化学学科发展与前沿

1、化学学科发展与前沿 摘 要：化学是一门在分子和原子水平上研究物质的性质、组成、结构、变化、制备及其应用，以及物质间相互作用关系的科学。化学与人类的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等几乎所有的方面都有密切的联系。随着科学与社会的持续进步，无论是科学发展本身，还是在社会与经济发展以及人类生活质量的持续改善和提升中，化学都起着不可或缺的重要作用。本文就化学学科发展及化学发展前沿做简单论述。 关键字：化学、发展、前沿、生活1、化学学科发展1.1近代化学的发展 近代化学的发展是以古代时期自然科学的形成和发展为基础的。在古代时期,化学发展的特点是以“实用”为主,人们在

2、实践中,利用自然界的丰富资源,创造出很多实用美观的陶器、瓷器和玻璃器皿,在不同阶段,发明了不同水平的金属冶炼、酿造、染色、造纸和火药等,与此同时,各国的思想家面对千变万化的自然界,都企图提出一定的理论观点,给予合理的解释。到了17世纪中期,即自然科学的近代发展时期,在以往积累事实和经验的基础上,化学开始了形成独立基础学科的过程,逐步发展出一系列的概念、定律和理论,并从多方面展开,建立起无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等重要的分支学科,具备了较丰富的实验基础和理论基础。独立学科形成期涵盖的时间大约从17世纪中期至18世纪中期,这个时期发生的重大事件可简述为元素概念的建立、化学燃素说的建立及

3、传播、气体化学的建立及发展、拉瓦锡氧化说的提出等,这个发展时期化学被确立为科学,表明化学从自然科学母体中分离出来,完成了混沌中的分化,宣告了化学本体的诞生。独立学科发展期涵盖的时间大约在18世纪中晚期至19世纪90年代中期,该时期又可细分为三个发展时段：无机化学形成时段、有机化学形成时段和物理化学形成时段,这三个时段的发生和实行有先有后,并存有交叉。1.2现代化学的发展 到了20世纪,化学进入了现代发展时期。现代化学的发展与近代化学相比有其相似之处,首先在从近代化学向现代化学发展的过渡期与现代化学形成期,化学仍是以分化的方式在发展，这表现在原子结构理论建立与核化学的产生、量子化学的建立和结构化

4、学的发展、分析化学独立分支学科的形成及发展、现代有机化学与高分子化学的形成、无机固体化学的形成、物理化学的发展、生物化学的形成及发展等方面。在上述进步与发展中,最令人瞩目的是原子结构理论与量子化学的建立及结构化学的发展,因为它们打开了微观世界的大门,使化学研究从宏观领域进入了微观领域,这是现代化学区别于近代化学的一个最重要,也是最根本的标志;其次是分析化学独立分支学科的形成,尤其是光谱分析与电化学分析的产生标志着仪器分析作为一种分析手段进入化学研究领域,从而极大地提升了分析化学在化学科学中的地位和作用,与量子化学及结构化学的现代理论一起,使化学研究从定性描述走向定量分析,这是化学发展的又一次飞

5、跃,是现代化学区别于近代化学的又一个重要标志。2、化学发展前沿说到化学前沿，不得不提当今社会各界共同关心的环境、能源、材料、生命四大热门话题。能够说能源、新材料、生物技术、信息技术一起构成了文明社会的四大支柱，它们是推动社会发展和经济进步的主要物质基础，这些技术的每次进步都带动了人类社会的发展。2.1环境方面自化学诞生以来，已为人类理解物质世界做出了巨大的贡献，推动了人类文明进步。不过化学在提供大量工业产品满足人们日益增长的物质文化需要的同时，也在较大水准上污染着人类赖以生存的环境，消耗着大量的非再生资源。在为环境问题寻求解决之道的过程中，绿色化学迅速发展起来，它能够从根本上防止污染。如今绿色

6、化学理念已经成为化学家和化学工程师遵循的行动指南。近年来，人们把绿色化学的观点进一步发展成为“绿色与可持续化学”，绿色理念已逐渐成为化学工作者的伦理原则。而我国的可持续发展及环境治理根本在于树立“绿色理念”，用绿色技术来改造社会矛盾，用绿色制度监督社会运行，多管齐下，才能立竿见影。2.2能源方面进入新世纪以来!随着能源危机的警报持续地拉响，人类迫切需要开发新的能源。在这种背景下，从“曼哈顿”计划中诞生的原子弹开启了人类对核能的开发和利用，核能以其得天独厚的优势引起了人们广泛的注重。不过2011年4月的“福岛事件”再次提醒人类必须要谨慎对待这把双刃剑。在使用核能的同时，必须提升核伦理意识，保障以

7、安全发展为核心，强调人类主体的责任性，将核能的使用引领到为人类谋福利的正途上，使得核能成为一种真正的清洁能源。可燃冰的开发。可燃冰学名天然气水合物，即水合甲烷，是甲烷包在水分子中在特殊条件下形成的透明结晶体。它无色透明，看起来像冰，能够燃烧，所以人们形象地叫它可燃冰。可燃冰燃烧产生的能量比同等条件下，煤、石油、天然气产生的都多得多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油、天然气等要小得多。我们不难想象，当解决了天然气水合物的开发技术后，我们能用经济有效的手段获取天然气水合物中的甲烷，那么它就可能取代其他日益减少的化石能源，成为一种主要的能源类型。我们期待着在我国以可燃冰来代替

8、传统能源，全面开发和利用“可燃冰”的那一天早日到来。2.3材料方面随着时代的不断发展，人类所使用的材料也由简到繁，由少到多。人类从石器时代走来，经历了上千年的风风雨雨，人类使用的器具也由石器到青铜，再到铁器.慢慢地，到现在使用的许多高品质的化学材料。不光在我们的生活中，在当今世界的许多高科技领域，材料的品质和发展得到了极大的重视和进步，其中处于当前研究前沿并收到科学界、工业界广泛关注的，主要有纳米材料、先进陶瓷材料等。 化学家致力于合成、表征、制造、构建材料。在不同的尺度上，从纳米水平的分子、亚微米尺度的聚合物和电子器件，到大尺度结构的陶瓷和水泥，化学家均在开展材料研究工作。在这一方面，纳米材

9、料和纳米技术的运用，使材料化学的发展进入了一个全新阶段。纳米技术使人类改造自然的能力直接延伸到原子和分子，引发了一场认知的革命，开辟了人类认识世界的新层次，实现了生产方式的质的飞跃，预示着人类社会的思维方式和实践方式的深刻变革。结构陶瓷是一类非常先进的陶瓷，它具有强劲的机械、热、化学等效能，甚至会比许多合金与聚合物还要优异，结构陶瓷可以将高强度、高硬度、耐高温高压、耐磨损、抗腐蚀等众多优异性能集于一身，这是合金与聚合物做不到的。结构陶瓷主要在军事、航天、机械领域有着重要的作用。生物陶瓷目前主要用于人体硬组织的修复，它在人体中具有极佳的亲和性，因为生物陶瓷和骨组织的化学组成比较接近，将其成功植入

10、后随着陶瓷的降解，新骨长成，所以这是今后医学上硬组织修复上的上乘之选。功能陶瓷因为其在电、磁、光、热、力学上优良的转换能力而广泛运用在信息技术和计算机技术之中。如：压电、热敏、光敏、气敏、湿敏陶瓷等。2.4生命方面生物化学工程是化学工程的主要前沿领域之一，生物化学工程的任务是将生命科学研究中的发现转化为实际的产品过程或系统，以满足社会需要。自从人类耕种作物以来，我们的祖先就从未停止过作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的选择和利用，通过随机和自然的方式来积累优良基因。而遗传学的创立及后来转基因技术的发展在很大程度上解决了这一重大难题。进行优良基因的重组和外源基因的导入而实现遗传改良，是我们目前化学研究的主要前沿。这样既缩短了培育农作物的时间又提高了生产效率和经济效益。如：各种各样的转基因食品、药品相继的出现。克隆技术，是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”，已经逐渐应用于植物学、动物学和医学等方面，是基因工程最基本的一种研究手段。总之，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