化学学科的发展进程?

化学学科的发展进程?
化学学科的发展进程?

化学学科的发展进程?
【最开始】古时候,原始人类为了他们的生存,在与自然界的种种灾难进行抗争中,发现和利用了火.原始人类从用火之时开始,由野蛮进入文明,同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质.燃烧就是一种化学现象.（火的发现和利用,改善了人类生存的条件,并使人类变得聪明而强大.）掌握了火以后,人类开始食用熟食；继而人类又陆续发现了一些物质的变化,如发现在翠绿色的孔雀石等铜矿石上面燃烧炭火,会有红色的铜生成.这样,人类在逐步了解和利用这些物质的变化的过程中,制得了对人类具有使用价值的产品.人类逐步学会了制陶、冶炼；以后又懂得了酿造、染色等等.这些有天然物质加工改造而成的制品,成为古代文明的标志.在这些生产实践的基础上,萌发了古代化学知识.
　　古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类,并企图追溯其本原及其变化规律.公元前4世纪或更早,中国提出了阴阳五行学说,认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的,而五行则是由阴阳二气相互作用而成的.此说法是朴素的唯物主义自然观,用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力,认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源.此说为中国炼丹术的理论基础之一.
　　【公元前4世纪】希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论.这些朴素的元素思想,即为物质结构及其变化理论的萌芽.后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的秦汉时代,炼丹术已颇为盛行,大致在公元7世纪传到阿拉伯国家,与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼丹术于中世纪传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学.
　　炼丹术的指导思想是深信物质能转化,试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药.他们有目的的将各类物质搭配烧炼,进行实验.为此涉及了研究物质变化用的各类器皿,如升华器、蒸馏器、研钵等,也创造了各种实验方法,如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等.
　　与此同时,进一步分类研究了各种物质的性质,特别是相互反应的性能.这些都为近代化学的产生奠定了基础,许多器具和方法经过改进后,仍然在今天的化学实验中沿用.炼丹家在实验过程中发明了火药,发现了若干元素,制成了某些合金,还制出和提纯了许多化合物,这些成果我们至今仍在利用.
【真正成为学科意义上的化学】
　　【16世纪开始】欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,使炼金术转向生活和实际应用,继而更加注意物质化学变化本身的研究.在元素的科学概念建立后,通过对燃烧现象的精密实验研究,建立了科学的氧化理论和质量守恒定律,随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,为化学进一步科学的发展奠定了基础.
　　【1775年前后】拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期,使化学沿着正确的轨道发展.19世纪初,英国化学家道尔顿提出近代原子学说,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别.近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论.接着意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念.自从用原子-分子论来研究化学,化学才真正被确立为一门科学.这一时期,建立了不少化学基本定律.俄国化学家门捷列夫发现元素周期律,德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论,这些都使化学成为一门系统的科学,也为现代化学的发展奠定了基础.
　　通过对矿物的分析,发现了许多新元素,加上对原子分子学说的实验验证,经典性的化学分析方法也有了自己的体系.草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等等的发现,导致有机化学结构理论的建立,使人们对分子本质的认识更加深入,并奠定了有机化学的基础.
　　【1 9世纪下半叶】热力学等物理学理论引入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件.相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础.物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平.
【二十世纪至今】
　　二十世纪的化学是一门建立在实验基础上的科学,实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面.进入20世纪以后,由于受到自然科学其他学科发展的影响,并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法,化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展,而且在理论方面取得了许多重要成果.在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科.
　　近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用,对现代化学的发展起了很大的推动作用.19世纪末,电子、X射线和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件.
　　在结构化学方面,由于电子的发现开始并确立的现代的有核原子模型,不仅丰富和深化了对元素周期表的认识,而且发展了分子理论.应用量子力学研究分子结构,产生了量子化学.
　　从氢分子结构的研究开始,逐步揭示了化学键的本质,先后创立了价键理论、分子轨道理论和佩位场理论.化学反应理论也随着深入到微观境界.应用X射线作为研究物质结构的新分析手段,可以洞察物质的晶体化学结构.测定化学立体结构的衍射方法,有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法.其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多.
　　研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等,与计算机联用后,积累大量物质结构与性能相关的资料,正由经验向理论发展.电子显微镜放大倍数不断提高,人们以可直接观察分子的结构.
　　经典的元素学说由于放射性的发现而产生深刻的变革.从放射性衰变理论的创立、同位素的发现到人工核反应和核裂变的实现、氘的发现、中子和正电子及其它基本粒子的发现,不仅是人类的认识深入到亚原子层次,而且创立了相应的实验方法和理论；不仅实现了古代炼丹家转变元素的思想,而且改变了人的宇宙观.
　　作为20世纪的时代标志,人类开始掌握和使用核能.放射化学和核化学等分支学科相继产生,并迅速发展；同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生.元素周期表扩充了,已有109号元素,并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”.与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作,都在不断补充和更新元素的观念.
　　在化学反应理论方面,由于对分子结构和化学键的认识的提高,经典的、统计的反应理论以进一步深化,在过渡态理论建立后,逐渐向微观的反应理论发展,用分子轨道理论研究微观的反应机理,并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论.分子束、激光和等离子技术的应用,使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实,从而化学动力学已有可能从经典的、统计的宏观动力学深入到单个分子或原子水平的微观反应动力学.
　　计算机技术的发展,使得分子、电子结构和化学反映的量子化学计算、化学统计、化学模式识别,以及大规模术技的处理和综合等方面,都得到较大的进展,有的已经逐步进入化学教育之中.关于催化作用的研究,以提出了各种模型和理论,从无机催化进入有机催化和增物催化,开始从分子微观结构和尺寸的角度核生物物理有机化学的角度,来研究酶类的作用和酶类的结构与其功能的关系.
　　分析方法和手段是化学研究的基本方法和手段.一方面,经典的成分和组成分析方法仍在不断改进,分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量；另一方面,发展初许多新的分析方法,可深入到进行结构分析,构象测定,同位素测定,各种活泼中间体如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等的直接测定,以及对短寿命亚稳态分子的检测等.分离技术也不断革新,离子交换、膜技术、色谱法等等.
　　合成各种物质,是化学研究的目的之一.在无机合成方面,首先合成的是氨.氨的合成不仅开创了无机合成工业,而且带动了催化化学,发展了化学热力学和反应动力学.后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物.
　　在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下,各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较大发展.稀有气体化合物的合成成功又向化学家提出了新的挑战,需要对零族元素的化学性质重新加以研究.无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科.
　　酚醛树脂的合成,开辟了高分子科学领域.20世纪30年代聚酰胺纤维的合成,使高分子的概念得到广泛的确认.后来,高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进,使高分子化学得以迅速发展.
　　各种高分子材料合成和应用,为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术,以及人们衣食住行各方面,提供了多种性能优异而成本较低的重要材料,成为现代物质文明的重要标志.高分子工业发展为化学工业的重要支柱. 20世纪是有机合成的黄金时代.化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展,许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决,还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂,在此基础上,精细有机合成,特别是在不对称合成方面取得了很大进展.
　　一方面,合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物；另一方面,合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质.有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物.这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用；为合成有高度生物活性的物质,并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等,提供了有利的条件.
　　【化学发展的趋势】20世纪以来,化学发展的趋势可以归纳为：由宏观向微观、由定性向定量、由稳定态向亚稳定态发展,由经验逐渐上升到理论,再用于指导设计和开创新的研究.一方面,为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料；另一方面,在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科,并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展.

化学在发展过程中，依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同，派生出不同层次的许多分支。在20世纪20年代以前，化学传统地分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后，由于世界经济的高速发展，化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起，化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段，导致这门学科从30年代以来飞跃发展，出现了崭新的面貌。现在把化学内容一般分...

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化学在发展过程中，依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同，派生出不同层次的许多分支。在20世纪20年代以前，化学传统地分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后，由于世界经济的高速发展，化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起，化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段，导致这门学科从30年代以来飞跃发展，出现了崭新的面貌。现在把化学内容一般分为生物化学、有机化学、高分子化学、应用化学和化学工程学、物理化学、无机化学等五大类共80项，实际包括了七大分支学科。
　　根据当今化学学科的发展以及它与天文学、物理学、数学、生物学、医学、地学等学科相互渗透的情况，化学可作如下分类：
　　无机化学：元素化学、无机合成化学、无机固体化学、配位化学、生物无机化学、有机金属化学等
　　有机化学：普通有机化学、有机合成化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化学。
　　物理化学：化学热力学、化学动力学、结构化学。
　　分析化学：化学分析、仪器和新技术分析。
　　高分子化学：天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应用、高分子物力。
　　核化学：放射性元素化学、放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学。
　　生物化学：一般生物化学、酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学等。
　　其它与化学有关的边缘学科还有：地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、宇宙化学、星际化学等。【关于化学家】不能简单地以他们的收入来衡量是否富有，做研究不同于普通上班赚钱的白领。你可能没有学到很深的化学吧~其实化学的领域很广。单从基础化学就有无机化学，有机化学，分析化学，物理化学这四门。后三者都是很难的学科（也许中学里会学到一些有机化学的东西，不过你看完大学里的有机化学书就知道有机是多么难）。没有一定的理科基础是□中国科学院院士 唐有祺
化学学科从近代化学算起已有两个世纪的历史。 它与物理学和生物学都是自然科学中的主要基础学科。 它们都有各自的使命和传统, 随着发展, 由于在其内容深处的盘根错节, 表现出相互之间越来越密切的关系。 现在要结合化学与物理学和生物学的关系来谈谈化学学科的发展历程。
化学学科之奠立和原子论
近代化学发轫于18世纪和19世纪之交提出的元素学说(拉瓦锡,1774)和原子学说(道尔顿,1803)。 此前多个世纪都曾进行过与化学有关的实践, 其中包括炼丹术和炼金术。 从这些盲目实践中得出了教训, 要求在从事物质转化探索的同时注视物质的组成问题, 元素和原子学说应运而生。 化学由此进入了持续至今以原子论为主线的新时期。 从1960年起, 康尼查罗采纳了阿佛加德罗假说, 理顺了当量和原子量的关系, 并改正了当时的化学式和分子式, 从而使原子-分子论得以确立。
原子-分子论指明 : 不同元素代表不同原子; 原子在空间按一定方式或结构结合成分子; 分子通过结构决定其性能; 分子进一步集聚成物体。 这个理论基础在化学的发展进程中不断丰富、 深化和扩展, 但并无颠覆性变化。
物理学在两个发展时期中与化学的关系
物理学学科的发展经历两个时期 : 从质点运动和波动这两极来反复研究热、光、声、电、磁等效应的经典物理和揭示了原子内部结构及波-粒二象性后的近代物理。
在经典物理时期, 化学与物理之间曾有过一种约定俗成的分工, 其要点是化学要追究物质的组成, 而物理在研究中则需回避物质组成的变化。 双方居然取得了种瓜得瓜、种豆得豆的效果 ：迷恋于追究物质组成的化学在19世纪中建成了原子-分子论, 发现和合成了众多化合物, 揭示了元素周期系和碳的价键四面体向以及关于结构与性能关联等规律, 对物质世界的认识大为开扩和深入, 并为资源的开发和利用提供了科学依据。
但化学学科当时若要再深入一步就需要迎接外来的契机了。 幸好摆弄热、光、声、电、磁等效应的经典物理也取得了累累成果，为机、电和仪表工业等的奠立提供了理论基础，并从19世纪末起终于在揭示原子的内部结构和波-粒二象性后将牛顿力学上升到量子力学, 并为科技的研究和开发提供了一系列新手段。
近代物理对化学的进一步发展, 不论在实验和理论上都提供了新的起点。 X射线等电磁波以及同位素和放射性等的广泛应用是这个新时期的重要标志。 X射线衍射“喧宾夺主”, 成为测定结构的主要方法。 在原子结合成分子的层次上, 牛顿力学无能为力, 正好需要量子力学，量子化学应运而起。
生物化学之崛起
生命科学是从现象到本质研究生命的学科, 它的核心是生物学, 包括农学和医学等学科。
生物学在19世纪后半期中接连出现了三大突破性发现, 它们是 : 进化论(达尔文, 1859) ; 细胞学说(魏尔啸,1860)和遗传定律(孟德尔,1865和德符里斯, 1990)。 它们抓住了生命和有关现象中最普遍和最特征的事物, 为生物学奠立了学科框架。 但生物学要在此基础上进一步发展, 特别是要揭示更多的共性和本质, 极大限度地消除其神密色彩以及解决农业和医药方面的问题, 就必须从化学来研究生命和生物, 并将认识的层次从细胞深入到分子。 这时, 化学在奠立了原子-分子论后, 又经过了几十年, 已能在分析和合成以及研究分子的结构等方面都有了长足的进展。 比起1828年韦勒从氰酸铵制取尿素的工作, 水平和意义已不可同日而语。 这样就从有机化学中开辟了生物化学研究方向, 并逐渐形成了生物化学学科。 它是将生物学引向分子水平的先驱学科。
现选列与本文内容密切相关的生物化学重大成果如下 : E· 费希尔 (1907) 奠立蛋白质化学; A. Todd (1944) 奠立核酸化学; O.T. 艾弗里 (1944) 确定基因的载体是DNA, 而不是蛋白质; A.J.P. 马丁和R.L.M. 辛格 (1944) 发展出纸色层分析技术; E· 夏尔加夫(1950) 得出DNA中胸腺嘧啶(A)与腺嘌呤(T)和胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的等分子数关系以及F· 桑格 (1953) 测定胰岛素中各种氨基酸残基的定量组成, 并进一步测定其顺序。
生物化学研究了动物、植物以及微生物等各种生命形态的化学特征，发现了形形色色的生物具有令人惊异的共性。 生物体的基本单位是细胞, 而构成不同形态生命的细胞具有极为相似的分子设计。
化学的使命和传统
借助于近代物理, 化学得以如虎添翼般地迅速发展, 与物理成为能充分交流和合作的学科伙伴, 而进入了分子水平前后的生物学也为化学学科提供了更多更能充分发挥其作用的问题。 化学学科的核心任务仍然是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构和性能以及相互之间的转化。 物质在分子水平上相互转化的过程称为化学过程。 生命过程以及极大部分制取物资和材料的过程都是化学过程。 难怪国外有人这样估计化学在今后25年中的成就 : 除了继续培育化学的核心学科外, 化学家还将揭示生物学中的很多奥密, 并创造出具有神奇性能的新物质。
国外对化学还有一种甚嚣尘上的提法, 说化学是一门中心科学, 它与社会各方面的需要有关。 而从学科之间的地位来看, 化学也确实处在一个多边关系的中心。 但我们也不会对国内另一种说法听而不闻 : 物理学以物质的运动为其研究对象, 从而其他学科与物理可以统称为物理科学。 化学之所谓中心地位当渊源于它突出物质及其转化的传统。 实际上, 物质和运动是一个统一体的两个侧面: 既无不进行运动之物质, 当更无不依附于物质的运动。 这样, 物质和运动理当分别属于化学和物理。 因此, 比较合理的提法显然是 : 化学和物理合在一起在自然科学中形成一个轴心。
化学学科的传统工作方式是从整理天然产物和耕耘元素周期系来发现和创造新物质并进行积累的, 然后为各种用途筛选出合适的物质。 从化学发展水平不断提高以及也面临着不断更新的需求来看, 化学学科的发展如果局限在这种模式上, 未免有点作茧自缚。 首先可以考虑, 工作能否逆向而行, 即根据所需性能来设计结构, 再来进行合成。 其次, 目光不要只盯在单个分子或化合物上, 而要把视野扩大到复杂体系上。 化学要多致力于贯通性能、结构和制备三者之间关系的理论。今后它也当更多地注意生物和工程技术性能, 而不要只考虑分离和表征组分的性能。 化学应该多提倡这种可以归之为分子工程学的工作模式。
生物学之进入分子水平
生物化学的研究已经带动生物学走向分子水平。 而在1950-1960年的十年中,作为生物学进入分子水平的最后一关, 蛋白质和核酸高级结构问题的研究陆续取得了突破, 使关于生命过程以及生物大分子功能的认识开始从知其然向知其所以然发展, 推动生命科学进入了分子水平, 并使分子生物学得以确立。 生命过程几乎没有不在生物大分子的参与下进行的。
提出或测定生物大分子高级结构从而对其功能作出说明的先驱工作有 : 鲍林和科里提出蛋白质的α螺旋模型(1951); 沃森和克里克提出DNA双螺旋结构(1953) ; 佩鲁茨和肯德鲁测定血红和肌红蛋白的晶体结构(1960); 飞利普斯测定溶菌酶的晶体结构(1965)以及利普斯孔姆测定羧肽酶A的晶体结构(1967); 等等。 其中以DNA双螺旋结构的意义最为重大。
蛋白质的晶体结构让我们体会到, 蛋白质分子在执行其功能时很像是一台分子机器。
分子水平确实给予了生命科学不可限量的活力和前景。
DNA双螺旋模型及其发现
这个发现是奠立分子生物学的主力。
DNA双螺旋模型是两条通过氢键结合起来的互补DNA链; 这是两条互补的DNA链通过它们之间一对对配对的有机碱分子之间的氢键所形成的双螺旋。
沃森曾将DNA双螺旋模型的发现过程写成《双螺旋》一书。 书中谈到这个过程颇带传奇性。 他当时认为: 我们既已明确DNA是与遗传有关的物质, 那么知道了DNA的结构, 当对遗传机制的了解必有助益; 而鲍林既已为蛋白质得出其二级结构, 我们为什么不把他的方法应用到DNA上去呢? 沃森这个很有心机的想法或信念可能正是他最后取得DNA双螺旋模型的成功之母。 为蛋白质得出α-螺旋模型的鲍林最早体会到氢键在生命现象中是一个具有无比重要性的结构因素。 他也为生物大分子总结出一整套价键和氢健的键长和键角等定量立体化学参数。 沃森肯定是在这个基础上继往开来的。
沃森和克利克还有幸从伦敦国王学院的威尔金斯那里看到富兰克林女士(Rosalind Franklin)所摄的DNA纤维衍射图。 这又是决定他们成败的一个重要机遇, 因为这个衍射图足以启示, DNA具有双螺旋结构, 而且磷酸根当在螺旋的外侧。 这已经朝着他们的目标又接近了一大步。 真是机会不负有心人, 还有其他机遇在文献中等着他们呢。 E· 夏尔加夫在前不久(1950)发表了一个关于DNA中四种有机碱组成的工作。 这个工作指出, DNA中有机碱A与T和C与G是等分子数的。
他们1953年终于在这些前人工作的基础上提出了DNA双螺旋结构模型。 富兰克林的衍射图和夏尔加夫的分析结果, 是提出这个模型的必要而充分的科学基础。 这个双螺旋结构模型既需要满足定量立体化学的要求, 还必须体现夏尔加夫得出的A与T和C与G的等分子数关系。 这个模型中两个螺旋的内侧正好只能容纳两个通过氢键结合起来的配对有机碱分子如A与T或C与G。 正如沃森预言的那样, 结构模型一经得出就泄露了遗传机制。 模型在无言中告诉我们: 遗传信息体现在以有机碱为字母拼出的文字中; 两条互补的DNA链成为互相复制的模板。
对化学学科未来之展望
化学学科的核心任务或今后的长远努力方向, 大体上可归纳为三个方面:
(1) 开展化学反应的基础研究, 以利开发新化学过程和揭示规律; (2) 揭示组成-结构-性能之间的关系和有关规律, 以利设计分子或结构从而创造新物质; (3) 利用新技术和新原理强化分析和测试方法的威力, 使化学工作的耳目趋于灵敏和可靠。
展望今后化学将一如既往, 积极参与材料科学和分子生物学的发展。 这两个学科与化学都处在原子、分子层次上, 可以分享相当部分的原理和方法学, 而且涉及的是信息、通信以及健康、福利等新兴产业。 在最近20年中, 新物质的创制确实也是十分可观的, 其中最为突出的是一系列高Tc超导氧化物以及以C60为代表的富勒烯类物。 分子筛和金属有机物的合成化学也有值得注目的进展。 最近对纳米科技的呼声很高。 这可能也是创造具有神奇性能新物质的一个途径。 当前，基因总谱的工作接近完成，后续的蛋白总谱当可为化学提供更多的机会。 这是揭示生物学中很多奥秘的好机会。
化学在能源和环境产业中也大有可为。 环境问题在较大程度上也与能源结构密切相关。 当前的能源结构是不可能持续很久的。 利用太阳能发电和制氢以及开发新化学能源已是当务之急。
生命过程在本质上是化学过程, 但我们所熟悉的体外化学过程一般还远非生命过程那样平易而有效。 我们还需要为化学合成开发出像生命过程中的酶那么高效的催化剂。 酶分子简直是一台分子机器。 估计化学迟早也会掌握如何为某些化学过程开发出分子机器般的催化剂。 我们也不可无视化学在生命以外的化学过程中的优势。 在非生命化学过程中, 温度和压力等实验条件以及化学元素组成不像在生命过程中那么局限, 而且几乎是完全没有限制的。 化学学科有时还要懂得“临渊羡鱼, 不如退而结网”的道理。
(据《科学时报》)

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化学的萌芽
　　 各种试剂瓶与试管
古时候，原始人类为了他们的生存，在与自然界的种种灾难进行抗争中，发现和利用了火。原始人类从用火之时开始，由野蛮进入文明，同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。（火的发现和利用，改善了人类生存的条件，并使人类变得聪明而强大。）掌握了火以后，人类开始食用熟食；继而人类又陆续发现了一些物质的变化，如发现在翠绿色的孔雀石等铜...

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化学的萌芽
　　 各种试剂瓶与试管
古时候，原始人类为了他们的生存，在与自然界的种种灾难进行抗争中，发现和利用了火。原始人类从用火之时开始，由野蛮进入文明，同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。（火的发现和利用，改善了人类生存的条件，并使人类变得聪明而强大。）掌握了火以后，人类开始食用熟食；继而人类又陆续发现了一些物质的变化，如发现在翠绿色的孔雀石等铜矿石上面燃烧炭火，会有红色的铜生成。这样，人类在逐步了解和利用这些物质的变化的过程中，制得了对人类具有使用价值的产品。人类逐步学会了制陶、冶炼；以后又懂得了酿造、染色等等。这些有天然物质加工改造而成的制品，成为古代文明的标志。在这些生产实践的基础上，萌发了古代化学知识。 　　古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类，并企图追溯其本原及其变化规律。公元前4世纪或更早，中国提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的，而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。此说法是朴素的唯物主义自然观，用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说为中国炼丹术的理论基础之一。 　　公元前4世纪，希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想，即为物质结构及其变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术，到了公元前2世纪的秦汉时代，炼丹术已颇为盛行，大致在公元7世纪传到阿拉伯国家，与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术，阿拉伯炼丹术于中世纪传入欧洲，形成欧洲炼金术，后逐步演进为近代的化学。 　　炼丹术的指导思想是深信物质能转化，试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药。他们有目的的将各类物质搭配烧炼，进行实验。为此涉及了研究物质变化用的各类器皿，如升华器、蒸馏器、研钵等，也创造了各种实验方法，如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等。 　　与此同时，进一步分类研究了各种物质的性质，特别是相互反应的性能。这些都为近代化学的产生奠定了基础，许多器具和方法经过改进后，仍然在今天的化学实验中沿用。炼丹家在实验过程中发明了火药，发现了若干元素，制成了某些合金，还制出和提纯了许多化合物，这些成果我们至今仍在利用。
编辑本段化学的飞跃和化学学科的形成
　　16世纪开始，欧洲工业生产蓬勃兴起，推动了医药化学和冶金化学的创立和发展，使炼金术转向生活和实际应用，继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后，通过对燃烧现象的精密实验研究，建立了科学的氧化理论和质量守恒定律，随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，为化学进一步科学的发展奠定了基础。 　　1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期，使化学沿着正确的轨道发展。19世纪初，英国化学家道尔顿提出近代原子学说，突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征，其中量的概念的引入，是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释，成为说明化学现象的统一理论。接着意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念。自从用原子-分子论来研究化学，化学才真正被确立为一门科学。这一时期，建立了不少化学基本定律。俄国化学家门捷列夫发现元素周期律，德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论，这些都使化学成为一门系统的科学，也为现代化学的发展奠定了基础。 　　通过对矿物的分析，发现了许多新元素，加上对原子分子学说的实验验证，经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体，以及分子的不对称性等等的发现，导致有机化学结构理论的建立，使人们对分子本质的认识更加深入，并奠定了有机化学的基础。 　　1 9世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生，把化学从理论上提高到一个新的水平。 　　二十世纪的化学是一门建立在实验基础上的科学，实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后，由于受到自然科学其他学科发展的影响，并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法，化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展，而且在理论方面取得了许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。 　　近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用，对现代化学的发展起了很大的推动作用。19世纪末，电子、X射线和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。 　　在结构化学方面，由于电子的发现开始并确立的现代的有核原子模型，不仅丰富和深化了对元素周期表的认识，而且发展了分子理论。应用量子力学研究分子结构，产生了量子化学。 　　从氢分子结构的研究开始，逐步揭示了化学键的本质，先后创立了价键理论、分子轨道理论和佩位场理论。化学反应理论也随着深入到微观境界。应用X射线作为研究物质结构的新分析手段，可以洞察物质的晶体化学结构。测定化学立体结构的衍射方法，有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法。其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多。 　　研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等，与计算机联用后，积累大量物质结构与性能相关的资料，正由经验向理论发展。电子显微镜放大倍数不断提高，人们以可直接观察分子的结构。 　　经典的元素学说由于放射性的发现而产生深刻的变革。从放射性衰变理论的创立、同位素的发现到人工核反应和核裂变的实现、氘的发现、中子和正电子及其它基本粒子的发现，不仅是人类的认识深入到亚原子层次，而且创立了相应的实验方法和理论；不仅实现了古代炼丹家转变元素的思想，而且改变了人的宇宙观。 　　作为20世纪的时代标志，人类开始掌握和使用核能。放射化学和核化学等分支学科相继产生，并迅速发展；同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生。元素周期表扩充了，已有109号元素，并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”。与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作，都在不断补充和更新元素的观念。 　　在化学反应理论方面，由于对分子结构和化学键的认识的提高，经典的、统计的反应理论以进一步深化，在过渡态理论建立后，逐渐向微观的反应理论发展，用分子轨道理论研究微观的反应机理，并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论。分子束、激光和等离子技术的应用，使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实，从而化学动力学已有可能从经典的、统计的宏观动力学深入到单个分子或原子水平的微观反应动力学。 　　计算机技术的发展，使得分子、电子结构和化学反映的量子化学计算、化学统计、化学模式识别，以及大规模术技的处理和综合等方面，都得到较大的进展，有的已经逐步进入化学教育之中。关于催化作用的研究，以提出了各种模型和理论，从无机催化进入有机催化和增物催化，开始从分子微观结构和尺寸的角度核生物物理有机化学的角度，来研究酶类的作用和酶类的结构与其功能的关系。 　　分析方法和手段是化学研究的基本方法和手段。一方面，经典的成分和组成分析方法仍在不断改进，分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量；另一方面，发展初许多新的分析方法，可深入到进行结构分析，构象测定，同位素测定，各种活泼中间体如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等的直接测定，以及对短寿命亚稳态分子的检测等。分离技术也不断革新，离子交换、膜技术、色谱法等等。 　　合成各种物质，是化学研究的目的之一。在无机合成方面，首先合成的是氨。氨的合成不仅开创了无机合成工业，而且带动了催化化学，发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物。 　　在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下，各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较大发展。稀有气体化合物的合成成功又向化学家提出了新的挑战，需要对零族元素的化学性质重新加以研究。无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科。 　　酚醛树脂的合成，开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成，使高分子的概念得到广泛的确认。后来，高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进，使高分子化学得以迅速发展。 　　各种高分子材料合成和应用，为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术，以及人们衣食住行各方面，提供了多种性能优异而成本较低的重要材料，成为现代物质文明的重要标志。高分子工业发展为化学工业的重要支柱。
20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展，许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决，还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂，在此基础上，精细有机合成，特别是在不对称合成方面取得了很大进展。 　　一方面，合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物；另一方面，合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物。这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用；为合成有高度生物活性的物质，并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等，提供了有利的条件。 　　20世纪以来，化学发展的趋势可以归纳为：由宏观向微观、由定性向定量、由稳定态向亚稳定态发展，由经验逐渐上升到理论，再用于指导设计和开创新的研究。一方面，为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料；另一方面，在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科，并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。

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