應(yīng)用化學(xué)-緒論

應(yīng)用化學(xué)-緒論為什么學(xué)習(xí)化學(xué)化學(xué)解決的問題我吃的是什么我用的是什么我穿的是什么我住的是什么都離不開化學(xué)物質(zhì)！分離鑒定物質(zhì)化學(xué)認(rèn)識自然界的物質(zhì)復(fù)制合成物質(zhì)其它認(rèn)識化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化變害為利化學(xué)是做什么的食品藥物環(huán)境能源材料生命補(bǔ)鈣······化學(xué)與生命Zare：只有了解了有關(guān)的化學(xué)，才能真正了解生命過程Whiteside指出，把計(jì)算機(jī)裝入大腦，好像是神經(jīng)科學(xué)家和電子工程師的事，但是神經(jīng)元之間的信號傳遞是靠化學(xué)來完成的。

3月28日，美國軍方承認(rèn)在伊拉克戰(zhàn)爭中使用了貧鈾彈，舉世嘩然。1991年海灣戰(zhàn)爭中貧鈾彈的惡果仍然歷歷在目。這是一名患白血病的伊拉克小男孩的資料照片，據(jù)信他是貧鈾彈污染的受害者。

相關(guān)鏈接：數(shù)千伊拉克兒童患上貧鈾彈怪癥數(shù)千伊拉克兒童患上貧鈾彈怪癥

新華社巴格達(dá)消息：伊拉克衛(wèi)生部５日公布一份材料稱，伊拉克南部的卡爾巴拉省有2164名不足５周歲的兒童因在1991年爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭中受到貧鈾彈的輻射而患皮膚癌和白血病以及其它疑難怪癥。這份材料強(qiáng)調(diào)，經(jīng)有關(guān)專家的臨床化驗(yàn)和治療證明，這些兒童患的各種疑難怪病確因貧鈾彈的輻射和污染所致。材料還指出，海灣戰(zhàn)爭前的1989年，伊拉克癌癥患者僅6555人，但到1997年上升到10937人。

多年來，伊拉克一直強(qiáng)調(diào)，伊拉克人口死亡率持續(xù)上升與美英在海灣戰(zhàn)爭中使用貧鈾彈有關(guān)。

另據(jù)來自聯(lián)合國的消息，根據(jù)伊拉克的要求，總部設(shè)在日內(nèi)瓦的世界衛(wèi)生組織已決定派專家小組前往伊拉克調(diào)查多國部隊(duì)10年前在伊拉克使用貧鈾彈所造成的惡果。聯(lián)合國發(fā)展計(jì)劃署和國際原子能機(jī)構(gòu)日前也宣布，將派專家小組參加上述調(diào)查。

返回全球性大氣環(huán)境問題全球變暖臭氧層遭破壞酸雨危害化學(xué)與環(huán)境

1992年冬，美國紐約出現(xiàn)22℃高溫，創(chuàng)百年紀(jì)錄；1997年夏，希臘雅典出現(xiàn)罕見持續(xù)46℃高溫天氣；2003年7月，長江中下游地區(qū)高溫天氣持續(xù)35天之久。地球出汗了！熱（全球變暖）地球?yàn)楹魏啊熬让　保繙厥覛怏w增多（主要是CO2）看漫畫，試想企鵝在說什么？傘傘破難遮人類破壞了我的陽地球?yàn)楹魏啊昂猛础?？臭氧層破?985年5月，英國南極科考隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，南極上空臭氧層出現(xiàn)了面積接近美國大陸的“臭氧洞”，它深到可以裝下珠穆朗瑪峰，而且這個(gè)洞還在繼續(xù)擴(kuò)大。

排放消耗臭氧層的物質(zhì)（CFC）二臭氧層的破壞及保護(hù)思考題：

（1）臭氧層的破壞原因是什么？（2）臭氧層破壞的嚴(yán)重后果有哪些？

（3）保護(hù)臭氧層的主要措施是什么？科學(xué)家們不僅發(fā)現(xiàn)“南極臭氧空洞”現(xiàn)象，而且發(fā)現(xiàn)在北美洲、歐洲的大部分地區(qū)、西伯利亞、澳大利亞等中緯度地區(qū)上空也連續(xù)出現(xiàn)臭氧量減少的現(xiàn)象。在我國的青藏高原也發(fā)現(xiàn)臭氧濃度大幅度下降現(xiàn)象。居住在智利南端的居民，只要走出家門，就一定要在衣服遮不住的膚面涂上防曬油，再戴上太陽鏡，否則半小時(shí)后皮膚就被太陽曬成鮮艷的粉紅色，并伴有搔癢病。[材料1][材料2]空中的死神天堂的眼淚“雨”中垂釣酸雨危害與防治我國的措施：發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)、清潔燃燒技術(shù)等。

排放酸性氣體（SO2等）通告本店出售的所有食品不含任何化學(xué)物質(zhì)化學(xué)與食品化學(xué)-食品染色玉米皮

化學(xué)與材料●1945年世界上第一臺用電子管裝配成的計(jì)算機(jī)占地170平方米?！裼?jì)算機(jī)芯片是硅(半導(dǎo)體)做的。自然界沒有單質(zhì)硅，化學(xué)家把沙子（SiO2）轉(zhuǎn)化為硅（Si），形成了計(jì)算機(jī)的基石?！?/p>

SiO2+2C=Si(粗硅)+2COSi(粗硅)+2Cl2=

SiCl4SiCl4+2H2=Si(純)+4HCl

化學(xué)與材料材料化學(xué)組成使用功能非金屬材料（如陶瓷）金屬材料（如合金）有機(jī)高分子材料（如橡膠）復(fù)合材料（如多功能）高功能材料（如超導(dǎo)）結(jié)構(gòu)材料（如耐高溫）信息材料（如液晶）材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，一直是人類進(jìn)步的重要里程碑。沒有半導(dǎo)體材料就沒有計(jì)算機(jī)技術(shù)；沒有耐高溫、高強(qiáng)度的特殊材料就沒有航天技術(shù)；沒有光導(dǎo)纖維就不會有現(xiàn)代通訊；沒有合成材料，今天的生活還會這么豐富多彩嗎？材料與化學(xué)鈦的記憶合金合成橡膠超導(dǎo)合金納米材料導(dǎo)電塑料現(xiàn)代：高科技——納米技術(shù)掃描隧道顯微鏡納米碳管模型足球烯C60分子納米銅具有超塑延展性銅納米結(jié)晶體機(jī)械特性驚人

現(xiàn)代化學(xué)材料碳纖維（復(fù)合材料）及其制品玻璃纖維增強(qiáng)塑料直徑6cm尼龍繩能吊起2t的汽車高分子薄膜的透氣鳥籠隔熱材料圖文：一英軍士兵頭部中4彈未死

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2003年03月28日14:39新華網(wǎng)原來，是他那頂結(jié)實(shí)的頭盔救了他的命。

沃爾德曼所戴的頭盔是這次英軍專門為戰(zhàn)爭打造的，其外層和普通頭盔沒什么區(qū)別，里料則采用的是一種名叫“凱夫拉爾”的特制纖維。該纖維含有高分子聚合塑料，硬度比普通鋼鐵高40%。質(zhì)地如此堅(jiān)硬，能夠刀槍不入也就不足為奇了。紡綸纖維織成的防彈衣腈綸信息與化學(xué)硅芯片光導(dǎo)纖維液晶屏幕能源與化學(xué)太陽能氫能汽車農(nóng)業(yè)與化學(xué)化學(xué)與生活-紡織品化學(xué)

生活科技航天與化學(xué)導(dǎo)彈航天飛機(jī)宇航員服裝航天服由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成。其中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的服裝由14層組成：最里層是液冷通風(fēng)服的襯里；襯里外是液冷通風(fēng)服，這種服裝是由尼龍彈性纖維和穿在上面的許多輸送冷卻液的塑料細(xì)管制成；這種航天服屬艙內(nèi)航天服，除了頭盔和膠皮手套，整個(gè)航天服是用一種特殊的高強(qiáng)度滌綸做成的.為了防止膨脹，宇航服上特制了各種環(huán)、拉鏈、縫紉線以及襯料等。同時(shí)，保溫、吸汗散濕、防細(xì)菌、防幅射等功能也體現(xiàn)在其中。

你知道印刷電路板是如何制造的嗎？敷銅板用油漆描出電路圖放入FeCl3溶液中浸泡印刷電路板化學(xué)方程式為:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2增產(chǎn)糧食（27）DDT合成氨作物套種袁隆平生產(chǎn)化肥，使糧食大量增產(chǎn)

本世紀(jì)初世界聞名的德國物理化學(xué)家、合成氨的發(fā)明者弗里茨·哈伯。贊揚(yáng)哈伯的人說：他是天使，為人類帶來豐收和喜悅，是用空氣制造面包的圣人。N2+3H22NH3

高溫、高壓催化劑請從化學(xué)角度說明合成氨反應(yīng)原理,了解工業(yè)合成氨的條件.600℃和2~5×107Pa壓力下進(jìn)行反應(yīng)，大約可以生成8%的氨改良品種

2001年2月19日，袁隆平被被授予2000年度中國國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。這位雜交水稻專家的研究成果，不僅使中國率先在世界上實(shí)現(xiàn)“超級稻”目標(biāo)，還對解決中國乃至全世界的糧食問題具有重大意義。

70年代初，袁隆平發(fā)表了水稻有雜交優(yōu)勢的觀點(diǎn)，打破了世界性的自花授粉作物育種的禁區(qū)。國際上的同行們稱袁隆平為“世界雜交水稻之父”。

DDT的故事第二次大戰(zhàn)開始后，作為殺蟲劑的除蟲菊酯由于東南亞被日本占領(lǐng)而斷了供應(yīng)來源。曾經(jīng)也可以用來制備殺蟲劑的砷、鉛和銅的化合物，也因?yàn)檐妭浜推渌娛滦枰倘薄５?dāng)時(shí)英美兩國深感殺蟲劑的需要。瑞士化學(xué)家米勒首先發(fā)現(xiàn)具有殺蟲性能，1944年后DDT被廣泛用作殺蟲劑，有效的控制了蟲害。米勒因此于1948年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。殺蟲劑、除草劑的使用昆蟲激素保幼激素——是幼蟲始終處于幼蟲階段。不育激素——可以使害蟲斷子絕孫。性激素——引誘害蟲聚集到一起，然后聚而殲之。作物套種，便于光合作用6CO2+6H2OC6H12O6+6O2光照

葉綠素植物光合作用是地球上規(guī)模最大的化學(xué)反應(yīng)，能把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的能量傳遞效率為90％～98％。

增產(chǎn)糧食生產(chǎn)化肥利用基因工程育種研制殺蟲劑、除草劑研究光和作用的機(jī)制醫(yī)學(xué)史上的三大經(jīng)典藥物----

阿司匹林、青霉素、安定資料1、1763年，牧師EdwardStone在倫敦皇家學(xué)會宣讀“關(guān)于柳樹皮制寒戰(zhàn)病的報(bào)告”。幾乎一個(gè)世紀(jì)以后，一位蘇格蘭醫(yī)生發(fā)現(xiàn)這種柳樹皮提取物是一種強(qiáng)效的止痛、退熱和抗炎消腫藥。2、此后不久，有機(jī)化學(xué)家分離鑒定了其中的活性成分，稱之為水楊酸。隨后，此化合物便用化學(xué)方法大規(guī)模生產(chǎn)。COOHOH用途：解熱鎮(zhèn)痛、防止心臟病發(fā)作、減緩老人視力衰退、提高免疫力3、然而在使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)其酸性成為該藥的缺陷:它嚴(yán)重刺激口腔、食道和胃黏膜。（副反應(yīng):頭痛、眩暈、惡心、耳鳴）4、化學(xué)家嘗試改用酸性較小的水楊酸鈉，但僅獲得部分成功。而且，水楊酸鈉有一種極不愉快的味道，大多數(shù)病人不愿服用。COONaOH水楊酸鈉5、化學(xué)家后來發(fā)明了可行的乙酰水楊酸合成路線，它與水楊酸鈉有相同的醫(yī)療效果，又沒有怪味，刺激性小，這就是阿司匹林。COOHOOCCH3阿司匹林COOHOH青霉素俗名：盤尼西林青霉素的副作用：過敏性休克預(yù)防：皮試屬于抗生素

——抵抗致病微生物的藥物1929年，弗萊明(Flemming)發(fā)現(xiàn)了一種藍(lán)綠色霉菌——青霉菌，

1940年分離得到純品，測定了它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并投入工業(yè)化合成生產(chǎn)。

專家指出，安定片具有較好的抗焦慮和鎮(zhèn)靜催眠作用，但連續(xù)服用也會有頭昏、嗜睡、乏力、幻覺等不良反應(yīng)，服久了會發(fā)生依賴性，一旦停藥，還會出現(xiàn)失眠、焦慮、激動(dòng)、震顫等癥狀，個(gè)別嚴(yán)重的會有驚厥、高熱等，甚至危及生命。

安定是世界上最有名的鎮(zhèn)靜劑發(fā)明者:克羅地亞裔的化學(xué)家斯特伯奇

化學(xué)學(xué)科發(fā)展艱難曲折——精神財(cái)富英國化學(xué)家，物理學(xué)家波義耳1661年提出化學(xué)元素的概念，標(biāo)志著近代化學(xué)的誕生。法國化學(xué)家拉瓦錫1771年建立燃燒現(xiàn)象的氧化學(xué)說，使近代化學(xué)取得了革命性的進(jìn)展。俄國化學(xué)家門捷列夫1869年發(fā)現(xiàn)元素周期率，把化學(xué)元素及其化合物納入一個(gè)統(tǒng)一的理論體系。英國化學(xué)物理學(xué)家道爾頓1803年提出原子學(xué)說,為近代化學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。阿伏加德羅畢生致力于原子-分子學(xué)說的研究。1811年首先引入了“分子”概念，并把它與原子概念相區(qū)別,提出阿伏加德羅定律。化學(xué)學(xué)科發(fā)展艱難曲折——精神財(cái)富化學(xué)家正在做什么21世紀(jì)的化學(xué)深入研究富勒烯家族性能應(yīng)用

1985年9月初美國Rice大學(xué)Smalley、Koroto

和Curl在氦氣流里用激光氣化石墨，得到了

C60——碳的第三種同素異形體●具有不同經(jīng)驗(yàn)和研究目的的科學(xué)家，通力合作可以創(chuàng)造出出人意外和迷人的結(jié)果！

絕緣體面心立方晶體

導(dǎo)體平面層狀結(jié)構(gòu)

面心立方密堆積結(jié)構(gòu)碳

三種同素異形體堿金屬參雜于C60后具有超導(dǎo)性1991年Hebard等人首次發(fā)現(xiàn)K3C60為超導(dǎo)體（18-19.6K）Tc水銀在4.2K時(shí)電阻消失溫度電阻

超導(dǎo)材料超導(dǎo)臨界溫度（Tc）：從非超導(dǎo)到超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度。。超導(dǎo):某一溫度下，材料呈“零電阻”狀態(tài)。Tc●

超導(dǎo)材料遠(yuǎn)距離輸電則無電阻損耗●

超導(dǎo)線圈可減少發(fā)電機(jī)能量損失的80%●

超導(dǎo)磁體是磁共振成像的關(guān)鍵部件用于醫(yī)學(xué)診斷●

用于大規(guī)模集成電路（超級計(jì)算機(jī)的未來）●

用于制造磁懸浮列車

日本1979年研制一輛使用了以液氮冷卻的超導(dǎo)磁體的磁懸浮列車（時(shí)速517km/h）超導(dǎo)材料的應(yīng)用

1991年日本科學(xué)家用電弧放電法制備C60得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管狀的碳

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管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)基本上由六元并環(huán)構(gòu)成

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管碳的長度通常只達(dá)到納米級（1nm=10-9m）碳管的三維結(jié)構(gòu)碳管的三維結(jié)構(gòu)●

1997年后曾經(jīng)有許多研究小組報(bào)道過碳管儲氫，結(jié)果好得令人不敢相信。●

1999年，我國的Hui-MingCheng（材料科學(xué)家）等在《Science》286期第1127頁上發(fā)表了一篇引起轟動(dòng)的文章稱：在室溫、100個(gè)大氣壓下，納米碳管里儲存了達(dá)4.2%

(質(zhì)量)的氫氣，碳?xì)湓颖葹?：1。在室溫下將壓力降低到常壓，80%的氫便釋放出來，再稍微加熱，其余的氫也放了出來。此文數(shù)據(jù)翔實(shí)、可靠。人們不得不信！

碳管儲氫氫氣易燃?xì)錃庖妆咝鍧嵢剂想y以貯存碳管使安全儲氫成為可能！化學(xué)無處不在化學(xué)就在我身邊資源意識

●我國生產(chǎn)一次性筷子年消耗林木資源500萬立方米，約占年林木消耗總量的18%?！袢毡镜纳指采w率為65%，是我國的5倍，卻明令禁止用本國的林木生產(chǎn)一次性筷子。其用量的97%依靠進(jìn)口，每年從中國進(jìn)口200多億雙，占其進(jìn)口總量的99%?！裎覈鴥H為向日本出口一次性筷子每年需砍掉250萬棵大樹?！?/p>

2006年兩會代表提出要限制生產(chǎn)、使用和出口一次性筷子。內(nèi)容的選擇與編排~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~1.2化學(xué)在改造自然中的重要作用TheStrategicPositionofChemistryintheReformationofNature1.2.1化學(xué)是解決人類糧食供應(yīng)的重要科學(xué)之一；1.2.2化學(xué)是提高人類生存質(zhì)量的有效保證；1.2.3化學(xué)在能源和資源的合理開發(fā)和高效利用中起重要作用；1.2.4化學(xué)是材料科學(xué)發(fā)展的重要源泉；1.2.5化學(xué)科學(xué)是分子信息技術(shù)的基礎(chǔ)；1.2.6化學(xué)為根本解決環(huán)境問題提供理論、方法和手段；1.2.7化學(xué)為生物技術(shù)的發(fā)展提供了重要支持。化學(xué)的社會價(jià)值化學(xué)的社會價(jià)值增加能源增產(chǎn)糧食促進(jìn)健康改善環(huán)境發(fā)展材料提高生活質(zhì)量發(fā)展生產(chǎn)1化學(xué)的科學(xué)價(jià)值化學(xué)的科學(xué)價(jià)值物理大氣醫(yī)學(xué)天文海洋地球科學(xué)生物學(xué)121世紀(jì)化學(xué)的地位和作用1、化學(xué)將仍是解決人類衣食住行問題的主要學(xué)科之一；2、化學(xué)在能源和資源的合理開發(fā)和利用中起關(guān)鍵作用；3、化學(xué)將繼續(xù)推動(dòng)材料科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展；4、化學(xué)將繼續(xù)是提高人類生存質(zhì)量和生存安全的保障?；瘜W(xué)有助于公民了解現(xiàn)代生活、衛(wèi)生保健、環(huán)境安全方面的知識、政策、法規(guī)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~3.我國化學(xué)學(xué)科的現(xiàn)狀，優(yōu)勢和特色ThePresentSituation,PreponderanceandDistinguishingFeaturesofChemistryinChina見報(bào)告“

中國化學(xué)的發(fā)展與展望”

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4.化學(xué)學(xué)科優(yōu)先領(lǐng)域和未來發(fā)展規(guī)劃PriorResearchFieldsAndFutureDevelopmentProject4.1發(fā)展目標(biāo)TheGoalofDevelopment今后十年力爭在重要化學(xué)前沿領(lǐng)域取得較多的巨大成果；結(jié)合國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和高新技術(shù)發(fā)展，在能源、資源、環(huán)境、材料、醫(yī)療保障、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，取得一批創(chuàng)新成果；建成一批世界一流水平的研究基地，培養(yǎng)一批優(yōu)秀的青年學(xué)術(shù)帶頭人；發(fā)展和形成一些化學(xué)相關(guān)的新興交叉學(xué)科新領(lǐng)域。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4.2發(fā)展方向DirectionfortheDevelopmentofChemistryinChina重視創(chuàng)新研究，創(chuàng)造新物質(zhì)、新方法、新理論；研究從單原子到單分子聚集體的多層次多尺度的變化規(guī)律和特征；微觀與宏觀相結(jié)合。靜態(tài)與動(dòng)態(tài)相結(jié)合;由復(fù)雜到簡單，又由簡單到復(fù)雜，著重考慮與友鄰學(xué)科的交叉、滲透與融合。尋求結(jié)構(gòu)多樣性和分子多樣性；加強(qiáng)復(fù)雜化學(xué)體系的研究；注重信息技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用；開發(fā)由自己知識產(chǎn)權(quán)和中國特色的儀器和分析技術(shù)。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4.3優(yōu)先領(lǐng)域PriorResearchFields

4.3.1合成化學(xué)；

4.3.2化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)學(xué)；

4.3.3分子聚集體研究；

4.3.4發(fā)展化學(xué)理論；

4.3.5分析化學(xué)測試原理和監(jiān)測技術(shù)新方法；

4.3.6生命體系中的化學(xué)過程；

4.3.7綠色化學(xué)與環(huán)境化學(xué)中的基本化學(xué)問題；

4.3.8材料科學(xué)中的基本化學(xué)問題；

4.3.9能源和資源開發(fā)與利用中的基本化學(xué)問題；4.3.10化學(xué)工程的發(fā)展與基礎(chǔ)問題~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~5.政策和措施PolicesandMeasures積極為人才培養(yǎng)基地的建設(shè)創(chuàng)造有利條件；加強(qiáng)化學(xué)科學(xué)研究基地的建設(shè)；發(fā)展和建立全國化學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)；建立化合物性能評估中心和化學(xué)樣品庫；建立我國自主的化學(xué)試劑工業(yè)；在重要城市建立一些國家級儀器測試中心，向全國一切科研院所和院校開放。21世紀(jì)化學(xué)的內(nèi)涵、四大難題和突破口20世紀(jì)的化學(xué)取得了輝煌的成就，但未獲得社會應(yīng)有的認(rèn)同（1）“老科學(xué)”意味著發(fā)展已很慢或已走下坡路，沒有什么發(fā)展前途。實(shí)際上化學(xué)家合成和分離的新化合物，從1970年的237萬，到1999年底的2340萬，翻了10番，這種以指數(shù)發(fā)展的高速度，可以和信息科學(xué)、生命科學(xué)相媲美。但“化學(xué)家太謙虛了”（這句話是《自然》雜志在2001年的評論中說的）不會向社會宣傳化學(xué)與化工對社會的重要貢獻(xiàn)。（2）化學(xué)是中心科學(xué)，與社會、生命、材料、環(huán)境、地球、空間和核科學(xué)等八大朝陽科學(xué)都有緊密的聯(lián)系，從而產(chǎn)生許多交叉學(xué)科。但化學(xué)家很謙虛，并放棄了學(xué)科的冠名權(quán)，在社會上造成化學(xué)被肢解的錯(cuò)誤印象。20世紀(jì)的化學(xué)取得了輝煌的成就，但未獲得社會應(yīng)有的認(rèn)同（3）朝陽科學(xué)在組建隊(duì)伍時(shí)拉走了不少化學(xué)家?；瘜W(xué)向朝陽科學(xué)輸送隊(duì)伍本是好事，但希望社會能夠認(rèn)同化學(xué)對發(fā)展朝陽科學(xué)的重要作用，而不是因?yàn)榛瘜W(xué)沒有用處，使化學(xué)工作者紛紛轉(zhuǎn)行。（4）化學(xué)沒有提出21世紀(jì)要解決的理論難題，有人認(rèn)為化學(xué)沒有理論，只是一堆白菜。（5）化學(xué)沒有樹立品牌，缺少品牌意識。化學(xué)和化工被認(rèn)為是污染源，這也是中學(xué)生不愿報(bào)考化學(xué)專業(yè)的原因之一。其實(shí)，造成環(huán)境污染的不僅是化學(xué)工業(yè)，更主要的是汽車怕尾氣排放，煤燃燒，沙塵暴以及微電子工業(yè)等。而化學(xué)家正對環(huán)境檢測、分析、治理做出重要貢獻(xiàn)，并提出綠色化學(xué)的奮斗目標(biāo)?；瘜W(xué)家不但要認(rèn)識世界、改造世界，還要保護(hù)世界。1、20世紀(jì)有七大技術(shù)，第一是合成化學(xué)技術(shù)報(bào)刊上常說20世紀(jì)發(fā)明了六大技術(shù)（1）無線電、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、芯片和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；（2）基因重組、克隆和生物芯片等生物技術(shù)；（3）核科學(xué)和核武器技術(shù)；（4）航空航天和導(dǎo)彈技術(shù)；（5）激光技術(shù)；（6）納米技術(shù)。但很少人提到包括新藥物、新材料、高分子、化肥、農(nóng)藥的化學(xué)合成技術(shù)。但化學(xué)和化工界非常謙遜，從來不提抗議。我們應(yīng)該理直氣壯地大力宣傳20世紀(jì)發(fā)明了七大技術(shù)，第一的化學(xué)合成技術(shù)。其實(shí)，化學(xué)在20世紀(jì)的成就用“空前輝煌”來描述，是并不過分的。上述六大技術(shù)如果缺少一兩個(gè)，人類照樣生存，但如果沒有發(fā)明合成氨（國外評選20世紀(jì)最重大發(fā)明，得票最多）和合成尿素，合成第一、二、三代農(nóng)藥，60億人口將一半餓死；沒有發(fā)明合成抗生素和新藥物，人類壽命縮短；沒有三大合成，人類生活受很大影響，沒有合成新分子、新材料，上述六大技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)。2、化學(xué)是中心科學(xué)，但化學(xué)作為中心科學(xué)和形象被其它交叉學(xué)科的成就所埋沒?？茖W(xué)分上、中、下游，數(shù)理是上游、化學(xué)是中游、朝陽學(xué)科是下游。交叉學(xué)科中化學(xué)放棄了冠名權(quán)。例如“生物化學(xué)”被稱為“分子生物學(xué)”，“生物大分子的結(jié)構(gòu)化學(xué)”被稱為“結(jié)構(gòu)生物學(xué)”，生物大分子的物理化學(xué)”被稱為“凝聚態(tài)物理學(xué)”，“溶液理論、膠體化學(xué)”稱為“軟物質(zhì)物理學(xué)”，“量子化學(xué)”稱為“原子分子物理學(xué)”。又如人類基因組計(jì)劃的主要內(nèi)容之一實(shí)際上是基因測序的分析化學(xué)和凝膠色層等分離化學(xué)，但社會上只知道基因?qū)W。再如分子芯片、分子馬達(dá)、分子導(dǎo)線、分子計(jì)算機(jī)都是化學(xué)家開始的，但開創(chuàng)研究家卻不提出“化學(xué)器件學(xué)”這一名詞，而微電子學(xué)專家馬上稱之為“分子電子學(xué)”。3、化學(xué)有沒有理論？唐敖慶有很好的回答：19世紀(jì)化學(xué)有三大理論成就（1）經(jīng)典原子分子論，包括建筑在定比定律、倍比定律和當(dāng)量定律基礎(chǔ)上的道爾頓原子論。以碳四價(jià)及開庫勒的工作為中心的分子結(jié)構(gòu)和原子價(jià)理論；（2）門捷列夫的化學(xué)元素周期律；（3）化學(xué)質(zhì)量作用定律。20世紀(jì)的化學(xué)也有三大理論成就（1）化學(xué)熱力學(xué)，可以判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，提出化學(xué)平衡和相平衡理論；（2）量子化學(xué)和化學(xué)鍵理論；（3）上世紀(jì)30年代提出的絕對反應(yīng)速度理論和60年代提出的分子反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)。到了21世紀(jì)，數(shù)學(xué)、物理、生物都提出了要解決的難題，但化學(xué)家又比較謙虛，好象沒有人明確提出哪些是化學(xué)家要解決的世紀(jì)難題，造成“化學(xué)無理論”的錯(cuò)誤印象。4、理論化學(xué)在現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展中起了非常重要的作用1998年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予量子化學(xué)家科恩和玻普耳。5、吉林大學(xué)是我國理論化學(xué)的發(fā)源地，理論化學(xué)在我國有很好的基礎(chǔ)。唐敖慶是我國理論化學(xué)的奠基人。一、21世紀(jì)化學(xué)的內(nèi)涵和定義1一門科學(xué)的定義至少有三個(gè)屬性：1.1整體和局部性科學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的知識體系，好比一塊蛋糕。為了便于研究，要把它切成大、中、小塊。首先切成自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會科學(xué)三大塊。在自然科學(xué)中，又有許多切法。一種傳統(tǒng)的切法是分成數(shù)理化天地生等一級學(xué)科。近來又有切成物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、生態(tài)環(huán)境科學(xué)、納米科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)，系統(tǒng)科學(xué)等的分類法。化學(xué)是從科學(xué)整體中分割開來的一個(gè)局部，它和整體必然有千絲萬縷的聯(lián)系,所以學(xué)科之間的交叉和相互滲透是必然的趨勢。這是它的第一屬性。

宇宙進(jìn)化的層次結(jié)構(gòu)第1層次物理進(jìn)化從宇宙大爆炸開始到現(xiàn)在，已有150億年

第2層次化學(xué)進(jìn)化大爆炸后3萬年原子開始形成到現(xiàn)在

第3層次天體演化大爆炸后10億年，原子分子氣云開始形成原星系

到現(xiàn)在

第4層次地質(zhì)演變從46億年以前,地球開始形成到現(xiàn)在

第5層次生物進(jìn)化從34億年前微觀生命開始形成到現(xiàn)在.

第6層次社會進(jìn)化從300萬年前有了人類以后到現(xiàn)在

第7層次人工自然進(jìn)化從人類開始改造自然到現(xiàn)在

第8層次大成智慧進(jìn)化**

或信息進(jìn)化物質(zhì)產(chǎn)生精神，精神反作用于物質(zhì)，從有人類以后到現(xiàn)在

宇宙進(jìn)化的層次結(jié)構(gòu)這8個(gè)層次,構(gòu)成整個(gè)宇宙的進(jìn)化,缺一不可。研究每一層次的學(xué)問依次為:(1)物理學(xué),(2)天文學(xué),(3)地質(zhì)學(xué)、海洋學(xué)等地球科學(xué),(4)化學(xué),(5)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等生命科學(xué),(6)社會科學(xué),(7)技術(shù)科學(xué)、工程科學(xué),(8)數(shù)學(xué)、科學(xué)、哲學(xué)、宗教、認(rèn)知科學(xué)、語言學(xué)、文學(xué)、音樂、藝術(shù)等。這些構(gòu)成人類精神財(cái)富的總體,其中每一項(xiàng)都是不可或缺的,都是不會衰亡的。

化學(xué)是研究化學(xué)進(jìn)化這一層次的科學(xué),當(dāng)然也永遠(yuǎn)不會衰亡?；瘜W(xué)的內(nèi)涵隨時(shí)代前進(jìn)而改變。在19世紀(jì)，恩格斯認(rèn)為化學(xué)是原子的科學(xué)（參見《自然辯證法》），因?yàn)榛瘜W(xué)是研究化學(xué)變化，即改變原子的組合和排布，而原子本身不變的科學(xué)。宇宙進(jìn)化的第二層次———化學(xué)進(jìn)化的６個(gè)時(shí)期化學(xué)進(jìn)化可以分為６個(gè)時(shí)期。１原子的合成由原子核和電子結(jié)合成中性原子,是物理進(jìn)化到化學(xué)進(jìn)化的飛躍,發(fā)生在宇齡３萬年的時(shí)候。２星際小分子的合成近３０年來,由于射電天文學(xué)的發(fā)展,人們在宇宙太空中觀察到５０多種星際分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜,如Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＳｉＨ４、ＰＨ３、ＨＣＮ、Ｈ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｎ、Ｈ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｎ。此外,還在宇宙遙遠(yuǎn)的恒星之間觀察到大片酒精云。這是自然界中化學(xué)進(jìn)化的第二階段,相當(dāng)于宇齡３～３００萬年。星際小分子就是在此期間和以后形成的1.2發(fā)展性３無機(jī)礦物的合成無機(jī)礦物的合成階段是和行星（如地球）的形成同步的,大約在距今４６億年前到距今３８億年前。４生物小分子的合成生物小分子是在地球形成的早期階段合成的,那時(shí)大氣中氫氣很多,氧氣很少,還有大量的甲烷、水、氨和少量硫化氫等,在這種還原性的大氣環(huán)境下,可以合成氨基酸、鳥嘧啶、嘌呤等生物小分子。為了證明這一觀點(diǎn),ＳＭＭｉｌｌｅｒ在１９５３～１９５５年按照Ｕｒｅｙ的建議,用氫、甲烷、水、氨和少量硫化氫共５種還原性氣體,放在一個(gè)玻璃球內(nèi),通過火花放電（模擬天然的閃電雷擊）,結(jié)果得到了氨基酸、鳥嘧啶、嘌呤等生物小分子。１９８２年王文清在模擬原始大氣中引入三氫化磷,鑒定出１９種氨基酸。此外,我們在隕石中也發(fā)現(xiàn)了這些生物小分子,這是又一個(gè)證明。1.2發(fā)展性５生物大分子的合成有了氨基酸、磷酸、戊糖和４種生物堿等生物小分子,就能組成生命的基礎(chǔ)物質(zhì)———蛋白質(zhì)和脫氧核糖核酸等生物大分子。６人工合成數(shù)以千萬計(jì)的新分子和新材料當(dāng)有了人類以后,化學(xué)進(jìn)化則更會發(fā)展下去,導(dǎo)致不斷合成新的分子和材料。１９５３年,Ｗｏｏｄｗａｒｄ合成葉綠素,１９６５年我國合成牛胰島素?，F(xiàn)已能合成各種蛋白質(zhì)、ＤＮＡ、酶等,實(shí)現(xiàn)了死分子到活分子的飛躍。在人工自然進(jìn)化層次中,目前,各種為人類需要的新分子、新藥物、新材料以及分子器件的合成和組裝,已經(jīng)逐步成為化學(xué)的主流。１９９９年１２月３１日美國《化學(xué)文摘》登記的“泛分子（Ｐａｎｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）已有２３４０萬種,大概每隔１０年要翻一番?，F(xiàn)在世紀(jì)之交，我們大家深深地感受到化學(xué)的研究對象和研究內(nèi)容大大擴(kuò)充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子的科學(xué)。1.3定義的多維性

一門科學(xué)的定義，按照從簡單到詳細(xì)的程度可以分為：(1)一維定義或X定義，X是指研究的對象。(2)二維定義或XY定義。Y是指研究的內(nèi)容。(3)三維定義或XYZ定義。Z是指研究方法。(4)四維定義或WXYZ定義，W是指研究的目的。(5)多維定義或全息定義。一門科學(xué)的全息定義還要說明它的發(fā)展趨勢、與其他科學(xué)群的交叉、世紀(jì)難題和突破口等等。這樣才能對這門科學(xué)有全面的了解。2、21世紀(jì)化學(xué)的定義和內(nèi)涵

2.1化學(xué)的一維定義

21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子的科學(xué)。泛分子的名詞是仿照泛太平洋會議(PanPacificConference),泛美航空公司(PanAmericanAirLine)等提出的。泛分子是泛指21世紀(jì)化學(xué)的研究對象。它可以分為以下10個(gè)層次：（1）原子層次。例如近來受到重視的堿金屬原子的Bose-Einstein凝聚態(tài)。（2）分子片層次。分子片是指組成分子的碎片，例如［1，2］：一價(jià)分子片：CH3,OH,Mn(CO)5,Co(CO)4，二價(jià)分子片：CH2,NH,Fe(CO)4,Ru(PR3)4，三價(jià)分子片：CH,Co(CO)3,NiCp等。（3）結(jié)構(gòu)單元層次。例如芳香化合物的母核，高聚物的單體，蛋白質(zhì)的氨基酸，DNA的A,C,G,T。高級結(jié)構(gòu)單元，如蛋白質(zhì)的αhelix,βsheet等。（4）分子層次。研究分子層次的問題有如分子周期律，單分子光譜，單分子監(jiān)測和控制，分子的激發(fā)態(tài)，吸附態(tài)等。（5）超分子層次。超分子是二個(gè)分子通過非共價(jià)鍵的分子間作用力結(jié)合起來的物質(zhì)微粒。例如環(huán)糊精［γ-CD］是一個(gè)分子，形似花盆,它的尺度略大于C60的直徑，可以把C60包進(jìn)去，生成1:1和2:1的超分子。艾滋病毒HIV是一個(gè)生物大分子，其活性部位，形似環(huán)糊精，大小與C60十分接近，它們可以形成超分子。因此，C60可以抑制艾滋病毒HIV。環(huán)糊精分子還可作為主體，把其它小分子包在里面，又可作為客體，插入Zr(HPO4)2(H2O)晶體的結(jié)構(gòu)層之間，組裝成復(fù)雜的超分子體系。（6）高分子層次。（7）生物分子(biomolecules)層次。（8）納米分子和納米聚集體層次棗例如碳納米管、納米金屬、微乳、膠束、反膠束、氣溶膠、納米微孔結(jié)構(gòu)、納米厚度的膜、固體表面的有序膜、單分子分散膜等。（9）原子和分子的宏觀聚集體層次棗固體、液體、氣體、等離子體、溶液、熔融體、膠體、表面、界面等。（10）復(fù)雜分子體系及其組裝體的層次：(ⅰ)復(fù)合和雜化分子材料。(ⅱ)分子器件，例如在金絲尖端裝上經(jīng)過巰基化修飾的單層碳納米管（SWCNT），可以作為M的針尖。又如分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子探針、分子芯片、分子晶體管等。(ⅲ)分子機(jī)器，如分子馬達(dá)在UV光下，能通過4種同分異構(gòu)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，又如分子計(jì)算機(jī)等。(ⅳ)宏觀組裝器件如燃料電池，太陽能電池等。2.2化學(xué)的二維定義

化學(xué)是研究X對象的Y內(nèi)容的科學(xué)。具體地說，就是：化學(xué)是研究原子、分子片、結(jié)構(gòu)單元、分子、高分子、原子分子團(tuán)簇、原子分子的激發(fā)態(tài)、過度態(tài)、吸附態(tài)、超分子、生物大分子、分子和原子的各種不同維數(shù)、不同尺度和不同復(fù)雜程度的聚集態(tài)和組裝態(tài)，直到分子材料、分子器件和分子機(jī)器的合成和反應(yīng)，制備、剪裁和組裝，分離和分析，結(jié)構(gòu)和構(gòu)象，粒度和形貌，物理和化學(xué)性能，生理和生物活性及其輸運(yùn)和調(diào)控的作用機(jī)制，以及上述各方面的規(guī)律，相互關(guān)系和應(yīng)用的自然科學(xué)。2.3化學(xué)的三維定義

化學(xué)是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容的科學(xué)?；瘜W(xué)的研究方法和它的研究對象及研究內(nèi)容一樣，也是隨時(shí)代的前進(jìn)而發(fā)展的。在19世紀(jì)，化學(xué)主要是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，它的研究方法主要是實(shí)驗(yàn)方法。到了20世紀(jì)下半葉，隨著量子化學(xué)在化學(xué)中的應(yīng)用，化學(xué)不再是純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了，它的研究方法有實(shí)驗(yàn)和理論。現(xiàn)在21世紀(jì)又將增加第三種方法，即計(jì)算機(jī)模擬的方法。2.4化學(xué)的四維定義

化學(xué)是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容以達(dá)到W目的的科學(xué)?；瘜W(xué)的目的和其它科學(xué)技術(shù)一樣是認(rèn)識世界和改造世界，但現(xiàn)在應(yīng)該增加一個(gè)“保護(hù)世界”。化學(xué)和化學(xué)工業(yè)在保護(hù)世界而不是破壞地球這一偉大任務(wù)中要發(fā)揮特別重要的作用。造成污染的傳統(tǒng)化學(xué)向綠色化學(xué)的轉(zhuǎn)變是必然的趨勢。21世紀(jì)的化工企業(yè)的信條是五個(gè)“為了”和五個(gè)“關(guān)心”（Five“care”andfive“for”）：（1）為了社會而關(guān)心環(huán)保（Environmentalcareforthesociety）；（2）為了職工而關(guān)心安全、健康和福利（Safetycarefortheemployee）；（3）為了顧客而關(guān)心質(zhì)量、聲譽(yù)和商標(biāo)（Qualitycareforthecuomers）；（4）為了發(fā)展而關(guān)心創(chuàng)新（Innovation-careforthedevelopment）；（5）為了股東而關(guān)心效益（Profit-careforthestockholders）二、21世紀(jì)化學(xué)研究的六大趨勢

1更加重視國家目標(biāo)，更加重視不同學(xué)科之間的交叉和融合

在世紀(jì)之交，中國和世界各國政府都更加重視國家目標(biāo)，在加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，要求化學(xué)更多地來改造世界，更多地滲透到與下述10個(gè)門類的科學(xué)的交叉和融合：（1）數(shù)理科學(xué)（2）生命科學(xué)（3）材料科學(xué)（4）能源科學(xué)（5）地球和生態(tài)環(huán)境科學(xué)（6）信息科學(xué)（7）納米科學(xué)技術(shù)（8）工程技術(shù)科學(xué)（9）系統(tǒng)科學(xué)（10）哲學(xué)和社會科學(xué)。這是化學(xué)發(fā)展成為研究泛分子的大化學(xué)的根本原因。所以培養(yǎng)21世紀(jì)的化學(xué)家要有寬廣的知識面，多學(xué)科的基礎(chǔ)。2理論和實(shí)驗(yàn)更加密切結(jié)合

1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予W.Kohn和J.A.Pople。頒獎(jiǎng)公告說：“量子化學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為廣大化學(xué)家所使用的工具，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)不再是純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了”。所以在21世紀(jì)，理論和計(jì)算方法的應(yīng)用將大大加強(qiáng)，理論和實(shí)驗(yàn)更加密切結(jié)合。3在研究方法和手段上，更加重視尺度效應(yīng)

20世紀(jì)的化學(xué)已重視宏觀和微觀的結(jié)合，21世紀(jì)將更加重視介乎兩者之間的納米尺度（1?00nm），并注意到從小的原子、分子組裝成大的納米分子，以至微型分子機(jī)器。4合成化學(xué)的新方法層出不窮

合成化學(xué)始終是化學(xué)的根本任務(wù)，21世紀(jì)的合成化學(xué)將從化合物的經(jīng)典合成方法擴(kuò)展到包含組裝等在內(nèi)的廣義合成，目的在于得到能實(shí)際應(yīng)用的分子器件和組裝體。

合成方法的十化：芯片化，組合化，模板化，定向化，設(shè)計(jì)化，基因工程化，自組裝化，手性化，原子經(jīng)濟(jì)化，綠色化。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的微型化和超微型化：節(jié)能、節(jié)材料、節(jié)時(shí)間、減少污染。從單個(gè)化合物的合成、分離、分析及性能測試的手工操作方法，發(fā)展到成千上萬個(gè)化合物的同時(shí)合成，在未分離的條件下，進(jìn)行性能測試，從而篩選出我們需要的化合物（例如藥物）的組合化學(xué)方法。5造成污染的傳統(tǒng)化學(xué)向綠色化學(xué)的轉(zhuǎn)變是必然的趨勢

21世紀(jì)的化工企業(yè)的信條是五個(gè)“為了”和五個(gè)“關(guān)心”6分析化學(xué)已發(fā)展成為分析科學(xué)

分析化學(xué)已吸收了大量物理方法、生物學(xué)方法、電子學(xué)和信息科學(xué)的方法，發(fā)展成為分析科學(xué)，應(yīng)用范圍也大大拓寬了。

分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在線化、實(shí)時(shí)化(realtime)、原位化(insitu)，在體化(invivo)、智能化信息化，高靈敏化，高選擇性化，單原子化和單分子化。單分子光譜、單分子檢測，搬運(yùn)和調(diào)控的技術(shù)受到重視。

分離和分析方法的連用，合成和分離方法的連用，合成、分離和分析方法的三連用。三、21世紀(jì)化學(xué)的四大難題（中長期）

科學(xué)研究始于提出問題?？茖W(xué)問題的提出、確認(rèn)和解決是科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。20世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家Hilbert在1900年提出23個(gè)數(shù)學(xué)難題。每一個(gè)難題的解決，就誕生一位世界著名的數(shù)學(xué)家?，F(xiàn)在2000年世界數(shù)學(xué)家協(xié)會提出七大數(shù)學(xué)難題，籌集了700萬美元，懸賞100萬美元給每一個(gè)難題的解決者。

21世紀(jì)物理學(xué)的難題：(1)四個(gè)作用力場的統(tǒng)一問題，相對論和量子力學(xué)的統(tǒng)一問題。(2)對稱性破缺問題。(3)占宇宙總質(zhì)量90%的暗物質(zhì)是什么的問題。(4)黑洞和類星體問題。(5)夸克禁閉問題等。

21世紀(jì)生物學(xué)的重大難題是后基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、腦科學(xué)、生命起源等。2000年中國科學(xué)院化學(xué)部和國家自然科學(xué)基金委員會化學(xué)部組織編寫了《展望21世紀(jì)的化學(xué)》，對20世紀(jì)化學(xué)的成就作了很好的總結(jié)，對21世紀(jì)近期（10－20年）化學(xué)的發(fā)展提出很好的展望。最近MIT化學(xué)系主任S.Lippard教授在廣泛征求美國化學(xué)同行的基礎(chǔ)上提出基礎(chǔ)化學(xué)的22個(gè)新前沿領(lǐng)域。

由此可見，中外化學(xué)家都在展望21世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展，但似乎還沒有提出化學(xué)應(yīng)在21世紀(jì)解決的重大難題。這樣與物理學(xué)和生物學(xué)相比，就會顯得化學(xué)沒有什么偉大的目標(biāo)了。這是近年來在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)的淡化化學(xué)的思潮的主觀原因之一。那么化學(xué)果真提不出重大難題嗎？下面不揣冒昧，試對這一問題，作一初步探討，希望大家指正。如能拋磚引玉，引起大家的討論，然后由中國化學(xué)會組織化學(xué)界來共同討論21世紀(jì)化學(xué)的難題，這對21世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展十分有利。1化學(xué)的第一根本規(guī)律－化學(xué)反應(yīng)理論和定律

化學(xué)是研究化學(xué)變化的科學(xué)，所以化學(xué)反應(yīng)理論和定律是化學(xué)的第一根本規(guī)律。化學(xué)和化學(xué)變化的本質(zhì)是若干原子核和電子之間的電磁相互作用，與強(qiáng)、弱、引力相互作用的關(guān)系比較小，暫時(shí)可以不考慮。這種相互作用的根本規(guī)律是量子力學(xué)。薛定鄂第一方程可以解決定態(tài)分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵理論和分子間的相互作用問題。薛定鄂第二方程是包含時(shí)間的方程，可以解決原子或分子從某一定態(tài)到另一定態(tài)的躍遷幾率問題，從而建立光譜躍遷理論。

但量子力學(xué)沒有給出嚴(yán)格的化學(xué)反應(yīng)速率的基本方程。H.Eyring的絕對反應(yīng)速度理論是建筑在過渡態(tài)、活化能和統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗(yàn)理論。過渡態(tài)、活化能和勢能面等都是根據(jù)不含時(shí)間的薛定鄂第一方程來計(jì)算的。所謂反應(yīng)途徑是按照勢能面的最低點(diǎn)來描繪的。這一理論和提出的新概念是非常有用的，但卻是不徹底的半經(jīng)驗(yàn)理論。

19世紀(jì)C.M.古爾德貝格和P.瓦格提出的質(zhì)量作用定律，是最重要的化學(xué)定律之一，但它是經(jīng)驗(yàn)的、宏觀的定律。20世紀(jì)在宏觀化學(xué)動(dòng)力學(xué)與微觀分子反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)方面，有很大發(fā)展。例如Semenov發(fā)展了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，M.Eigen提出了馳豫法研究快速的化學(xué)反應(yīng)，李遠(yuǎn)哲和Herschbach用交叉分子束研究態(tài)態(tài)反應(yīng)等。但離開徹底了解化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，還有很大的距離。所以嚴(yán)格的徹底的微觀的化學(xué)反應(yīng)理論，包括決定某兩個(gè)或幾個(gè)分子之間能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？能否生成預(yù)期的分子？需要什么催化劑才能在溫和條件下進(jìn)行反應(yīng)？如何在理論指導(dǎo)下控制化學(xué)反應(yīng)？如何計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的速率？如何確定化學(xué)反應(yīng)的途徑等，是21世紀(jì)化學(xué)應(yīng)該解決的第一個(gè)難題。在化學(xué)反應(yīng)理論中特別重要，應(yīng)予首先研究的課題有：（1）充分了解若干個(gè)重要的典型的化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，以便設(shè)計(jì)最好的催化劑，實(shí)現(xiàn)在最溫和的條件進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)的方向和手性，發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)類型，新的反應(yīng)試劑。（2）在搞清楚光合作用和生物固氮機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)催化劑和反應(yīng)途徑，以便打斷CO2,N2等穩(wěn)定分子中的惰性化學(xué)鍵。（3）研究其它各種酶催化反應(yīng)的機(jī)理。酶對化學(xué)反應(yīng)的加速可達(dá)100億倍，專一性達(dá)100%。如何模擬天然酶，制造人工催化劑，是化學(xué)家面臨的重大難題。（4）充分了解分子的電子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級，用特定頻率的光脈沖來打斷選定的化學(xué)鍵棗選鍵化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。2化學(xué)的第二根本規(guī)律－結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系這里“結(jié)構(gòu)”和“性能”是廣義的，前者包含構(gòu)型、構(gòu)象、手性、粒度、形狀和形貌等，后者包含物理、化學(xué)和功能性質(zhì)以及生物和生理活性等。雖然W.Kohn從理論上證明一個(gè)分子的電子云密度可以決定它的所有性質(zhì)，但實(shí)際計(jì)算困難很多，現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系的了解，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要大力發(fā)展密度泛函理論和其它計(jì)算方法。所以這是21世紀(jì)化學(xué)的第二個(gè)重大難題。（1）如何設(shè)計(jì)合成具有人們期望的某種性能材料；（2）如何使宏觀材料達(dá)到微觀化學(xué)健強(qiáng)度？例如“金屬胡須”的抗拉強(qiáng)度比通常的金屬絲大一個(gè)數(shù)量級，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到金屬－金屬鍵的強(qiáng)度，所以增加金屬材料強(qiáng)度的潛力是很大的。又如目前高分子纖維的強(qiáng)度要比高分子中的共價(jià)鍵的強(qiáng)度小兩個(gè)數(shù)量級，這就向人們提出了如何挑戰(zhàn)強(qiáng)度極限的大難題。（3）溶液結(jié)構(gòu)和溶劑效應(yīng)對于性能的影響。（4）具有單分子和多分子層的膜結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。要優(yōu)先研究的課題有：（1）分子和分子間的非共價(jià)鍵的相互作用的本質(zhì)和規(guī)律。（2）超分子結(jié)構(gòu)的類型，生成和調(diào)控的規(guī)律。（3）給體－受體作用原理。（4）進(jìn)一步完善原子價(jià)和化學(xué)鍵理論，特別是無機(jī)化學(xué)中的共價(jià)問題。（5）生物大分子的一級結(jié)構(gòu)如何決定高級結(jié)構(gòu)？高級結(jié)構(gòu)又如何決定生物和生理活性？（6）分子自由基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的關(guān)系。（7）摻雜晶體的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。（8）各種維數(shù)的空腔結(jié)構(gòu)和復(fù)雜分子體系的構(gòu)筑原理和規(guī)律。（9）如何設(shè)計(jì)合成具有人們期望的某種性能的材料？（10）如何使宏觀材料達(dá)到微觀化學(xué)鍵的強(qiáng)度？例如“金屬胡須”的抗拉強(qiáng)度比通常的金屬絲大一個(gè)量級，但比金屬-金屬鍵的強(qiáng)度小得多。又如目前高分子纖維達(dá)到的強(qiáng)度要比高分子中的共價(jià)鍵的強(qiáng)度小兩個(gè)數(shù)量級。這就向人們提出如何挑戰(zhàn)極限的大難題。（11）鑭系理論－4f電子的能級比sp區(qū)和d區(qū)元素的能級多一個(gè)量級，所以稀土元素有十分豐富的光、電、磁、聲等功能性質(zhì)。稀土元素有機(jī)化合物是很好的催化劑。稀土是21世紀(jì)的戰(zhàn)略元素。研究鑭系元素的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系具有十分重要的意義。以上各方面是化學(xué)的第二根本問題，其迫切性可能比第一問題更大，因?yàn)樗墙鉀Q分子設(shè)計(jì)問題的關(guān)鍵。3納米尺度的基本規(guī)律

現(xiàn)在中美日等國都把納米科學(xué)技術(shù)定為優(yōu)先發(fā)展的國家目標(biāo)。在復(fù)雜性科學(xué)和物質(zhì)多樣性研究中，尺度效應(yīng)至關(guān)重要。尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，導(dǎo)致物質(zhì)性能及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和原理的質(zhì)的區(qū)別。納米尺度體系的熱力學(xué)性質(zhì)，包括相變和“集體現(xiàn)象，如鐵磁性，鐵電性，超導(dǎo)性和熔點(diǎn)等與粒子尺度有重要的關(guān)系。當(dāng)尺度在十分之幾到10納米的量級，正處于量子尺度和經(jīng)典尺度的模糊邊界中，此時(shí)熱運(yùn)動(dòng)的漲落和布朗運(yùn)動(dòng)將起重要的作用。1、例如金的熔點(diǎn)為1063℃，納米金的融化溫度卻降至330℃。銀的熔點(diǎn)為960.3℃，而納米銀為100℃。2、當(dāng)代信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了納米尺度磁性(Nanoscalemagnetism)的研究。由幾十個(gè)到幾百個(gè)原子組成的分子磁體表示出許多特性。3、納米粒子的比表面很大，由此引起性質(zhì)的不同。例如納米鉑黑催化劑可使乙烯催化反應(yīng)的溫度從600℃降至室溫。這一現(xiàn)象為新型常溫催化劑的研制提供了基礎(chǔ)，有非常重要的應(yīng)用前景。納米催化劑能否降低活化能？這是值得研究的一個(gè)理論問題。4、電子或聲子的特征散射長度，即平均自由途徑在納米量級。當(dāng)納米微粒的尺度小于此平均自由途徑時(shí)，電流或熱的傳遞方式就發(fā)生質(zhì)的改變。5、與微粒運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量p=mv相對應(yīng)的波長=h/p，通常也在納米量級，由此產(chǎn)生許多所謂的“量子點(diǎn)”的新現(xiàn)象。所以納米分子和材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基本規(guī)律是21世紀(jì)的化學(xué)和物理需要解決的重大難題之一。4活分子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律

充分認(rèn)識和徹底了解人類和生物體內(nèi)活分子(livingmolecules)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，無疑是21世紀(jì)化學(xué)亟待解決的重大難題之一。例如：（1）配體小分子和受體生物大分子的相互作用，這是藥物設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。中科院上海藥物所的量子化學(xué)家陳凱爾做了很好的工作，正在主持一個(gè)藥物設(shè)計(jì)的973項(xiàng)目。北京大學(xué)徐小杰教授做了幾個(gè)藥物設(shè)計(jì)軟件。（2）在地球元素的生態(tài)循環(huán)中，植物界做了兩件偉大的事：其一，利用太陽能把很穩(wěn)定的CO2和H2O分子的化學(xué)鍵打開，合成碳水化合物［CH2O］n，并放出氧氣O2，供人類和其它動(dòng)物使用。在這個(gè)偉大的過程中，活分子催化劑葉綠素是怎樣作用的？其二，豆科植物的根瘤菌能打開非常穩(wěn)定的氮分子中的化學(xué)鍵，生成含氮小分子，再進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)和核酸。我們必須把這兩個(gè)過程的全部反應(yīng)機(jī)理搞清楚，然后研究能否在化學(xué)工廠中，在溫和的條件下，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)偉大的催化反應(yīng)。（3）搞清楚牛、羊等食草動(dòng)物胃內(nèi)酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應(yīng)機(jī)理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。

（4）人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計(jì)算機(jī)。如何徹底了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能將是21世紀(jì)的腦科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息和認(rèn)知科學(xué)等交叉學(xué)科共同來解決的難題。（5）了解活體內(nèi)信息分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理。（6）了解從化學(xué)進(jìn)化到手性和生命的起源。（7）如何實(shí)現(xiàn)從生物分子到分子生物(molecularlife)的飛躍？如何跨越從化學(xué)進(jìn)化到生物進(jìn)化的鴻溝?（8）研究復(fù)雜、開放、非平衡的生命系統(tǒng)的熱力學(xué)，耗散和混沌狀態(tài)，分形現(xiàn)象等非線形科學(xué)問題。

（9）生物固氮作用機(jī)理（10）蛋白質(zhì)和DNA的理論研究

由此可見，21世紀(jì)的化學(xué)是有偉大的目標(biāo)和難題，需要我們?nèi)ソ鉀Q的。與物理學(xué)相比，物理的難題偏重于認(rèn)識世界。研究物理學(xué)的難題，需要超高能加速器和航天飛機(jī)上的磁譜儀等大型科學(xué)工程為基礎(chǔ)，是我國國力難以承受的。而21世紀(jì)化學(xué)的重大難題和突破口則偏重于改造世界和保護(hù)世界，有更現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)，不需要大型科學(xué)工程的支持，對化學(xué)的R&D投入，通常有較高的回報(bào)率。21世紀(jì)是生物學(xué)大發(fā)展的世紀(jì)，但現(xiàn)代生物學(xué)是建筑在分子水平上的生物學(xué)，所以對化學(xué)難題的研究和解決和解決生物學(xué)難題是互相促進(jìn)的。如果淡化化學(xué)的重要性，減少化學(xué)的科學(xué)研究投入，在大學(xué)中吸引不到優(yōu)秀的中學(xué)生來考化學(xué)專業(yè)，那么對國民經(jīng)濟(jì)和生命科學(xué)的發(fā)展都是十分不利的。四.21世紀(jì)化學(xué)的11個(gè)突破口（10－20年）

1新的合成方法學(xué)如(1)組合化學(xué)。(2)手性合成。(3)分子反應(yīng)器控制的合成。(4)自復(fù)制和自組裝合成。(5)定向合成。(6)掌握零維籠狀和杯狀、一維通道、二維層間、三維網(wǎng)絡(luò)空腔結(jié)構(gòu)的合成方法，并通過化學(xué)、電場或磁場的作用，使囚禁在里面的客體分子被釋放或取代出來。2納米化學(xué)納米化學(xué)、納米材料和分子器件，納米表面化學(xué)、高效納米催化劑設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用。3稀土化學(xué)特別是有我國知識產(chǎn)權(quán)的新型稀土功能材料4能源科學(xué)中的化學(xué)問題

如（1）各種高效換能器(Transducer)，特別是太陽能電池。（2）燃料電池（3）氫能利用問題（4）各種再生能源。5生命和醫(yī)藥科學(xué)中的化學(xué)問題

例如：（1）把中國名醫(yī)的處方和人體的生理病理狀態(tài)作為兩個(gè)復(fù)雜體系來研究它們之間的相互作用和藥效。（2）用組合化學(xué)的方法來篩選特效中藥，并使中藥現(xiàn)代化。（3）藥物設(shè)計(jì)、合成和開發(fā)應(yīng)用。（4）生物材料（Biomaterials）和人工器官的合成。（5）配合物小分子作為Key和DNA大分子作為Lock的相互作用。（6）了解神經(jīng)細(xì)胞和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理（7）糖化學(xué)。6生態(tài)環(huán)境科學(xué)中的化學(xué)問題

例如：（1）環(huán)境元素的循環(huán)。（2）有害化學(xué)物質(zhì)的控制和治理。（3）以“原子經(jīng)濟(jì)”和“零排放”為目標(biāo)的綠色化學(xué)和化工。（4）生態(tài)環(huán)境化學(xué)。7信息科學(xué)中的化學(xué)問題

例如：（1）高效的光纖通信材料，特別是可使激光得到增益的稀土鉺羼雜Si基1。54微米材料。（2）高效的光貯存材料。（3）分子芯片。（4）分子計(jì)算機(jī)。8分析化學(xué)的十化（1）微型化、芯片化、仿生化；（2）在線化；（3）實(shí)時(shí)化；（4）原位化；（5）在體化；（6）智能信息化；（7）高靈敏化；（8）單原子化和單分子化，單分子光譜，單分子檢測，搬運(yùn)和調(diào)控技術(shù)；（9）高選擇化；（10）分離和分析方法的聯(lián)用，合成和分離方法的聯(lián)用，合成、分離和分析方法三用。9化工化學(xué)復(fù)雜體系中的多層次、多尺度效應(yīng)及其規(guī)律和方法學(xué)研究。10理論化學(xué)和計(jì)算化學(xué)的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究11化學(xué)信息學(xué)

20世紀(jì)的化學(xué)積累了巨量的實(shí)驗(yàn)材料和信息，21世紀(jì)的化學(xué)信息學(xué)將建立各種化學(xué)信息庫，然后分析信息的內(nèi)涵，總結(jié)出規(guī)律，最大限度地挖掘、開發(fā)和應(yīng)用信息寶庫，使它們作為實(shí)驗(yàn)歸納法和理論演繹法的橋梁，推動(dòng)化學(xué)和化工學(xué)科的發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。四、20世紀(jì)化學(xué)的盲點(diǎn)

20世紀(jì)的化學(xué)得到前所未有的迅猛發(fā)展。但迅猛發(fā)展的化學(xué)正和急速向前推進(jìn)的勝利部隊(duì)一樣，常常會在后方留下一些照顧不到的空白點(diǎn)，例如：1無機(jī)化學(xué)中共價(jià)概念被忽視

原子價(jià)是化學(xué)中最重要的概念之一，也是總結(jié)大量分子必須考慮的性質(zhì)之一。但令人驚奇的是，迄今還沒有一個(gè)大家公認(rèn)的定義。原子價(jià)可分為共價(jià)、電價(jià)、氧化態(tài)(oxidationstate)、配位數(shù)、超價(jià)(supervalence)等。關(guān)于共價(jià)現(xiàn)在大家采用的是鮑林提出的定義：一個(gè)原子的共價(jià)是指它在分子中和其它原子形成的共價(jià)鍵數(shù)。鮑林的定義在有機(jī)化學(xué)中非常成功，但在無機(jī)化學(xué)中遇到困難，例如如何決定CO、NO、N2O、NO2、HNO3、O3、BeCl2、Al2Cl6、Ni(CO)4、Cp2ZrCl2、Cr(C6H6)2等分子中的C、N、O、Be、Al、Ni、Zr、Cr的共價(jià)。在后面5個(gè)分子中，通常我們說Be是2價(jià)，Al是3價(jià)，Ni是0價(jià)，Zr是4價(jià)，Cr是0價(jià)。但這是指它們的氧化態(tài)。它們的共價(jià)等于多少？這個(gè)問題常常被忽略不提。為此我們提出共價(jià)鍵的新定義：一個(gè)原子的共價(jià)是指它在形成分子時(shí)，從其它原子接受的共享電子數(shù)。按照這個(gè)物理概念，給出量子化學(xué)定義進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算，得到在上述分子中原子的共價(jià)為：C=4，N=3，O=2，Be=6、Ni=8，Zr=12，Cr=12。

關(guān)于配位數(shù)也沒有明確的定義。例如F.A.Cotton:，認(rèn)為Ti在Cp2TiCl2中的配位數(shù)=4，即Cp提供的配位數(shù)是1。這樣在Cr(C6H6)2,Cr(C6H6)(CO)3,Cr(CO)6三個(gè)分子中Cr的配位數(shù)分別等于2，4，6。我們建議把配位數(shù)定義為：中心原子周圍的成鍵電子對數(shù)。這樣在上述三個(gè)分子中Cr的配位數(shù)都等于6。在Cp2TiCl2中Ti的配位數(shù)等于8。2、化學(xué)文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)的積累非常迅速，但利用這一文獻(xiàn)寶庫來總結(jié)規(guī)律的工作相對滯后從科學(xué)發(fā)展史看，科學(xué)數(shù)據(jù)的大量積累，往往導(dǎo)致重大科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。如17世紀(jì)的天文學(xué)積累了幾百顆天體運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，對它們的分析導(dǎo)致開普勒提出天體運(yùn)動(dòng)的三大定律，為牛頓建立他的經(jīng)典力學(xué)體系奠定基礎(chǔ)。19世紀(jì)60年代的化學(xué)積累了數(shù)十種元素和上萬種化合物的數(shù)據(jù)，門捷列夫把這些元素按原子量的大小次序排列，發(fā)現(xiàn)它們的化合物的性質(zhì)有周期性變化，因而在1869年提出元素周期律，為以后發(fā)現(xiàn)新元素和玻耳建立原子模型指明了方向。20世紀(jì)30年代，積累了100多萬種化合物的數(shù)據(jù)，結(jié)合量子化學(xué)的發(fā)展，導(dǎo)致鮑林提出共價(jià)、電價(jià)和氧化值的定義，以及(鍵、(鍵、雜化軌道、電負(fù)性、共振結(jié)構(gòu)等新概念，總結(jié)出化學(xué)鍵理論，發(fā)表《論化學(xué)鍵本質(zhì)》這本經(jīng)典著作，對20世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展起了非常重要的作用?，F(xiàn)在截止1999年12月31日，美國化學(xué)文摘登記的分子、化合物和物相的數(shù)目已超過2340萬種，比鮑林總結(jié)化學(xué)鍵理論時(shí)擴(kuò)大了10余倍，但全世界的化學(xué)家似乎還沒有充分利用這一化學(xué)文選寶庫來總結(jié)規(guī)律。這是世紀(jì)之交的難得機(jī)遇，不可交臂失之。3分子周期律

為了與數(shù)以千萬計(jì)的分子打交道，我們建議在原子和分子之間引入分子片和結(jié)構(gòu)單元兩個(gè)層次。分子片這一名詞是由霍夫曼（R.Hoffmann)在他的“等瓣性原理”中首先提到的。分子片Mj是由一個(gè)中心原子Ak與若干個(gè)配體Lm組成,其中k和m分別為中心原子A的價(jià)電子數(shù)和配體的總價(jià)電子數(shù)。分子片M的價(jià)電子數(shù)j=k+m。分子片價(jià)數(shù)等于它的價(jià)軌道中的空位數(shù)。分子結(jié)構(gòu)類型的數(shù)字化表征。我們建議用N,B,σ,π四個(gè)數(shù)字來表征，N是它所含的分子片數(shù)，B是分子片之間的共價(jià)鍵數(shù)，其中含有σ個(gè)σ鍵和π個(gè)π鍵［在少數(shù)分子中還包含δ鍵和三中心二電子鍵等］。例如苯分子C6H6的N,B,σ,π=6,9,6,3。Dewar苯的,B,σ,π=6,9,7,2。Benzavalene的N,B,σ,π=6,9,8,1。Prismane的N,B,σ,π=6,9,9,0。如以N,B為坐標(biāo)可以繪出分子的結(jié)構(gòu)類型表。

以上舉出化學(xué)在跨向21世紀(jì)時(shí)落在后面的一些盲點(diǎn)，而展現(xiàn)在它前面的亮點(diǎn)，如四大難題，11個(gè)突破口，則因研究對象、內(nèi)容和方法的豐富多采，更是琳瑯滿目。希望有更多的青年學(xué)子來耕耘這片肥沃的土地。化學(xué)不是夕陽科學(xué),決不會在物理學(xué)和生物學(xué)的夾縫中消亡。人類需要化學(xué)來創(chuàng)造更多、更好新物質(zhì)、新材料。這是任何別的科學(xué)不能代替的。現(xiàn)代化學(xué)進(jìn)展簡介

及對中學(xué)化學(xué)教育改革的看法對中學(xué)化學(xué)教育改革的認(rèn)識學(xué)科的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢及社會需求是教育改革的基礎(chǔ)和推動(dòng)力要學(xué)習(xí)并重視現(xiàn)代教育學(xué)和學(xué)科教學(xué)研究所提供的新理念和方法論探究性學(xué)習(xí)仍然是教育改革的突破口要區(qū)分職業(yè)性要求和素質(zhì)性要求學(xué)段的銜接更著重于能力什么是化學(xué)的大問題

Ball,Philip:Nature

422(3)August2006物理學(xué)家始終沒有放棄探索宇宙起源，或者是什么在主宰著從原子到宇宙的整個(gè)范疇內(nèi)時(shí)間、空間和物質(zhì)的行為的大問題生物學(xué)家一直注視著什么是生命的大問題，并試圖通過對DNA的解旋以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和相互作用來獲得解答什么是化學(xué)家的BigQuestions?重視化學(xué)學(xué)科中大問題的呼吁極強(qiáng)的合成特色使得化學(xué)不同于其他的“發(fā)現(xiàn)”學(xué)科，如物理、生物、天文、地學(xué)。正如1860年法國化學(xué)家M.Berthelot所說：“Chemistrycreatesitsobject”,不少化學(xué)家仍然以此自豪目前，化學(xué)的問題不在于是否應(yīng)該重視應(yīng)用和工業(yè)化學(xué)，而在于過分重視我們能夠做什么，和過分忽視我們能夠知道什么,從而淡化了自然科學(xué)的本色，甚至迷失了自然科學(xué)的基本任務(wù)什么是化學(xué)的大問題怎樣設(shè)計(jì)具有特定功能和動(dòng)態(tài)特征的分子細(xì)胞的化學(xué)基礎(chǔ)是什么如何制造在未來的能源、航天和醫(yī)藥等科技領(lǐng)域所需要的材料思維和記憶的化學(xué)基礎(chǔ)是什么地球上的生命起源以及在其他星球上出現(xiàn)生命的條件元素間可能存在的所有組合的答案什么是化學(xué)的大問題Zare：只有了解了有關(guān)的化學(xué)，才能真正了解生命過程Whitesides：“細(xì)胞的本質(zhì)問題基本上屬于分子層次的問題”。例如：對蛋白質(zhì)折疊、基因標(biāo)記、高選擇性分子識別、信號傳遞等的化學(xué)本質(zhì)的了解J-M.Lehn:“自組織是如何發(fā)生的，和宇宙生命起源有關(guān)嗎？”如何設(shè)計(jì)不僅能夠程序化，而且可以訓(xùn)練的化學(xué)’學(xué)習(xí)體系’？自組織過程是一種智能化的復(fù)制和放大過程什么是化學(xué)的大問題

Barton認(rèn)為，有了答案后，就可以設(shè)計(jì)新的思維和記憶器件，和學(xué)會如何恢復(fù)舊有的思維記憶如何使得分子去到我們希望它去的地方？例如某個(gè)細(xì)胞、器官或組織？目前對結(jié)構(gòu)－功能關(guān)系的了解太粗淺了。Zewail認(rèn)為，分子的動(dòng)態(tài)對其活性的影響和結(jié)構(gòu)一樣重要。鎖鑰模型過于簡單，還要考慮生物分子在能面上的運(yùn)動(dòng)軌跡Whiteside指出，把計(jì)算機(jī)裝入大腦，好像是神經(jīng)科學(xué)家和電子工程師的事，但是神經(jīng)元之間的信號傳遞是靠化學(xué)來完成的。什么是化學(xué)的大問題即使解決了分子設(shè)計(jì)的原理問題，如何使產(chǎn)率達(dá)到100％？所以如何使原子按照預(yù)期路線形成分子是一個(gè)大問題?；瘜W(xué)不僅了解世界，而且試圖了解所有可能的世界。據(jù)估算，由常見元素可能合成的一般大小的分子數(shù)在1014的量級，目前只完成約1％化學(xué)的任務(wù)在于無限分子的合成。分子的結(jié)構(gòu)和功能問題是難以窮盡的。”不拒絕小問題，但是保持開放的目光”20世紀(jì)化學(xué)留下的懸念稀有氣體化合物的合成惰氣結(jié)構(gòu)和化合價(jià)理論？高溫超導(dǎo)陶瓷的合成

固態(tài)物質(zhì)導(dǎo)電機(jī)制？C60與無機(jī)富勒烯的合成

彎曲鍵理論和晶體缺陷理論？稀有氣體化合物的零的突破1962年，29歲的N.Bartlett實(shí)現(xiàn)了稀有氣體化合物的零的突破。從O2+[PtF6]-到Xe+[PtF6]-的設(shè)想是如何形成的？這一重大發(fā)現(xiàn)給我們的啟示

基礎(chǔ)的重要性一切理論都存在著不確定性C60和無機(jī)富勒烯以色列化學(xué)家用電弧法處理層狀類石墨結(jié)構(gòu)的MoS2和WS2得到了類似于C60的呈封閉球形的MoS2和WS2，被稱為無機(jī)富勒烯數(shù)學(xué)家歐拉早已證明了正多邊形和封閉幾何形狀之間的數(shù)學(xué)關(guān)系C60和金剛石、石墨能并列嗎？無機(jī)富勒烯的應(yīng)用前景固體潤滑劑體系,可望具有納米軸承的特性長尺寸(mm)WS2及WSe2納米管,繩材和帶材用于增強(qiáng)纖維,超輕質(zhì)材料和容器制造;STM用針尖等層狀NiCl2也屬于此類,層數(shù)為奇時(shí),為納米磁體,可以提高磁性存貯器的容量20世紀(jì)化學(xué)留下的懸念組合化學(xué)的應(yīng)用成功

經(jīng)典的反應(yīng)通道理論受到質(zhì)疑超分子化合物的穩(wěn)定性和普遍存在

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分子機(jī)器理論的困惑分子機(jī)器－由確定數(shù)量的分子部件構(gòu)成，在外界指令下完成類似于機(jī)器動(dòng)作（功能）的工作系統(tǒng)名為EcoRI的阻旋酶在切割DNA的5’GAATTC3’鹼基對時(shí)，要從4096個(gè)鹼基對中選擇其1，卻準(zhǔn)確無誤！EcoRI在DNA上的4.7106個(gè)鹼基中選擇2600個(gè)結(jié)合點(diǎn)時(shí)的動(dòng)作約11次。相當(dāng)于log2(4.7106/2600)=10.81994年Schneider和Shanon提出的分子機(jī)器理論－方合模型

20世紀(jì)化學(xué)留下的懸念“一鍋法”(onepotprocess)工藝的實(shí)現(xiàn)

有機(jī)反應(yīng)機(jī)理遭遇挑戰(zhàn)有機(jī)大環(huán)分子的光化學(xué)合成

質(zhì)疑有效碰撞模型的普適性納米科學(xué)和技術(shù)

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一鍋法之一例化學(xué)教育改革研究的重點(diǎn)

新課標(biāo)提出和強(qiáng)調(diào)的新理念教材在教學(xué)活動(dòng)中的作用教學(xué)中如何全面落實(shí)三維教育目標(biāo)探究性學(xué)習(xí)仍然是教學(xué)改革的突破口

“基礎(chǔ)性和時(shí)代性”的關(guān)系