《近代化學(xué)導(dǎo)論》第17章 化學(xué)的科學(xué)發(fā)展觀

第17章化學(xué)科學(xué)的科學(xué)發(fā)展觀1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

2.

量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)3.化學(xué)與人類社會可持續(xù)發(fā)展4.未來精英化學(xué)家的條件1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

美國人比爾·蓋茨對計(jì)算機(jī)Windows系統(tǒng)和Internet

網(wǎng)絡(luò)平臺的開發(fā)，使個(gè)人計(jì)算機(jī)成為全世界各行各業(yè)必備的服務(wù)工具，全面改變了世界的面貌，對人類社會科技進(jìn)步作出卓越的貢獻(xiàn)。當(dāng)今，我們?nèi)绾卫糜?jì)算機(jī)技術(shù)把自己的專業(yè)工作推向高端發(fā)展？比爾·蓋茨（1955-）WilliamHenryGates1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

1966年的諾貝爾化學(xué)獎

頒發(fā)給美國人穆利肯教授，表彰他在創(chuàng)立結(jié)構(gòu)化學(xué)的分子軌道理論、促進(jìn)對化學(xué)鍵和分子的電子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識方面做出貢獻(xiàn)。他在當(dāng)年頒獎大會的講演中有一段驚人的預(yù)言，他說：“我1958年的那篇論文已經(jīng)過時(shí)，這是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的結(jié)果。計(jì)算機(jī)化學(xué)家的時(shí)代即將到來，到那時(shí)，若不是上千也是成萬的化學(xué)家，為了化學(xué)中日益增多的許多細(xì)節(jié)問題將走向計(jì)算機(jī)，而不是走向?qū)嶒?yàn)室”！穆利肯的預(yù)言預(yù)示著化學(xué)的發(fā)展將會出現(xiàn)重大的變化。穆利肯（1896-1986）R.S.Mullikan分子軌道理論，求解多電子分子的薛定諤方程，是化學(xué)鍵的量子理論。1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示1998年的諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)給美國人科恩教授（加州大學(xué)）和英國人波普教授（美國西北大學(xué)）?？贫靼l(fā)展了量子化學(xué)中的電子密度泛函理論，波普發(fā)展了量子化學(xué)計(jì)算方法。

科恩波普

W.Kohn（1923-）J.A.Pople

（1925-）1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

標(biāo)志著古老的化學(xué)已由實(shí)驗(yàn)科學(xué)發(fā)展成為理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的“嚴(yán)密科學(xué)”

了。

瑞典皇家學(xué)會的1998年諾貝爾化學(xué)獎頒獎公報(bào)對本項(xiàng)成果給予了非同尋常的評價(jià)：量子化學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為廣大化學(xué)家使用的工具，將化學(xué)帶入一個(gè)新時(shí)代，在這個(gè)新時(shí)代里，實(shí)驗(yàn)和理論能夠共同協(xié)力，探討分子體系的性質(zhì)?；瘜W(xué)不再是單純的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了。整個(gè)化學(xué)正在經(jīng)歷著一場革命性的變化。化學(xué)已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和理論共同協(xié)力研究分子體系的性質(zhì)的一個(gè)新時(shí)代——嚴(yán)密科學(xué)的新時(shí)代。2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)

1927年量子化學(xué)誕生，德國化學(xué)家海特勒和倫敦用量子力學(xué)的基本原理，采用近似的計(jì)算方法，計(jì)算出氫分子的結(jié)合能，人們開始認(rèn)識到可以用量子力學(xué)的原理討論分子的結(jié)構(gòu)問題，化學(xué)開始有了自己的數(shù)學(xué)語言。

量子化學(xué)

是物理化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基本原理和方法，研究化學(xué)問題的一門基礎(chǔ)科學(xué)。2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)量子化學(xué)發(fā)展的第一階段：

◆1927年－20世紀(jì)50年代末

◆創(chuàng)建時(shí)期

◆三種化學(xué)鍵理論的建立和發(fā)展

◆鮑林的價(jià)鍵理論

◆穆利肯的分子軌道理論

◆貝特的配體場理論2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)量子化學(xué)發(fā)展的第二階段：

◆

20世紀(jì)60年代－至今

◆計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展

◆量子化學(xué)計(jì)算方法的研究

◆1966年、1998年兩次諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)給量子化學(xué)的研究成果

◆化學(xué)科學(xué)開始進(jìn)入嚴(yán)密科學(xué)時(shí)代2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)我國發(fā)展量子化學(xué)研究的奠基人唐敖慶（1915-2008）

唐敖慶教授，江蘇宜興人，1940年畢業(yè)于西南聯(lián)合大學(xué)化學(xué)系，留校任教。1946年赴美到哥倫比亞大學(xué)攻研，1949年獲物理化學(xué)博士學(xué)位。1950年回國，先后在北京大學(xué)和吉林大學(xué)任教，1955年當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員（院士），1981年當(dāng)選為國際量子分子科學(xué)研究院院士。他在量子化學(xué)領(lǐng)域科研和著作碩果累累，大力開展量子化學(xué)理論研究和開展量子化學(xué)全國范圍教育工作，成功地培養(yǎng)了一批量子化學(xué)精英杰出人。唐敖慶是一位奇人。2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)

計(jì)算機(jī)化學(xué)

是因計(jì)算機(jī)在迅速發(fā)展的化學(xué)學(xué)科中的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)與化學(xué)和化學(xué)教育相結(jié)合而建立起來的一門新興交叉學(xué)科。

計(jì)算機(jī)的高速度和高可靠性等優(yōu)勢，使化學(xué)家可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等工作，使得計(jì)算機(jī)化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，并在20世紀(jì)80年代得到快速發(fā)展，形成為獨(dú)立學(xué)科。從早期的單一數(shù)值分析、文獻(xiàn)查詢等到如今的與信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)庫、圖論、人工智能、控制論等多學(xué)科的綜合，進(jìn)一步形成為一門多學(xué)科交叉的具有特定內(nèi)涵的和繼續(xù)發(fā)展的新興學(xué)科。2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)

計(jì)算機(jī)化學(xué)

可定義為用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行化學(xué)研究的科學(xué)，它是量子化學(xué)的得力助手?！?/p>

數(shù)據(jù)處理如數(shù)據(jù)采集、數(shù)值分析、化學(xué)數(shù)據(jù)庫等；●圖譜解析如譜圖解析、結(jié)構(gòu)解析等；●體系計(jì)算如量子化學(xué)從頭計(jì)算和半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法等；●分子模擬如分子力學(xué)、分子動力學(xué)計(jì)算、構(gòu)象分析等；●合成設(shè)計(jì)如合成路線選擇、化學(xué)反應(yīng)知識的發(fā)現(xiàn)、推理和預(yù)測等；●化學(xué)教學(xué)如多媒體教學(xué)、智能圖庫、數(shù)字教案、遠(yuǎn)程教學(xué)等。2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)

計(jì)算機(jī)化學(xué)面臨兩大問題：●對化學(xué)信息的采集和處理：

有著比較長的發(fā)展歷史和相對成熟的方法，也積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。例如儀器分析數(shù)據(jù)的采集與處理、大量化學(xué)文獻(xiàn)的儲存和查索等。●對化學(xué)體系的模擬和化學(xué)知識的推理：

在處理這類“智能型”問題上，面臨巨大的挑戰(zhàn)，有許多待解決的難題。例如：各類譜圖的智能解析、有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)、藥物分子設(shè)計(jì)等。2.量子化學(xué)與計(jì)算機(jī)化學(xué)

“嚴(yán)密科學(xué)時(shí)代”

的標(biāo)志：●化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究●量子化學(xué)理論研究●計(jì)算機(jī)化學(xué)模擬三駕馬車聯(lián)合在一起，解決化學(xué)家深入認(rèn)識分子體系的問題。3.化學(xué)與人類社會可持續(xù)發(fā)展

當(dāng)今困擾人類的根本問題，是一個(gè)發(fā)展模式的問題。

傳統(tǒng)的發(fā)展模式是：高生產(chǎn)、高消耗、高污染。這正是過去發(fā)達(dá)國家所走過的道路，它導(dǎo)致了今天人類所面臨的種種困境（人口爆炸、能源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等）。20世紀(jì)末期人們提出了新的發(fā)展模式——

可持續(xù)發(fā)展“可持續(xù)發(fā)展”道路一經(jīng)提出便受到世界各國人民和政府的高度重視和最大關(guān)注。今天，沒有任何其他詞匯能像“可持續(xù)發(fā)展”那樣，在短短幾年內(nèi)便風(fēng)靡全世界和廣泛深入人心。3.化學(xué)與人類社會可持續(xù)發(fā)展“可持續(xù)發(fā)展”道路是人類安全發(fā)展前途的唯一選擇?？沙掷m(xù)發(fā)展的具體任務(wù)是：改造世界，創(chuàng)造一個(gè)美好的新世界，改造人類的生活環(huán)境，挽救地球的困境，恢復(fù)自然生態(tài)平衡，把地球改造成人類和一切生命體的和諧宜居家園。許多可持續(xù)待解決的問題是：能源、地球氣候變化、減排溫室氣體和工業(yè)廢氣、治理環(huán)境污染、改造工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。4.未來精英化學(xué)家的條件（1）有較高水平的漢語文素養(yǎng)，寫字端正，能寫出通順流利的總結(jié)性報(bào)告和文章，有一定的文學(xué)修養(yǎng)。（2）外語，主要是英語，要達(dá)到四會，能寫出通順流暢的英文論文報(bào)告。（3）熟練掌握電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用技術(shù)。（4）有深厚的化學(xué)基礎(chǔ)知識根底。4.未來精英化學(xué)家的條件（6）有較強(qiáng)的自學(xué)能力，能自主自動獨(dú)立工作。（7）身體健康，有體育鍛煉習(xí)慣或有體育一技之長。（8）愛祖國、愛人民、愛事業(yè)，愛工作，能夠與合作者團(tuán)結(jié)合作共事。遵守科學(xué)家道德自律規(guī)范。