化学的发展现状与展望.doc

南 京 师 范 大 学研 究 生 课 程 学 习 考 试 成 绩 单（试卷封面）院 系化学与材料科学学院专 业分析化学研究生姓名王坤学 号111102026课 程 名 称化学学科现状与发展授 课 时 间2011学年度 1 学期周学时3学分2简要评语考 核 论 题化学学科发展现状与前景展望总评成绩（含平时成绩）备注任课教师签名： 批 改 日 期：注：1、以撰写论文为考核形式的，填写此表，综合考试可不填；2、本成绩单由任课教师填写，填好后与作业（试卷）一并送院（系）研究生秘书处；3、学位课总评成绩须以百分制记分。化学学科发展现状与前景展望 如果说生活是月夜的一片夜空，那么，化学就是这静谧夜空中无数星辰，点缀着天空的每一个角落；如果说生活是山顶的一棵大树，那么，化学就是这棵大树下营养的土壤，滋润着大树的每一寸肌肤；如果说生活是一艘前进的轮船，那么，化学就是这艘轮船内能量的源泉，支持着轮船的每一次航行。可以说，生活处处有化学。 随着生活水平的提高，人们越来越追求健康、高品位的生活，化学与生活的联系也日趋密切。化学是一门基础自然科学,它是人类认识世界、改造世界的锐利武器。只要你留心观察、用心思考，就会发现生活中的化学知识到处可见。人类的生活离不开衣、食、住、行。而衣、食、住、行又离不开物质。在这些物质中，有的是天然存在的，比如我们喝的水、呼吸的空气；有的是由天然物质改造而成的，如我们吃的酱油、喝的酒，是由粮食加工和经过化学处理得到的。更多的物质不是天然生成的，而是用化学方法由人工合成的，如化肥、农药、塑料、合成橡胶、合成纤维等。它们形形色色、无所不在，使人类社会的物质生活更加丰富多彩。放眼四顾，我们都会看到各种各样的化学变化、五光十色的化学现象。一、化学是承上启下的中心科学 在今天，人们在谈论科学的发展时指出，“这将是一个生命科学和信息科学的世纪”，那么究竟“化学还有什么用呢？”。 诚如诺贝尔化学奖获得者H. W. Kroto在回答这个问题时所述，“正是因为21世纪是生命科学和信息科学的世纪，所以化学才更为重要”，这是因为化学是一门承上启下、渗透于各种新兴交叉学科的中心科学。 化学作为一门研究物质相互作用的科学，其目标是认识物质的结构性能关系，开发新的反应和合成技术，提供具有各种功能的材料，这就决定了化学的“中心科学”地位，其在人类认识世界、改造世界中的作用是无可替代的。试想，如果没有合成材料和技术的发展，提供不了高性能的材料，人类探索宇宙奥秘的各种方案何以实施？我们的“神七”又何以能遨游苍穹呢？又比如，没有半导体芯片和光刻技术的不断发展，能有今天的计算机吗？同样，没有化学分析、分离技术的发展，今天的基因组序列解秘恐怕也只能是一个愿望而己。 二、化学是社会和经济发展迫切需要的实用科学 化学已经渗透到国民经济的发展和人民物质文化生活的改善和提高的几乎所有方面，无论是高新尖端技术，还是国民经济发展的各种支柱和支撑产业，还是人们的衣食住行、生活休闲、医疗保健，无不都与化学科学的发展密切相关。科学技术是第一生产力，一项重大的科学发明会彻底改变人类的生活方式，推动社会和经济的迅猛发展。在化学科学的发展进程中，这样的例子比比皆是。被誉为20世纪最重大的发明之一的高压催化合成氨技术，使粮食生产产生了革命性变革，就是一个极其典型的例子。催化科学与技术是化学的重要组成部分，对国民经济的发展越来越起着举足轻重的作用，据统计，我国与催化相关的产品产值超过国民生产总值的20。高分子科学的发展给人类社会带来的影响是大家最容易直接感受得到的。从人们每天接触到的各类塑料、合成纤维到越来越多运用于各类建筑的轻型结构材料，以至各种尖端技术中使用的特种材料，无不可以看到化学的贡献。这里不妨提到一个最近的例子，正是由于新型高分子薄膜材料及其多层膜形成技术的研发成功，才使得举世称誉的“水立方”游泳馆的设计得以实现，为2008年北京奥运会添了彩。为了提供具有各种功能的材料，合成化学研究无可争辩地成为化学研究的核心内容之一。每年有几十万种的新化合物产生，而且正以几何级数的比例在增长；组合化学等新分支学科的发展必将为材料科学研究、新药开发等诸多领域带来更加繁花如锦的局面。纳米科学与技术的发展已经而且必将对科学的发展和经济建设作出巨大的贡献。 三、未来的发展1、寻求结构多样性的研究与功能面对日益增长的各种功能分子和材料的需要，合成化学在研究内容、目标和思路上也要有较大的改变。在未来一段时期，随着各个领域对于各种功能的。分子和材料的需要迅速增加，合成化学将要开拓若干新领域。寻求结构复杂性和多样性的目标结构应该包含高级结构，因此合成化学既研究传统的分子合成化学， 也应研究高级结构，特别是高级有序结构的构筑学（Tectonics）。高级结构是以分子间弱相互作用为基础的。因此，与合成分子为目的的合成化学有所不同，高级结构是由结构单元分子组合成的，有时也可能在合成分子的时候，生成的分子自组合而成的。研究这两方面的可能性都有广阔的发展前景。2、加强复杂化学体系的研究 化学界最早涉及复杂性的研究可以举出三个里程碑：化学震荡的时空表现的机理研究；Prigogin非平衡态热力学；Williams提出的解释生物大分子和细胞参与的化学过程的模型。他们的工作说明一点：化学过程的宏观与微观复杂性都可以通过实验做定量研究，并用化学理论加以解释的。这包括对系统、结构、过程和状态四个方面的复杂性研究。从系统来说，复杂性具有多组分、多反应和多物种的特征；结构复杂性的特征主要是多层次的有序高级结构，而过程的复杂性指复杂系统参与化学反应时所表现的过程。复杂过程由时空有序的受控的一系列事件构成；状态变化的复杂性又是过程复杂性的表现。这些特点在生物和无生物系统中广泛存在，在工农业生产和医疗、环境等等领域中也无处不是。研究复杂系统的化学过程有普遍意义。在这里要加强化学中的尺度效应和多尺度化学过程的研究。复杂体系的多层次结构研究。其中复杂体系的多层次结构研究，内容涉及实验和理论研究包括表面结构、内结构、形状、斑纹等与性能的关系，分子聚集体和凝聚态以及生物体系的高级结构形成与功能的关系，复杂过程的跟踪分析，过程理论研究，多反应过程动力学解析等。3、重视化学信息学和高效计算机信息处理在化学中的应用今天信息技术使我们从信息大山中快速挖掘功能化合物和解决问题的基本数据成为可能。与化学反应和化学过程衔接的化学信息学近年来开始受到人们的重视。化学反应以及化学过程的热力学和动力学信息库包括范围很广。除去基本化学反应之外应该包括诸如在土壤、大气、水体、生物体内的反应资料。比如环境物质及其反应的信息库是研究物质在环境中的来源、去向、停留时间的基本数据。化工过程的计算机模拟和仿真都需要这些资料。4、新实验方法的建立和方法学的研究测试和分析是人们获得各种物质的化学组成和结构信息的必要手段。它渗透到化学的各个学科，并对环境科学、材料科学、生命科学、能源、医疗卫生的发展具有十分重要的作用。从现在学科发展趋势和实际应用看，研究复杂体系的结构和变化过程需要方法。如生命体系和生态环境体系在结构上是非常复杂的，而且结构和性质的变化也是复杂的。首当其冲的是发展新的研究思路、研究方法以及相关技术，以便从各个层次研究分子的结构、性质和变化。在生态环境中往往有种类繁多、形态复杂、性质各异、含量极微的化学物质或活性化合物。这些化合物的相互作用错综复杂，既有线性变化，也有非线性变化，或介乎于线性与非线性之间的变化；既有化学变化，也有生物变化。要对这些微乎其微的物质组成和含量进行分析和检测，要对其复杂的结构或形态、生物活性及其动态变化过程等进行有效和灵敏的追踪或监测，就必需充分利用并大力发展现代分析科学方法和检测技术。为此，应该注意建立时间、空间（能够分辨作用位点和变化位点）的动态、原位、实时跟踪监测技术。要发展研究各层次结构和各个尺度的物质的物理化学特性的测试技术。为了适应各种复杂混合物（如中药复方、天然水、食物、生物材料等）成分分析的需要，今后要研究分离-活性检测联机技术，以实现高效高选择性的分离、高灵敏度分析鉴定和结构分析与功能筛选一体化的技术。为了研究复杂系统的真实情况不能单单靠分析测定的方法和仪器，必须充分注意总结和建立新分析原理，特别是建立自己的方法学。5、跟踪、分析、模拟化学反应过程化学有三个基本武器：用分析手段测定物质的组成和结构；用合成手段制造物质；用对化学过程的认识去控制化学过程。在生活、生产、环境、气象等现实问题中，化学过程随时随地地会遇到过程问题。化学反应过程也是人类与环境相互作用的基础。目前，现代科学技术的发展使我们有可能阐明基元化学反应的全过程，包括介于反应物与生成物之间的不稳定结构排列。化学将会利用现代科学技术手段揭示化学变化的瞬态面貌，及时地观察最快的化学反应过程和其中的各种效应，阐明决定化学反应速度的各种因素和各种反应机理。对于实验结果的理论处理能够在最接近实际的水平(态态)上考察化学变化，追踪分子内和分子间的能量转移，最终建立和勾画出基元反应的真实历程。但是更多的过程是相对慢的过程，而且在真实系统和实际问题中可能极快的反应和极慢的过程互为因果或互相牵制。这在生命系统和环境系统中是不可回避的对象。小到细胞大到环境，都会遇到因为瞬间的突变（ 物质的和能量的）引起极快的反应，这些第一批反应经过传递、放大又引起了更多的慢反应，反应之间的交错构成一个引发因子早已不存在之后相当长时间内继续进行的极慢过程。建筑和工程与环境物质与能量的相互作用导致的腐蚀和损坏也是一个极慢的过程。但是其中每分每秒都在进行着快反应。这些现象中出现的事件都是以化学反应为基础的，以反应间的相互作用为基本特征的。随着人们对自然科学规律认识的不断发展，在揭示化学事件的产生和相互作用方面正朝着更加接近实际的方向发展。四、化学学科的挑战和机遇 目前日益严重的是能源危机、环境问题，因此国际上特别关注化石资源的高效利用和可持续发展；能源的综合有效利用和节能减排；人类健康和生命的保障；环境保护等等问题。现在化学界普遍认为：化学工程学科领域，应该充分发挥化学过程工程的优势，全面提高石油等化石资源的转化率和高效地利用并对生物能源、太阳能等新能源的发展予以展望；同时应该大力发展产品工程学科，更深层次满足人类需求来设计过程、设计产品、设计结构，变过去满足大规模流程工业的需求，为今后注重产品工程学科的内涵建设，为国民经济的发展做出贡献。党中央顺应民心，尊重科学，及时提出在全面建设小康社会和社会主义和谐社会的伟大进程中，必须始终坚持以人为本的科学发展观，实现可持续发展的战略方针和宏伟目标。这一伟大号召既为化学科学的发展指明了方向，提出了新的挑战，更为化学科学的发展提供了更大的机遇和用武之地。 比如，