(lǐng) 域而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1928年狄爾

10、斯和阿爾德因發(fā)現(xiàn)雙烯合成反響而獲得1950年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1953年齊格勒和納塔發(fā)現(xiàn)了有機(jī)金屬催化烯烴定向聚合， 實(shí)現(xiàn)了乙烯的常壓聚合而榮獲1963年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。人工合成生物分子一直是 有機(jī)合成化學(xué)的研究重點(diǎn)。從最早的甾體A.Windaus，1928年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、 抗壞血酸W.N.Haworth, 1937年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物堿R.Robinson,1947年 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)至V多肽V.du.Vigneand,1955年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)逐漸深入。到1965 年有機(jī)合成大師 Woodward由于其有機(jī)合成的獨(dú)創(chuàng)思維和高超技藝，先后合成了奎寧、膽固醇、可的松、葉綠素和利血平等一系列復(fù)雜有機(jī)化合物而榮

11、獲諾貝爾 化學(xué)獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)后他又提出了分子軌道對(duì)稱守恒原理，并合成了維生素B12等。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)此外，Wilk in son和Fischer合成了過(guò)渡金屬二茂夾心式化合物，確定了這種特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)金屬有機(jī)化學(xué)和配位化學(xué)的開(kāi)展起了重大推動(dòng)作用，榮獲1973年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1979年Brown和Wittig因分別開(kāi)展了有機(jī)硼和 Wittig反響而共獲 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1984年Merrifield因創(chuàng)造了固相多肽合成法對(duì)有機(jī)合成方法學(xué)和 生命化學(xué)起了巨大推動(dòng)作用而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1990年Corey在大量天然產(chǎn)物的全合成工作中總結(jié)并提出了逆合成分析法，極大的促進(jìn)了有機(jī)合成化學(xué)的開(kāi)展，因

12、此而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。現(xiàn)代合成化學(xué)是經(jīng)歷了近百年的努力研究、探索和積累才開(kāi)展到今天可以合成像海葵毒素這樣復(fù)雜的分子分子式為 C129H223N3O54,分子量為2689道爾頓，有64個(gè)不對(duì)稱碳和7個(gè)骨架內(nèi)雙鍵，異 構(gòu)體數(shù)目多達(dá)271個(gè)。?？舅匚臋n收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)4高分子科學(xué)和材料20世紀(jì)人類文明的標(biāo)志之一是合成材料的出現(xiàn)。合成橡膠、合成塑料和合成纖 維這三大合成高分子材料化學(xué)中具有突破性的成就，也是化學(xué)工業(yè)的驕傲。在此 領(lǐng)域曾有3項(xiàng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1920年H.Staud in ger提出了高分子這個(gè)概念，創(chuàng)立 了高分子鏈型學(xué)說(shuō)，以后又建立了高分子粘度與分子量之間的定量關(guān)系，為此而獲

13、得了 1953年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1953年Ziegler成功地在常溫下用C2H5 3AITiCI4作催化劑將乙烯聚合成聚乙烯，從而發(fā)現(xiàn)了配位聚合反響。1955年Natta 將Ziegler催化劑改良為-TiCI3和烷基鋁體系，實(shí)現(xiàn)了丙烯的定向聚合， 得到了高產(chǎn)率、高結(jié)晶度的全同構(gòu)型的聚丙烯，使合成方法-聚合物結(jié)構(gòu)-性能三者聯(lián)系起來(lái)，成為高分子化學(xué)開(kāi)展史中一項(xiàng)里程碑。為此，Ziegler和Natta共獲了 1963年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1974年Flory因在高分子性質(zhì)方面的成就也獲得了諾 貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。5化學(xué)動(dòng)力學(xué)與分子反響動(dòng)態(tài)學(xué)研究化學(xué)反響是如何進(jìn)行的，揭示化學(xué)反響的歷程和研究物質(zhì)的

14、結(jié)構(gòu)與其反響 能力之間的關(guān)系，是控制化學(xué)反響過(guò)程的需要。在這一領(lǐng)域相繼獲得過(guò)3次諾貝 爾化學(xué)獎(jiǎng)。1956年Semenov和Hinchelwood在化學(xué)反響機(jī)理、反響速度和鏈?zhǔn)?反響方面的開(kāi)創(chuàng)性研究獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。另外，Eigen提出了研究發(fā)生在千分之一秒內(nèi)的快速化學(xué)反響的方法和技術(shù)，Porter和Norrish提出和開(kāi)展了閃光光解法技術(shù)用于研究發(fā)生在十億分之一秒內(nèi)的快速化學(xué)反響，對(duì)快速反響動(dòng)力學(xué)研究作出了重大奉獻(xiàn)，他們?nèi)斯搏@了 1967年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。分子反響動(dòng)態(tài)學(xué)，亦稱態(tài)-態(tài)化學(xué)，從微觀層次出發(fā)，深入到原子、分子的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)、分子 間相互作用和碰撞過(guò)程來(lái)研究化學(xué)反響的速率和機(jī)理。李

15、遠(yuǎn)哲和Herschbach首先創(chuàng)造了獲得各種態(tài)信息的交叉分子束技術(shù)， 并利用該技術(shù)F+H2的反響動(dòng)力學(xué)， 對(duì)化學(xué)反響的根本原理作出了重要奉獻(xiàn)，被稱為分子反響動(dòng)力學(xué)開(kāi)展中的里程碑， 為此李遠(yuǎn)哲、Herschbach和Polany共獲了 1986年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1999年Zewail 因利用飛秒光譜技術(shù)研究過(guò)渡態(tài)的成就獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。6對(duì)現(xiàn)代生命科學(xué)和生物技術(shù)的重大奉獻(xiàn)研究生命現(xiàn)象和生命過(guò)程、揭示生命的起源和本質(zhì)是當(dāng)代自然科學(xué)的重大研究 課題。20世紀(jì)生命化學(xué)的崛起給古老的生物學(xué)注入了新的活力，人們?cè)诜肿铀?平上向生命的奧秘翻開(kāi)了一個(gè)又一個(gè)通道。蛋白質(zhì)、核酸、糖等生物大分子和激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因

16、子等生物小分子是構(gòu)成生命的根本物質(zhì)。從20世紀(jì)初開(kāi)始生物小分子如糖、血紅素、葉綠素、維生素等的化學(xué)結(jié)構(gòu)與合成研究就多 次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這是化學(xué)向生命科學(xué)進(jìn)軍的第一步。1955年Vigneand因首次合成多肽激素催產(chǎn)素和加壓素而榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1958年San ger因?qū)Φ鞍踪|(zhì)特別是牛胰島素分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的奉獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1953年和提出了 DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這項(xiàng)重大成果對(duì)于 生命科學(xué)具有劃時(shí)代的奉獻(xiàn)，它為分子生物學(xué)和生物工程的開(kāi)展奠定了根底，為整個(gè)生命科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的革命。Watson和Crick因此而榮獲了 1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1960年和利用X-射線衍射成功地

17、測(cè)定了 鯨肌紅蛋白和馬血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)，揭示了蛋白質(zhì)分子的肽鏈螺旋區(qū)和非螺旋 區(qū)之間還存在三維空間的不同排布方式，說(shuō)明了二硫鍵在形成這種三維排布方式 中所起的作用，為此，他們二人共獲了1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1965年我國(guó)化學(xué)家人工合成結(jié)晶牛胰島素獲得成功，標(biāo)志著人類在揭示生命奧秘的歷程中邁進(jìn)了 一大步。此外,1980年 P.Berg F.Sanger和 W.Gilbert 因在 DNA 分裂和重組、DNA 測(cè)序以及現(xiàn)代基因工程學(xué)方面的杰出奉獻(xiàn)而共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1982年A.Klug因創(chuàng)造 象重組 技術(shù)和揭示病毒和細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1984年因創(chuàng)造多肽固相合成技術(shù)而

18、榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1989年T.Cech和S.Altman因發(fā)現(xiàn)核酶Ribozyme而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1993年M.Smith 因創(chuàng)造寡核苷酸定點(diǎn)誘變法以及 因創(chuàng)造多聚酶鏈?zhǔn)椒错懠夹g(shù)對(duì)基因 工程的奉獻(xiàn)而共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1997年J.Skou因發(fā)現(xiàn)了維持細(xì)胞中Na離子 和K離子濃度平衡的酶及有關(guān)機(jī)理、P.Boyer和J.Walker因揭示能量分子ATP的形成過(guò)程而共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)化學(xué)與生命科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生了一系列在分子層次上研究生命問(wèn)題的新學(xué) 科，如生物化學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、生物無(wú)機(jī)化學(xué)、生 物分析化學(xué)等。在研究生命現(xiàn)象的領(lǐng)域里，化學(xué)不僅提供了技術(shù)和方法，而且還

19、 提供了理論。7對(duì)人類健康的奉獻(xiàn)利用藥物治療疾病是人類文明的重要標(biāo)志之一。20世紀(jì)初，由于對(duì)分子結(jié)構(gòu)和藥理作用的深入研究，藥物化學(xué)迅速開(kāi)展，并成為化學(xué)學(xué)科一個(gè)重要領(lǐng)域。1909 年德國(guó)化學(xué)家艾里希合成出了治療梅毒的特效藥物胂凡納明。20世紀(jì)30年代以 來(lái)化學(xué)家從染料出發(fā)，創(chuàng)造出了一系列磺胺藥，使許多細(xì)菌性傳染病特別是肺炎、 流行性腦炎、細(xì)菌性痢疾等長(zhǎng)期危害人類健康和生命的疾病得到控制。青霉素、 鏈霉素、金霉素、氯霉素、頭抱菌素等類型抗生素的創(chuàng)造，為人類的健康做出了 巨大奉獻(xiàn)。具不完全統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)化學(xué)家通過(guò)合成、半合成或從動(dòng)植物、微生 物中提取而得到的臨床有效的化學(xué)藥物超過(guò) 2萬(wàn)種，常用的就有

20、1000余種，而 且這個(gè)數(shù)目還在快速增加。8對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類日常生活的奉獻(xiàn)化學(xué)在改善人類生活方面是最有成效、最實(shí)用的學(xué)科之一。利用化學(xué)反響和 過(guò)程來(lái)制造產(chǎn)品的化學(xué)過(guò)程工業(yè)包括化學(xué)工業(yè)、精細(xì)化工、石油化工、制藥工 業(yè)、日用化工、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、玻璃和建材工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、紡織工業(yè)、 皮革工業(yè)、飲食工業(yè)等在興旺國(guó)家中占有最大的份額。這個(gè)數(shù)字在美國(guó)超過(guò) 30%,而且還不包括諸如電子、汽車、農(nóng)業(yè)等要用到化工產(chǎn)品的相關(guān)工業(yè)的產(chǎn)值。 興旺國(guó)家從事研究與開(kāi)發(fā)的科技人員中， 化學(xué)、化工專家占一半左右。世界專利 創(chuàng)造中有20%與化學(xué)有關(guān)。人類之衣、食、住、行、用無(wú)不與化學(xué)所掌管之成百 化學(xué)元素及其所組成之萬(wàn)千

21、化合物和無(wú)數(shù)的制劑、材料有關(guān)。房子是用水泥、玻 璃、油漆等化學(xué)產(chǎn)品建造的，肥皂和牙膏是日用化學(xué)品，衣服是合成纖維制成并 由合成染料上色的。飲用水必須經(jīng)過(guò)化學(xué)檢驗(yàn)以保證質(zhì)量， 食品那么是由用化肥和 農(nóng)藥生產(chǎn)的糧食制成的。維生素和藥物也是由化學(xué)家合成的。 交通工具更離不開(kāi) 化學(xué)。車輛的金屬部件和油漆顯然是化學(xué)品， 車廂內(nèi)的裝潢通常是特種塑料或經(jīng) 化學(xué)制劑處理過(guò)的皮革制品，汽車的輪胎是由合成橡膠制成的，燃油和潤(rùn)滑油是 含化學(xué)添加劑的石油化學(xué)產(chǎn)品，蓄電池是化學(xué)電源，尾氣排放系統(tǒng)中用來(lái)降低污 染的催化轉(zhuǎn)化器裝有用鉑、銠和其他一些物質(zhì)組成的催化劑，它可將汽車尾氣中 的氧化氮、一氧化碳和未燃盡的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)

22、化成低毒害的物質(zhì)。飛機(jī)那么需要用 質(zhì)強(qiáng)量輕的鋁合金來(lái)制造，還需要特種塑料和特種燃油。書(shū)刊、報(bào)紙是用化學(xué)家 所創(chuàng)造的油墨和經(jīng)化學(xué)方法生產(chǎn)出的紙張印制而成的。攝影膠片是涂有感光化學(xué)品的塑料片，它們能被光所敏化，所以在暴光時(shí)和在用顯影藥劑沖洗時(shí)， 它們就 會(huì)發(fā)生特定的化學(xué)反響。彩電和電腦顯示器的顯象管是由玻璃和熒光材料制成的， 這些材料在電子束轟擊時(shí)可發(fā)出不同顏色的光。VCD光盤是由特殊的信息存儲(chǔ)材料制成的。甚至參加體育活動(dòng)時(shí)穿的跑步鞋、溜冰鞋、運(yùn)動(dòng)服、乒乓球、羽毛 球排等也都離不開(kāi)現(xiàn)代合成材料和涂料。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)2. 21世紀(jì)化學(xué)學(xué)科的開(kāi)展趨勢(shì)預(yù)計(jì)21世紀(jì)學(xué)科開(kāi)展的特點(diǎn)是各學(xué)科縱

23、橫交叉解決實(shí)際問(wèn)題。對(duì)于化學(xué)學(xué)科，其自身的繼續(xù)開(kāi)展和與相關(guān)學(xué)科融合開(kāi)展相結(jié)合； 化學(xué)學(xué)科內(nèi)部的傳統(tǒng)分支的繼 續(xù)開(kāi)展和作為整體開(kāi)展相結(jié)合；研究科學(xué)根本問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合。1 尋求結(jié)構(gòu)多樣性的研究與功能研究相結(jié)合面對(duì)日益增長(zhǎng)的各種功能分子和材料 的需要，合成化學(xué)在研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)和思路上要有大的改變。未來(lái)合成化學(xué)要能 夠根據(jù)需要功能去設(shè)計(jì)、合成新結(jié)構(gòu)。合成化學(xué)要不僅研究傳統(tǒng)的分子合成 化學(xué)，也應(yīng)研究高級(jí)結(jié)構(gòu)分子以上層次，特別是高級(jí)有序結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑學(xué)Tecto nics。組合化學(xué)是基于與傳統(tǒng)的合成思路相反的反向思維，加上固相合 成技術(shù)，并受生物學(xué)大規(guī)模平行操作啟發(fā)而產(chǎn)生的，它在新藥物、新農(nóng)藥、新催

24、化劑的研究等領(lǐng)域已初步顯示出強(qiáng)大的生命力， 這方面的研究將是一個(gè)新的生長(zhǎng) 點(diǎn)。此外，發(fā)現(xiàn)和尋找新的合成方法是一個(gè)永久課題。2復(fù)雜化學(xué)體系的研究目前，數(shù)學(xué)、物理、生物學(xué)以至金融、社會(huì)學(xué)都在研究復(fù)雜性問(wèn)題。復(fù)雜性具 有多組分、多反響和多物種的特征；結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的特征主要是多層次的有序高級(jí) 結(jié)構(gòu)；而過(guò)程復(fù)雜性主要是復(fù)雜系統(tǒng)參與化學(xué)反響時(shí)所表現(xiàn)的過(guò)程，它由時(shí)空有序的受控的一系列事件構(gòu)成；狀態(tài)變化的復(fù)雜性又是過(guò)程復(fù)雜性的表現(xiàn)。這些特 點(diǎn)在生物和無(wú)生物系統(tǒng)中廣泛存在，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療、環(huán)境等領(lǐng)域中也是無(wú) 處不在的，所以研究復(fù)雜系統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程具有普遍意義。未來(lái)化學(xué)要在研究分子 層次的結(jié)構(gòu)的根底上，說(shuō)明分子以

25、上層次結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化的化學(xué)根底，以及結(jié)構(gòu)、 性質(zhì)與功能的關(guān)系。物理學(xué)從納米材料的研究結(jié)果得到啟發(fā)提出了介觀尺度概念， 并發(fā)現(xiàn)當(dāng)物體分割到納米尺寸時(shí)微粒的性質(zhì)有突變，進(jìn)一步提出了量子尺寸效應(yīng)。 多少年來(lái)化學(xué)家認(rèn)為性質(zhì)就是由原子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)所決定的，事實(shí)上很多現(xiàn)象早已說(shuō)明化學(xué)性質(zhì)也有尺度效應(yīng)，在化學(xué)性質(zhì)和尺度之間也有一個(gè)飛躍， 所以未 來(lái)還要注意復(fù)雜系統(tǒng)的多尺度問(wèn)題。 此外，復(fù)雜系統(tǒng)中的化學(xué)過(guò)程是研究復(fù)雜系 統(tǒng)的核心問(wèn)題，因?yàn)槿祟愃鎸?duì)的生物、環(huán)境、山川、湖泊等都在變化中，未來(lái) 化學(xué)還需研究寬時(shí)間范圍的化學(xué)行為， 建立跟蹤分析方法，開(kāi)展過(guò)程理論。3 新實(shí)驗(yàn)方法的建立和方法學(xué)研究未來(lái)化學(xué)研究要首先

26、開(kāi)展先進(jìn)的研究思路、研究方法以及相關(guān)技術(shù)，以便從各 個(gè)層次研究分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。分析儀器的微型化如生物芯片技術(shù)和 智能化是應(yīng)該注意的方向。此外，要注意建立時(shí)間、空間的動(dòng)態(tài)、原位、實(shí)時(shí)跟 蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立方法和儀器去研究微小尺寸復(fù)雜體系中的化學(xué)過(guò)程如掃描顯微技術(shù) 文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)3. 21世紀(jì)化學(xué)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域1生命科學(xué)中的根本化學(xué)問(wèn)題預(yù)計(jì)未來(lái)對(duì)生命體系的研究越深入，化學(xué)根本問(wèn)題會(huì)越突出。這些根本問(wèn)題主 要包括：生物大分子之間、生物大分子與小分子之間的各種相互作用；生物功能 分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系；生命過(guò)程的復(fù)雜性等。2材料科學(xué)中的根本化學(xué)問(wèn) 題材料是人類賴以生存的物質(zhì)根底，每

27、種材料的特定結(jié)構(gòu)決定它的特定功能和用 途，所以未了化學(xué)要研究分子結(jié)構(gòu)-分子聚集體高級(jí)結(jié)構(gòu)-材料結(jié)構(gòu)-理化性質(zhì)-功 能之間的關(guān)系，開(kāi)展合成功能分子與構(gòu)筑高級(jí)結(jié)構(gòu)的理論與方法，模擬生物材料 形成過(guò)程。此外，分子器件的研究也是一個(gè)相當(dāng)重要的領(lǐng)域。3可持續(xù)開(kāi)展的根本化學(xué)問(wèn)題一一綠色化學(xué)和環(huán)境化學(xué)綠色化學(xué)是從源頭上杜絕不平安因素， 其主導(dǎo)思想是在工業(yè)中采用無(wú)毒、無(wú)害的原料和溶劑，采用高選擇性的化學(xué)反響， 生產(chǎn)環(huán)境友好的產(chǎn)品；在農(nóng)業(yè)中減少農(nóng)藥、有害化肥、污水灌溉以及有害于環(huán)境 土壤結(jié)構(gòu)和肥力的材料如塑料；在生活中減少使用有害環(huán)境的材料和過(guò)度消 耗能源。這就要求未來(lái)化學(xué)改變現(xiàn)有生產(chǎn)的化學(xué)合成路線和工藝，使其

28、成為能夠保證人類可持續(xù)開(kāi)展、并與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)開(kāi)展的潔凈、節(jié)能和節(jié)約的生產(chǎn)方式，要用新的化學(xué)品取代現(xiàn)在使用的有害化學(xué)品， 用新的工作方法代替現(xiàn)在的有害工 作方法。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)4. 未來(lái)化學(xué)的作用和地位未來(lái)化學(xué)在人類生存、生存質(zhì)量和平安方面將以新的思路、觀念和方式繼續(xù)發(fā) 揮核心科學(xué)的作用。應(yīng)該說(shuō)，20世紀(jì)的化學(xué)科學(xué)在保證人類衣食住行需求、提 高人類生活水平和健康狀態(tài)等方面起了重大作用，21世紀(jì)人類所面臨的糧食、人口、環(huán)境、資源和能源等問(wèn)題更加嚴(yán)重，雖然這些難題的解決要依賴各個(gè)學(xué)科， 但無(wú)論如何總是要依靠研究物質(zhì)根底的化學(xué)學(xué)科。1化學(xué)仍然是解決食品問(wèn) 題的主要學(xué)科之一化學(xué)將在設(shè)計(jì)、合成功能分子和結(jié)構(gòu)材料以及從分子層次說(shuō)明 和控制生物過(guò)程如光合作用、動(dòng)植物生長(zhǎng)的機(jī)理等方面，為研究開(kāi)發(fā)高效安 全肥料、飼料和肥料/飼料添加劑、農(nóng)藥、農(nóng)用材料如生物可降解的農(nóng)用薄膜、 生物肥料、生物農(nóng)藥等打下根底。利用化學(xué)和生物的方法增加動(dòng)植物食品的防病 有效成分，提供平安的有防病作用的食物和食物添加劑， 改良食品儲(chǔ)存加工方法， 以減少不平安因素等，都是化學(xué)研究的重要內(nèi)容。2化學(xué)在能源和資源的合 理開(kāi)發(fā)和高效平安利用中起關(guān)鍵作用在能源和資源方面，未來(lái)化學(xué)要研究高效潔凈的轉(zhuǎn)化技術(shù)和控制低品位燃料的 化學(xué)反響；新能源如太陽(yáng)能以及高效潔凈的化學(xué)電源與燃料電池等都