化学前沿报告.doc

化学前沿报告化学前沿这门课让我领略了化学的力量与魅力，学到了一些新的知识，这是课本和课堂上所学不到的，使我对化学有了全新的了解，加深了我学习化学的兴趣。下面介绍一下我对一些化学前沿的现状以及我的理解：一、量子化学它是现代化学科学的理论基础。近30多年来，量子化学的发展呈现出一个很有希望的趋势。这就是量子力学和化学实践的进一步结合。这种结合反映在量子化学的基础研究中具有下列特点，即为解决复杂的化学反应理论问题，而运用的都是简单的模型，尽量不依赖那些高深的数学运算。它们均以简单分子轨道理论为基础，力求提出新概念、新思想和新方法，使之能在更加广泛的范围中普遍适用。例如，“前线轨道”、“等瓣类似”等概念的提出已经显示出重大的意义。多粒子体系问题的处理方法也在不断深入探索。其中密度矩阵理论、多级微扰理论以及运用格林函数方法的传播子理论等则是当前精确求解多粒子体系薛定谔方程的几条值得重视的途径。量子力学和化学的结合，不仅在化学键理论、多体理论、计算方法的理论等量子化学基础研究方面不断取得进展，而且在量子化学的应用研究方面，即在把量子化学的理论与化学实际中的一些重大应用课题相结合方面展现出广阔的发展前景。这主要突出表现在合成具有指定性能的超导体、染料及其它色料、炸药、催化剂、药物等分子及新材料提供依据上；在光谱、波谱、能谱等各种谱图的解析以及其它精密测定实验的结果分析上；在对化学反应微观机理的研究及反应线路预测上等等。二、化学反应动力学这是一门在诸种因素的具体作用下研究化学反应速率的化学学科。这些因素主要有分子的状态、浓度、压力、介质、表面、空间取向、电磁场等。化学动力学研究的重点是基元反应，因为它是代表真正发生的化学反应的动力学过程的。目前，化学动力学的发展已进入微观层次，分子反应动力学的研究有着远大前景。具体而言，化学动力学大体有以下几个发展方向：（1）量子化学的理论计算将在微观反应动力学研究中承担更重要的角色。随着超大型计算机的发展，量子化学的理论计算可望得到精确结果，进而了解很多简单反应体系的性质。（2）多原子自由基化学性质的深入研究。这方面的研究包括多原子自由基的能量、光谱、反应性和光化学。（3）激光在促进化学反应方面将得到更有效的利用。激光技术最近较显著的进步是真空紫外激光的发展。利用激光有选择地打断分子内某个化学键，这个前景很有吸引力。有朝一日，也许可通过电子跃迁的途径来实现“分子裁剪”的科学幻想。此外，把激光和分子束技术相结合，有可能进行非常精细的工作，例如能研究原子轨道和分子空间定向的反应等。三、合成化学与催化科学化学合成是化学研究的基本实验方法。从1828年德国化学家维勒以无机物合成出简单有机物尿素到当代合成维生素B12、红霉素等复杂化合物，化学合成有了一个极大的飞跃，业已形成一门系统化和应用性相当强的合成化学学科。如今，化学合成正在向“分子设计”这个战略目标进军。所谓“分子设计”，即是按预定性能要求设计新型分子，并按科学理论计算得出的合成路线，运用各种手段与技巧把它合成出来，如同造房设计、服装设计那样。这样，分子设计可以从根本上改变化学中传统的“配方炒菜”式的落后方法，从而为材料科学等开辟出众多新的方向（诸如高分子设计、药物设计、催化剂设计及合金设计等）。要实现化学合成的重大突破其关键在于设计新反应途径，有效控制化学反应性能。如今，在下列诸方面颇引人关注：一是实施无机和有机的交叉，即将研究新无机物的方法应用于有机合成。二是精心设计合成像沸石一样具有优良性质的新型固体，由此导致出现新的半导体以及用于电池和具有记忆功能的固体离子材料、磁性材料。三是发展光助化学，选择光助反应途径，其特点是借助“人工光合作用”模拟天然光合作用并将其推广为一种全新的反应途径，从而为化学合成提供新方法。四，也是最引人关注的是把研制催化剂从技艺变为科学，即加强对化学催化作用的基础理论研究，致力于在分子水平上理解催化过程。这必将有助于新的催化体系的开拓和催化剂分子设计成效的提高。四、现代分析化学它基于仪器分析，加上数学的渗入和电子计算机的应用，呈现出日新月异的发展势头。有以下特点：从传统化学分析到仪器物理化学分析；从单组分的分步分析到多组分的同步分析；从组成分析到结构分析；从常微量分析到超微量分析；从静态分析到动态分析；从间接分析到直接分析；从近距离分析到远距离分析；从破坏性分析到保护性分析；从单一手段到多种手段配合（联用）的多功能分析；从手工到自动化分析和数据处理等。从现代分析化学的整体看，上述十个方面是互补的，并不是后者完全取代前者，而是实现辩证的综合。这样，可使现代分析化学具有全面的功能，既能适应现代科学研究向微观和宏观两个不同方面深入发展的大趋势，又能满足材料化学、环境化学、生命化学等综合性及应用性较强的化学前沿发展的需要。五、生命过程的化学在该领域有两个既具有科学远景又富有哲学意义的研究方向：其一是生命起源的化学途径；其二是生命中发生的分子反应。早在一个世纪以前，恩格斯曾预言：“生命起源必然是通过化学途径实现的。”今天，化学的巨大进步已经可以用自然科学的材料证明：这条化学途径确实是存在的。它大体上可概括为由原子分子生物大分子原始生命的这样一个“化学进化”过程。其中，原始生命的诞生可以认为是化学进化最后阶段的产物，也是生物进化的发端。但这里的必然性尚未能在实验上得到最后的证实。科学家们当前正在借助化学、物理的方法进行攻关。70年代初量子生物化学的诞生就是一个标志。它将为揭示生命诞生的奥秘而不断作出新贡献。研究生命中发生的分子反应，对于发展基础自然科学和应用于人体保健、动物保护和农业等方面的前景远大。一批具有革命性意义的生物学问题，现在需要由化学提供的分子相互作用来分析。其中化学振荡、受体-底物相互作用及膜与方向性化学等就是属于这类问题。以化学振荡来说，它是指化学反应的一种周期性变化。这种周期性变化表现在浓度、体积、颜色、发光度等方面。这是一种化学系统中的结构有序和功能有序。比利时科学家普里戈金首先指出，这种化学振荡是种“耗散结构”，即是种不可逆化学反应在远离平衡态下进行时所呈现的有序行为（又称之谓“化学不稳定性”）。这种有序行为需要反应体系是个开放体系，也就是需要不断地与外界交换物质和能量才能维持。而这种“化学不稳定性”的概念与目前生物化学过程里研究的那一类化学反应是基本一致的。可见，化学振荡反应的研究可以导致人们对出现于生物系统中的周期性现象有更深刻的认识。显然，这对生命本质研究的深化是颇有意义的。六、宇宙化学与星际化学这是两个以浩翰宇宙为研究背景的化学前沿领域。宇宙化学主要探讨元素的起源和形成以及它们在宇宙中的性质和行为。通过这种研究已经和将要进一步促使化学家从地球迈向宇宙空间。星际化学是个只有十几年历史的新兴化学边缘学科。它所依据的事实是在巨大的星际空间天然反应室里所发生的化学反应。研究这些反应可弄清至今所了解的化学定律能否推广到银河系以至整个宇宙间。可见，星际化学的诞生必将促进化学同天文学的结合和发展，并以探索宇宙物质的演变、生命的起源以及外星文明开辟新的途径。综上所述，现代化学在理论研究和实际应用方面都处在急剧变革与迅猛发展之中。这种变革和发展鲜明地反映在化学前沿的各个领域，并在整体上呈现出如下趋势与特点：从宏观的唯象认识深入到微观的理论了解，从定性的描述进入到定量的说明，从对物质的静态认识跨进到对反应的动态研究，以及从纯粹的化学学科发展出一批综合的边缘学科化学发展史的五个时期自从有了人类，化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火，用火烧煮食物，烧制陶器，冶炼青铜器和铁器，都是化学技术的应用。正是这些应用，极大地促进了当时社会生产力的发展，成为人类进步的标志。今天，化学作为一门基础学科，在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。面对生命科学、材料科学、信息科学等其他学科迅速发展的挑战和人类对认识和改造自然提出的新要求，化学在不断地创造出新的物质和品种来满足人民的物质文化生活，造福国家，造福人