展望未來的化學-對化學的一點淺見原創(chuàng)

1、展望未來的化學展望未來的化學 對化學認知的一點淺見咸寧學院化學與生命科學系2002級化學教育專業(yè)徐俊龍一、通論 化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質及應用的一門基礎自然科學。 迅猛發(fā)展的化學已成為生命科學、材料科學、環(huán)境科學、能燃科學、信息科學等學科領域的重要基礎，它在解決人類社會發(fā)展過程中面臨的問題、提高人類的生活質量、促使人與自然和諧相處等方面發(fā)揮著重要作用。 可以這樣認為：化學學科研究包括對化學物質的：分類；合成；反應；分離；表征；設計；性質；結構；應用；及他們的相互關系。其核心是合成（包括天然和人工物）！1.1化學的發(fā)展簡史 1.遠古的化學實用技術 如：冶金、火藥、造紙等

2、。2.近代化學基本理論的建立如：質量守恒定律、燃燒學說、阿佛加德羅定律、原子論、分子論、電離學說、酸堿理論等。3.現(xiàn)代化學物質結構理論和合成化學如：雜化軌道理論（VB法）、分子軌道理論（MO法）、配位場理論、逆合成、手性合成、綠色化學、組合化學、分子設計等。4.未來的化學綜合學科發(fā)展的科學如：將深入研究原子組合分子的方法和技巧、研究分子以上層次的現(xiàn)象、與其他學科滲透、交叉聯(lián)合、科學技術生產(chǎn)、必須創(chuàng)新、理論與實驗并駕齊驅、學科界限越來越模糊等。我國與Nobel獎為什么我國中學生生在歷年的各學科國際奧賽（如：IChO、IBO、IMO等）上起的驚人的成績，而迄今卻沒有國人得Nobel獎呢？ 可能原因

3、：我國科學基礎較差， 缺乏深厚的科學傳統(tǒng)，一流的科學家太少；我國的基礎教育是優(yōu)秀的，但是高等教育卻不盡如人意，的別是是博士水平教育尤為落后！ 由于種種原因，如：吳有訓、趙忠堯、王金昌等都與Nobel獎失之交臂；又如：候氏制堿法、結晶牛胰島素等都沒能評上!我國距Nobel獎還有多遠？ 可以這么說我們已經(jīng)具備了沖擊Nobel獎的實力，但是我們也要知道我們與別國的差距！在不久的將來，我們一定會實現(xiàn)的，在座的各位就有可能是其中的一員哦！二、回顧與動向回顧與動向1. 20世紀化學的回顧2.從20世紀末化學基礎學科的動向看未來發(fā)展的趨勢3.交叉學科和熱點研究領域簡介4.化學工業(yè)與國民經(jīng)濟的關系氮化硅碳納米

4、管20世紀化學的回顧一. 基礎研究的重大突破1.放射性和鈾裂變的重大突破2.化學鍵和現(xiàn)代量子化學理論3.創(chuàng)造新分子新結構合成化學4.高分子科學和材料科學的崛起5.化學動力學與分子反應動態(tài)學二.在化學基礎研究推動下化學工業(yè)的大發(fā)展1.石油工業(yè)2.三大合成材料3.合成氨工業(yè)4.醫(yī)藥工業(yè) VB12分子結構R.B.Woodward 合成得1965年 Nobel化學獎得主基礎學科發(fā)展的動向看未來I.無機化學II.有機化學1.現(xiàn)代無機合成；2.配位化學3.原子簇化學 ：4.超分子化學5.無機晶體化學；6.稀土化學7.生物無機化學；8.無機金屬與藥物9.核化學和放射化學1.有機合成化學2.金屬有機化學和有機

5、催化A.天然復雜有機分子的全合成B.不對對稱合成A.金屬有機化合物的合成、結構和性能B.金屬有機導向的有機反應3.天然有機化學A.天然產(chǎn)物的快速分離和結構分析鑒定B.傳統(tǒng)中藥的現(xiàn)代化研究C.天然產(chǎn)物的衍生物和組合化學D.生物技術4.物理有機化學分子結構測定、反應機理、分子間的弱相互作用5.生物有機化學掃描隧道硅表面電流密度超導?？舅氐姆肿咏Y構分子式為C129H223N3O54 有64個不對稱碳和7個骨架內雙鍵, 異構體數(shù)目多達271個有機合成的杰作1989年美國哈佛大學Kishi宣布全合成21021個同分異構體 對映體鏡面一對對映體（互為鏡像）手性碳旋光儀 The Polarimeter鈉光

6、燈平面偏振光光平面旋轉起偏鏡樣品管檢偏鏡檢測物質的旋光性 III.分析化學IV.物理化學1.光譜分析 ；2.電化學學分析；3.色譜分析4.質譜分析（MS）A.質譜聯(lián)用；B.串聯(lián)質譜C.傅立葉變換質譜（FTMS）D.整分子氣化和多光電離技術（LEIMMUPI）5.NMR（1）提高磁體的磁場強度（2）.發(fā)展三維核磁共振技術（3DNMR）（3）固體NMR和NMR成相技術6.表面分析：7.放射分析；8.單分子（原子）檢測體系和儀器的研制1.結構化學：2化學熱力學3.化學動力學；4.量子化學5.催化A.多相催化；B、均相催化C.光催化 D、電催化E、酶催化和仿生催化基礎學科發(fā)展的動向看未來基礎學科發(fā)展的

7、動向看未來V.高分子化學 VI.化學工程 1.高分子合成；2.高分子物理3.高分子高級結構和尺度與性能的關系4.高分子成型；5.功能高分子6.通用高分子材料及合成高分子的原料1.化工過程的多尺度效應2.化學反應催化反應器3.非傳統(tǒng)反應器（1）.超臨界反應工程（2）.反應分離過程（3）.人為非定態(tài)反應工程4.生化反應工程原油加工流程人造血管I、生命科學II、能源化學交叉和熱點1.生命的基礎物質研究 ；2.遺傳物質的作用；3.人類基因組計劃 ；4.腦科學5.酶結構和催化功能的關系研究6.模擬生命過程和生命體系的合成1.氫能源 ；2.燃料電池3.生物質能源 ；4.太陽能電池5.海水鹽差發(fā)電III、環(huán)

8、境化學1.環(huán)境分析化學 ；2.大氣環(huán)境化學3.水環(huán)境化學 ；4.土壤環(huán)境化學5.元素化學循環(huán)；6.控制污染的化學7.環(huán)境計算化學氫能轎車2004年Nobel化學獎相關交叉和熱點IV、綠色化學1.新的化學反應過程研究；2.傳統(tǒng)化學過程的綠色化學改造；3.綜合利用的綠色化學工程4.能源中的綠色化學問題和潔凈煤化學技術5.資源再生和循環(huán)使用技術研究V、計算化學1.研究分子結構和性能的關系； 2.研究化學反應是如何進行的 ；3.預測化學反應的產(chǎn)物及新化合物具有什么樣的化學性質4.生物大分子的空間結構、取向和形態(tài)研究5.研究分子分子體系的排列和相互作用6.計算機對化學過程的模擬VI、納米化學1.納米檢測

9、技術 2.納米材料的異常行為及其用途3.納米化學合成A.納米插層聚合 ；B.雜化材料C.相分離鑲嵌段聚合物D.組裝合成納米相VII、手性藥物和手性技術金屬材料金屬結構材料金屬功能材料超耐熱合金、輕質合金、非晶合金高性能結晶栓制材料導電材料、形狀記憶合金超微粒子合金、超導材料非金屬材料新陶瓷材料電氣陶瓷、工程陶瓷、超硬陶瓷敏感元件、納米陶瓷特種陶瓷耐輻射陶瓷、光學性能好的玻璃優(yōu)異機械性能的特種玻璃導電性能玻璃高分子材料塑料、橡膠、纖維、黏合劑、工程材料、醫(yī)用材料光功能材料、導電磁性塑料復合材料金屬基復合材料、無機復合材料多性能復合材料生物醫(yī)用材料如：醫(yī)藥、醫(yī)用高分子材料等VIII、新材料A生物陶

10、瓷記憶合金未來材料發(fā)展的總趨勢（1）、結構與功能相結合，要求具有多功能。（2）、智能化，要求材料本身具有感知、自我調節(jié)和反饋的 能力，即具有感知和驅動雙重功能。（3）、少污染，對環(huán)境友好。 （4）、可再生。（5）、節(jié)約能源，還要求能利用或開發(fā)新能源。（6）、長壽命，材料要求能少維修或不維修。（7）、價格低廉。B月亮里的巖石晶體原電池I.農(nóng)業(yè)1.化肥 ；2.農(nóng)藥 ； 3.優(yōu)良品種和基因工程4.植物激素及生長調節(jié) ； 5.光合作用和固氮II.能源1.煤的高效和清潔化燃料；2.天然氣的開發(fā)和利用3.石油的開采、精練和燃燒； 4.核能利用III.化工1.石油化工；2.天燃氣；3.煤化工A.煤的拔頭工藝

11、生產(chǎn)液體燃料B.煤制合成氣（CO+H2)IV.健康與醫(yī)藥1.基因藥物; 2.酶抑制劑的研究和開發(fā)3.受體拮抗或阻斷劑; 4.手性藥物5.常見病和多發(fā)病治療藥物的研制6.中醫(yī)藥現(xiàn)代化V.新功能材料1.微電子材料和器件; 2.超導材料; 3.新型納米陶瓷4光纖通訊; 5.聚合物結構材料; 6.醫(yī)用材料VI.日用化學品和精細化工4.化學工業(yè)與國民經(jīng)濟的關系行住食VI，日用化學品和精細化工化學品看聽各種文化用品及電視攝像所用的器具和材料等；如：紙、印刷品、照相機、膠卷、眼鏡、望遠鏡等的制造收音機、隨聲聽、樂器、唱片錄音/錄象帶等用品，是用化學品為原料制造出來的也使用了大量的化學助劑衣天然纖維人造纖維合

12、成纖維清潔保養(yǎng)綠色食品自來水工業(yè)飲料、酒類營養(yǎng)物質建筑材料裝飾美化消防安全汽車環(huán)保交通安全三、展望展望1.20世紀化學的回顧與未來化學學科發(fā)展的趨勢2.未來化學的作用和地位3.21世紀化學學科發(fā)展的總趨勢4.未來化學研究模式5.其他學科的基本化學問題6.21世紀化學學科的發(fā)展方向1.回顧發(fā)展趨勢I.科技發(fā)展的基本考慮II.20世紀的化學在推動人類進步和科技發(fā)展起了核心科學的作用：（A）.為人類進步提供物質基礎（B）.在相關學科的發(fā)展中起了牽頭作用III.對21世紀初期化學現(xiàn)狀和地位的不同估計示例： 協(xié)同反應具有高度立體專一性，用于合成特定結構碳骨架?；@烯（basketene）特殊物質的合成2.

13、未來化學的地位和作用A.化學仍然是解決食品問題的主要學科之一 B.化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起關鍵作用C.化學繼續(xù)推動材料科學的發(fā)展 D.化學是提高人類生存質量和生存安全的有效保障 3.未來化學的學科發(fā)展的總體趨勢1.微觀與宏觀相結和2.靜態(tài)與動態(tài)(過程）相結合3.由簡單到復雜，再由復雜到簡單4.未來化學研究模式1.從實際問題中抽象出化學基本問題來研究2.吸收其他學科的新理論和新結果，孕育化學生長點3.與其他學科融合，開拓化學新領域4.把握動向和時機，提出新思路和新的研究方向5.重視化學學科自身發(fā)展與整體科學技術的發(fā)展相結合燃料NH3燃燒產(chǎn)物CH4COCH3OHCO2H2ON2

14、燃燒熱太陽能5.其他學科中的基本化學問題I.生命科學中的基本化學問題A.生物大分子之間、大分子與小分子之間的各種相互作用B.生物功能分子的結構與功能關系的研究C.生命過程復雜性的研究II.材料科學中的基本化學問題A.分子結構-分子聚集體高級結構-材料結構-理化性質-功能之間的關系B.合成功能分子與筑建高級結構的理論與方法研究C.分子器件的研究D.模擬生物材料形成過程的基礎研究III.可持續(xù)發(fā)展的基本化學問題綠色化學和環(huán)境化學臭氧空洞6.未來化學學科的發(fā)展方向I.尋求結構多樣性的研究與功能研究結合A.尋求結構復雜性和多樣性的目標結構包含高級結構B.組合化學； .C.發(fā)現(xiàn)和尋求新合成方法D.結構化

15、學與合成化學結合II.復雜化學體系的研究A.復雜化學體系中的多層次結構研究B.尺度效應和多尺度問題C.復雜系統(tǒng)過程問題III.化學信息學和高效率計算機信息處理A.功能分子信息學B.與生物銜接的化學信息學C.與化學反應和化學過程銜接的化學信息學IV.新實驗方法的建立和方法研究V.跟蹤、分析、模擬化學反應過程 專業(yè)選修課專業(yè)必修課無機化學有機分析化工物化（含結構） 物理學 數(shù)學 化學實驗 化學實驗化學大廈高?；瘜W專業(yè)的課程結構如何學好高中化學1動力作任何事情都要用動力，好奇心、興趣、愛好、責任心、敬業(yè)精神、獻身精神都可能產(chǎn)生學習的動力。2實踐實踐出真知，要重視實驗，習題、作業(yè)、參加討論和辯論、參觀訪問、參加科學研究、文獻調查、專題報告等。3方法學習有通則，又無定則。一般而言，學好高中化學可從以下幾點入手：A）重視實驗，敢于做一些探索性實驗，培養(yǎng)思維能力，探索能力、動手能力等。B）重視科學思維方法的訓練，如：實驗