化学的过去、现在与将来

1、化学的过去、现在与将来化学的过去、现在与将来广州大学广州大学 学科前沿讲座系列之一学科前沿讲座系列之一第一节第一节 化学的演变化学的演变What is chemistry?Chemistry is about making forms of matter that have never existed before. Jack Baldrim 化学学科的定义化学学科的定义 化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门科学。性质及其变化规律的一门科学。 化学学科的特性化学学科的特性 化学是自然科学中的化学是自然科学中的核心基础

2、学科核心基础学科 基础研究、实用性、创造性基础研究、实用性、创造性一、古代化学行为一、古代化学行为1、在亚历山大时期，化学以炼金术的原始形在亚历山大时期，化学以炼金术的原始形 式出现式出现 公元公元3000多年前，人们就懂得从矿石中提取金属多年前，人们就懂得从矿石中提取金属 如：公元前如：公元前3000年，发现了金、银、铜；年，发现了金、银、铜； 公元前公元前2500年，人们懂得冶炼青铜、铅和铁年，人们懂得冶炼青铜、铅和铁 公元前公元前1500年，发现了汞。年，发现了汞。 火的发明是人类第一次伟大的化学实践。火的发明是人类第一次伟大的化学实践。 大约大约5000-11000年前，中国人就会制作

3、陶器年前，中国人就会制作陶器3000多年前的商朝已经有非常精美的青铜器多年前的商朝已经有非常精美的青铜器 造纸，磁器，火药更是中国文明对化学的贡献造纸，磁器，火药更是中国文明对化学的贡献 在十六，十七世纪时，中国是世界上最先进的在十六，十七世纪时，中国是世界上最先进的国家国家 “化学化学”二字我国在二字我国在1856年开始使用年开始使用中国古代化学的发展中国古代化学的发展 古代化学发展的另一种原始形式：古代化学发展的另一种原始形式： 染色、玻璃和肥皂制造技术带动了化学的发展。染色、玻璃和肥皂制造技术带动了化学的发展。 据我国周礼的记载：当时已设立专官据我国周礼的记载：当时已设立专官“染人染人”

4、、“醯人醯人”，管理染色、制酒和制醋的工作。管理染色、制酒和制醋的工作。 公元公元770-780年就已有关于烧酒的记载，我们掌握蒸馏手段年就已有关于烧酒的记载，我们掌握蒸馏手段也比欧洲早一百多年。也比欧洲早一百多年。 古希腊哲学家亚里士多德的元素学说：古希腊哲学家亚里士多德的元素学说： 物质都是由水、土、火、气四个元素相互转化而成。物质都是由水、土、火、气四个元素相互转化而成。 由于埃及古老的矿石开采和冶炼技术发达，及元素理论的由于埃及古老的矿石开采和冶炼技术发达，及元素理论的出现，产生了炼金术出现，产生了炼金术认为贱金属可以转变为贵金属。认为贱金属可以转变为贵金属。 铅可以转变成胡粉铅可以转

5、变成胡粉, 胡粉又可以转变为铅：胡粉又可以转变为铅：PbCO3Pb(OH)22PbHg + SHgS2. 炼金术的出现炼金术的出现图图:1 现代化学家的祖先现代化学家的祖先-Alchemist汞可以转变为朱砂，朱砂又汞可以转变为朱砂，朱砂又可以转变成为汞：可以转变成为汞： 由此推断：铅可以变成金（荒谬）由此推断：铅可以变成金（荒谬） 2、炼金术、炼丹术则被称为近代化学的先驱炼金术、炼丹术则被称为近代化学的先驱 1717世纪炼金术开始向实用的医药化学和工艺化世纪炼金术开始向实用的医药化学和工艺化学方面发展，化学从此成为一门真正独立的科学。学方面发展，化学从此成为一门真正独立的科学。1805年，由

6、鸦片内取得第一个生物碱年，由鸦片内取得第一个生物碱吗啡吗啡。3、从天然有机物质到纯物质的转化、从天然有机物质到纯物质的转化 人类使用有机物质虽已有很长的历史，但是对纯物质的认识人类使用有机物质虽已有很长的历史，但是对纯物质的认识和取得却是比较近代的事情，直到十八世纪末期，才开始由动和取得却是比较近代的事情，直到十八世纪末期，才开始由动 植物取得一系列较纯的有机物质。植物取得一系列较纯的有机物质。1773年年 首次由尿内提取得到尿素。首次由尿内提取得到尿素。1769年年 从葡萄汁内取得酒石酸；从葡萄汁内取得酒石酸； 从柠檬汁内取得柠檬酸；从柠檬汁内取得柠檬酸； 由尿内取得尿酸；由尿内取得尿酸；

7、从酸牛奶内取得乳酸。从酸牛奶内取得乳酸。二、二、18世纪的化学世纪的化学 化学是化学是18世纪末才真正出现世纪末才真正出现1、拉瓦锡和化学革命、拉瓦锡和化学革命 拉瓦锡拉瓦锡（A.L.Lavoiser,1743-1794) A.L.Lavoiser,1743-1794) 世界著名世界著名的化学家，的化学家，17681768年（年（2525岁）被选为法国科学院院士岁）被选为法国科学院院士. . 系统地重复了前人和同时代人的实验，用氧化系统地重复了前人和同时代人的实验，用氧化燃烧学说进行严格合乎逻辑的解释，批判了旧的化燃烧学说进行严格合乎逻辑的解释，批判了旧的化学理论，建立了新的化学理论和化学术语

8、。学理论，建立了新的化学理论和化学术语。 17891789年出版的年出版的化学基本教程化学基本教程一书，其重要一书，其重要性可与牛顿的性可与牛顿的自然哲学之数学原理自然哲学之数学原理、达尔文的、达尔文的物种起源物种起源相提并论相提并论“氧化燃烧学说氧化燃烧学说”主要观点：主要观点： (1)、燃烧时，均有火或光放出；、燃烧时，均有火或光放出； (2)、物体只能在纯粹空气（氧气）中燃烧；、物体只能在纯粹空气（氧气）中燃烧； (3)、燃烧时，有、燃烧时，有“纯粹空气的破坏或分解纯粹空气的破坏或分解”，燃烧物，燃烧物体体 的增重精确等于的增重精确等于“被破坏或分解被破坏或分解”的空气的空气的重量；的重

9、量； (4)、已燃物质通常变为酸，但金属则变为残烬。、已燃物质通常变为酸，但金属则变为残烬。在这本名著中，拉瓦锡首次阐述了在这本名著中，拉瓦锡首次阐述了物质不灭定律物质不灭定律。“物质虽然能够变化，但是不能消失或凭空产生物质虽然能够变化，但是不能消失或凭空产生” 。并用数学的形式，严格地表达了物质不灭定律。并用数学的形式，严格地表达了物质不灭定律。 化学开始了从化学开始了从以收集材料为特征的定性描述阶段以收集材料为特征的定性描述阶段逐渐过渡逐渐过渡到到以整理材料、寻找化学变化规律为特征的理论概括阶段以整理材料、寻找化学变化规律为特征的理论概括阶段。 定量分析方法的广泛使用，进而归纳出了化学中的

10、一些定量分析方法的广泛使用，进而归纳出了化学中的一些实验基本规律：实验基本规律： 质量守恒定律、质量守恒定律、 当量定律、当量定律、 定组成定律等定组成定律等2、新的化学理论与当时开始的工业革命恰好吻合新的化学理论与当时开始的工业革命恰好吻合 纺织工业的发展、纺织品的加工以及肥皂工业、纺织工业的发展、纺织品的加工以及肥皂工业、玻璃制造工业的发展，原有陈旧的作坊式化学产品玻璃制造工业的发展，原有陈旧的作坊式化学产品加工已无法满足当时工业化的大发展。加工已无法满足当时工业化的大发展。 如：硫酸（如：硫酸（H2SO4) 当时主要用作纺织品的加工，以及制造纯碱当时主要用作纺织品的加工，以及制造纯碱（N

11、a2CO3)和烧碱的原料；主要生产方式是在一个和烧碱的原料；主要生产方式是在一个铅丝捆住的木箱中，把硫磺、硝石、水混合制得：铅丝捆住的木箱中，把硫磺、硝石、水混合制得：S + NaNO3+ H2OH2SO4 碱工业的发展：碱工业的发展： 碳酸钠是制造玻璃、肥皂的主要化工原料，碳酸钠是制造玻璃、肥皂的主要化工原料，旧的生产工艺是将海草燃烧获得，仅仅是一种含旧的生产工艺是将海草燃烧获得，仅仅是一种含碳酸钠的草木灰。碳酸钠的草木灰。 1790年，新的碳酸钠生产工艺引入化学工业年，新的碳酸钠生产工艺引入化学工业; 首先将通用盐（首先将通用盐（NaCl）转变成硫酸盐，再将）转变成硫酸盐，再将硫酸盐转变成

12、含有木炭、白粉尘的碳酸钠粗品。硫酸盐转变成含有木炭、白粉尘的碳酸钠粗品。三、三、19世纪末的化学世纪末的化学 化学在化学在19世纪已获得了实质的进步和发展世纪已获得了实质的进步和发展 主要包括：主要包括： （1）元素周期表的发现）元素周期表的发现 （2）通过化学合成手段获得有机化合物）通过化学合成手段获得有机化合物 （3）化学工业的建立）化学工业的建立1807年，道尔顿年，道尔顿(1766年年-1844年年)创立了近代科学原子论，并创立了近代科学原子论，并在在1840年发展成为年发展成为原子原子- -分子论分子论道尔顿原子论其基本要点：道尔顿原子论其基本要点： 元素由非常微小、看不见的、不可再

13、分割的原子组成；元素由非常微小、看不见的、不可再分割的原子组成； 原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；持自己原有的性质； 同一种元素的原子的形状、质量及性质相同，而不同元素的原予的形状、同一种元素的原子的形状、质量及性质相同，而不同元素的原予的形状、质量及性质则各不相同，原子的质量是元素最基本的特征；质量及性质则各不相同，原子的质量是元素最基本的特征； 化合物的原子称为复杂原子，它的质量为所含各种元素原子质量之总和。化合物的原子称为复杂原子，它的质量为所含各种元素原子质量之总和。以氢的原子

14、质量为以氢的原子质量为1 1作标准，发表了包括作标准，发表了包括2020种元素的相对原子量表。种元素的相对原子量表。1、 近代原子论的创立近代原子论的创立2、 元素周期表的发现元素周期表的发现 俄国化学家门捷列夫俄国化学家门捷列夫（.，18341907)以各元素的原子量作为元素的基本特性，以各元素的原子量作为元素的基本特性，考察原子量与元素性质间的相互关系，于考察原子量与元素性质间的相互关系，于1869年发表了第一张元素周期表。年发表了第一张元素周期表。 1871年，门捷列夫对元素周期表作了重要年，门捷列夫对元素周期表作了重要修改，提出了第二张元素周期表（见表修改，提出了第二张元素周期表（见表

15、1）。）。19世纪世纪60年代，化学家已经发现了年代，化学家已经发现了60多种元素。多种元素。门捷列夫门捷列夫1871年发表的元素周期表年发表的元素周期表（见表（见表1） 列列I族族R2OII族族ROIII族族R2O3IV族族RH4RO2V族族RH3R2O5VI族族RH2RO3VII族族RHR2O7VIII族族RO41H=12Li=7Be=9.4B=11C=12N=14O=16F=193Na=23Mg=24Al=27.3Si=28P=31S=32Cl=35.54K=39Ca=40-=44Ti=48V=51Cr=52Mn=55Fe=56,Co=59Ni=59,Cu=635（Cu=63） Zn=6

16、5-=68-=72As=75Se=78Br=806Rb=85 Sr=87？Yt=88Zr=90Nb=94Mo=96- -=100 Ru=104，Rh=1047（Ag=108） Cd=112In=113Sn=118Sb=122Te=125 J=127 8Cs=133 Ba=137？D=138？Ce=140 9（-） 10？Er=178 ？La=180Ta=182W=184 Os=195，Ir=19711Au=199Hg=200Tl=204Pb=207Bi=20812Th=231U=240 门捷列夫元素周期表的启迪门捷列夫元素周期表的启迪 门捷列夫先后预言的十几种未知元素，都在实验中被证实，门捷列

17、夫先后预言的十几种未知元素，都在实验中被证实，这充分显示了科学预见的巨大作用。这充分显示了科学预见的巨大作用。 1869年，门捷列夫提出第一张元素周期表，并根据周期律修年，门捷列夫提出第一张元素周期表，并根据周期律修正了铟正了铟(In)、铀、铀(U)、钍、钍(Th)、铯、铯(Cs)等等9种元素的原子量；种元素的原子量； 预言了三种新元素及特性，并暂取名为类铝、类硼、类硅。预言了三种新元素及特性，并暂取名为类铝、类硼、类硅。 1871年发现的镓年发现的镓(Ga，原子量，原子量69.72)、 1880年发现的钪年发现的钪(Sc, 原子量原子量44.96)、 1886年发现的锗年发现的锗(Ge, 原

18、子量原子量72.59)。这些新元素的原子量、密度和物理化学性质都与门捷列夫的预这些新元素的原子量、密度和物理化学性质都与门捷列夫的预言惊人地相符，周期律的正确性由此得到了举世公认。言惊人地相符，周期律的正确性由此得到了举世公认。20世纪末最新的元素周期表世纪末最新的元素周期表 3、有机化学的兴起、有机化学的兴起 通过化学合成手段获得有机化合物通过化学合成手段获得有机化合物 19世纪初，化学的另一次重大革命是有机世纪初，化学的另一次重大革命是有机物可以通过化学合成方法得到。物可以通过化学合成方法得到。 在元素周期律发现后，有机化学却被生命力在元素周期律发现后，有机化学却被生命力论（论（Vital

19、ism)统治着。生命力论认为，有机物质统治着。生命力论认为，有机物质只能靠生命力在动植物有机体内产生，而不能在只能靠生命力在动植物有机体内产生，而不能在实验室或工厂里由无机物质化学合成获取。实验室或工厂里由无机物质化学合成获取。 1828年，德国化学家年，德国化学家 F.Whler（18001882) 首次用无机物氰酸铵人工合成了有机物尿素：首次用无机物氰酸铵人工合成了有机物尿素： 氰酸铵氰酸铵 尿素尿素 宣告了有机界和无机界是相通的，这是有机化宣告了有机界和无机界是相通的，这是有机化学发展过程中的一大突破。学发展过程中的一大突破。 以后又相继合成了有机酸类、油脂类、糖类等以后又相继合成了有机

20、酸类、油脂类、糖类等NH4OCNH2N C=OHNHH2NCONH2 1850-1900 1850-1900年，成千上万的药品、染料从煤焦油里合成出来。年，成千上万的药品、染料从煤焦油里合成出来。当时，有机化学可以说是煤焦油的合成时代。当时，有机化学可以说是煤焦油的合成时代。 化学学科的出现化学学科的出现 19世纪末，化学已出现了明确的专业划世纪末，化学已出现了明确的专业划分，建立了化学的四个分支学科和完整化学分，建立了化学的四个分支学科和完整化学经典理论体系。经典理论体系。 化学的分支学科：化学的分支学科：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学无机化学、分析化学、有机化学、物理化学现代化学的

21、学科分类化学无机化学物理化学高分子化学有机化学分析化学配位化学生物无机化学无机合成有机合成有机分析金属有机化学分析仪器分析结构化学化学热力学化学动力学电化学高分子合成高分子物理高分子加工环境化学大气环境化学水环境化学土壤环境化学 4、化学工业的建立、化学工业的建立 19世纪中期，化学工业出现了较快的发展世纪中期，化学工业出现了较快的发展 各大化学工业公司的建立，制得纺织工业急需各大化学工业公司的建立，制得纺织工业急需 的合成染料；的合成染料； 1870年，碳酸钠的新工业路线进入工业化生年，碳酸钠的新工业路线进入工业化生 产，由苏尔布法取代了吕布兰法；产，由苏尔布法取代了吕布兰法； 1841年，

22、查尔斯年，查尔斯歌德发明了橡胶硫化工艺，并歌德发明了橡胶硫化工艺，并 且生产出橡胶新品种硫化橡胶；且生产出橡胶新品种硫化橡胶； 加斯特加斯特克列利用电解方法生产氯气和烧碱。克列利用电解方法生产氯气和烧碱。1919世纪化学家的遗憾世纪化学家的遗憾 尽管尽管19世纪的化学家作出了如此惊人的成世纪的化学家作出了如此惊人的成就，然而，他们对化学界的认识仍然是极为有限就，然而，他们对化学界的认识仍然是极为有限的，对各个元素的原子结构、包括原子核和电子的，对各个元素的原子结构、包括原子核和电子的运动规律不了解，因此也对元素周期律缺乏实的运动规律不了解，因此也对元素周期律缺乏实际的了解，不知道什么是化学键，

23、也不了解化学际的了解，不知道什么是化学键，也不了解化学反应的机理，没有高分子化学，也没有磺胺药物反应的机理，没有高分子化学，也没有磺胺药物和化学肥料，当然更没有现代物理分析技术。和化学肥料，当然更没有现代物理分析技术。四、四、20世纪的化学世纪的化学 现代化学的发展现代化学的发展 最近，美国化学会主席最近，美国化学会主席Ranald Breslow在在谈论化学中提出：谈论化学中提出： “化学是一门趋于中心地位、实用而富有化学是一门趋于中心地位、实用而富有创造性的科学创造性的科学”。 Calls chemistry :“The central,useful and creative scienc

24、e ” .1.基础研究的重大突破基础研究的重大突破 2020世纪是人类历史上科学技术发展最为辉煌的时世纪是人类历史上科学技术发展最为辉煌的时 代。无论在深度还是广度上，都大大超过代。无论在深度还是广度上，都大大超过1919世纪世纪 所取得的成就，也远远超过过去几千年的总和。所取得的成就，也远远超过过去几千年的总和。从从19011901年开始在世界范围评选诺贝尔化学奖以来到年开始在世界范围评选诺贝尔化学奖以来到20012001年颁奖，应年颁奖，应该有该有101101届了。实际只颁发届了。实际只颁发了了9696届（见附表届（见附表1 1）。）。9696届的诺贝尔化学奖中以二级学科区分，大致如下：届

25、的诺贝尔化学奖中以二级学科区分，大致如下： 无机化学无机化学1414项；项； 有机化学有机化学3434项；项； 物理化学物理化学2626项；项； 高分子化学高分子化学5 5项；项； 生物化学生物化学1111项；项； 分析化学分析化学6 6项。项。1、基础研究的重大突破、基础研究的重大突破 19012000年各届诺贝尔化学奖的获奖情况年各届诺贝尔化学奖的获奖情况(见表见表3)：得奖年份得奖年份获奖者获奖者国籍国籍获奖时年龄（岁）获奖时年龄（岁）获奖成就获奖成就1999A.H.Zewail美国美国53飞妙激光技术研究超快化学反应过程和过渡态飞妙激光技术研究超快化学反应过程和过渡态1998W.Koh

26、nJ.A.Pople美国美国英国英国7573发展了电子密度泛函数理论发展了电子密度泛函数理论发展了量子化学计算方法发展了量子化学计算方法1997J.SkouP.BoyerJ.Walker丹麦丹麦美国美国英国英国797956发现了维持细胞中钠离子和钾离子浓度平衡的酶，发现了维持细胞中钠离子和钾离子浓度平衡的酶，并阐明其作用机理并阐明其作用机理发现了能量分子三磷酸腺苷的形成过程发现了能量分子三磷酸腺苷的形成过程1996R.F.CurlR.E.SmalleyH.W.Kroto美国美国美国美国英国英国585357发现发现60C1995M.MolonaS.RowlandP.Crutzen墨西哥墨西哥美国

27、美国荷兰荷兰526862研究大气环境化学，特别在臭氧的形成和分解研究方研究大气环境化学，特别在臭氧的形成和分解研究方面作出的贡献面作出的贡献1994G.A.Olah美国美国67碳正离子化学的研究碳正离子化学的研究1993M.SmithK.B.Mullis加拿大加拿大美国美国6148寡聚核苷酸定点诱变基因工程的贡献寡聚核苷酸定点诱变基因工程的贡献多聚酶链式反应技术对基因工程的贡献多聚酶链式反应技术对基因工程的贡献1992R.A. Marcus美国美国69电子转移反应理论电子转移反应理论1991R.R.Ernst瑞士瑞士58高分辨核磁共振谱法的发展高分辨核磁共振谱法的发展1990E.J.Corey

28、美国美国62有机合成的逆合成分析法有机合成的逆合成分析法1989T.CechS.Altman美国美国美国美国4150Ribozyme（核糖核酸酶）的发现（核糖核酸酶）的发现1988J.DeisenhogerH.MichelR.Huber德国德国德国德国德国德国454051测定了细菌光合反应中心膜蛋白色素复合体的三维测定了细菌光合反应中心膜蛋白色素复合体的三维结构，为光化反应作出的贡献结构，为光化反应作出的贡献1987C.J.PedersenD.J.CramJ-M.Lehn美国美国美国美国法国法国836848开创主客体化学，超分子化学，冠醚化学等新领域开创主客体化学，超分子化学，冠醚化学等新领域

29、1986李远哲李远哲D.R.HerschbachJ.Karle美籍华人美籍华人美国美国加拿大加拿大505455发展了交叉分子束技术，红外线化学发光方法，对微观反应动力发展了交叉分子束技术，红外线化学发光方法，对微观反应动力学研究作出的贡献学研究作出的贡献1985H.A.HauptmanJ.Karle美国美国美国美国6867发明了发明了X射线衍射确定晶体结构的直接计算方法，为分子晶体射线衍射确定晶体结构的直接计算方法，为分子晶体结构测定方法作出的贡献结构测定方法作出的贡献1984R.B.Merrifield美国美国63发明了固相多肽合成法发明了固相多肽合成法1983H.Taube美籍加美籍加拿大

30、人拿大人68在金属配位化合物电子转移反应机理研究中作出的贡献在金属配位化合物电子转移反应机理研究中作出的贡献1982A.Klug英国英国56创造了创造了“象重组象重组”技术，揭示了病毒核细胞内重要遗传物质的结技术，揭示了病毒核细胞内重要遗传物质的结构构得奖年份得奖年份获奖者获奖者国籍国籍获奖时年龄（岁）获奖时年龄（岁）获奖成就获奖成就1981Kenich Fukui日本日本美国美国6344提出前线轨道理论提出前线轨道理论提出分子轨道对称守恒理论提出分子轨道对称守恒理论1980P.BergF.SangerW.Gilbert美国美国英国英国美国美国546248DNA分裂和重组研究，确定分裂和重组研

31、究，确定DNA内核苷酸排列顺序的方法，开内核苷酸排列顺序的方法，开创了现代基因工程学创了现代基因工程学1979H.C.BrownG.Wittig美国美国德国德国6782在有机合成中发展了有机硼、有机磷试剂和反应在有机合成中发展了有机硼、有机磷试剂和反应1978P.Mitchell英国英国58用化学渗透理论研究生物能的用化学渗透理论研究生物能的转换转换1977I.Prigogine比利时比利时60研究非平衡的不可逆过程热力学，提出了消耗结构理论研究非平衡的不可逆过程热力学，提出了消耗结构理论1976W.N.Lipscomb,Jr.美国美国57有机硼化合物的结构研究，发展了结构学说和有机硼化学有机

32、硼化合物的结构研究，发展了结构学说和有机硼化学1975J.W.CornforthV.Prelog英国英国瑞士瑞士5869酶催化反应的立体化学研究酶催化反应的立体化学研究有机分子和反应的立体化学研究有机分子和反应的立体化学研究1974P.J.Flory美国美国64高分子物理化学理论和实验方面的基础研究高分子物理化学理论和实验方面的基础研究1973G.WilkinsonE.O.Fischer英国英国德国德国5245研究二茂铁结构，发展了金属有机化学和配位化学研究二茂铁结构，发展了金属有机化学和配位化学1972C.B.AnfinsenS.MooreW.H.Stein美国美国美国美国美国美国56596

33、1研究核糖核酸酶分子结构和催化反应活性中心研究核糖核酸酶分子结构和催化反应活性中心1971G.Herzberg加拿大加拿大67分子光谱学和自由电子结构的研究分子光谱学和自由电子结构的研究1970L.F.Leloir阿根廷阿根廷64在糖生物合成中发现了糖核苷酸的作用在糖生物合成中发现了糖核苷酸的作用1969D.H.R.BartonO.Hassel英国英国挪威挪威5172发展分子空间构象概念分析及其在化学中的应用发展分子空间构象概念分析及其在化学中的应用1968L.Onsager美国65不可逆过程热力学研究1967M.EigenR.G.W.NorrishG.Porter德国德国英国英国英国英国40

34、7047用驰豫法、闪光光解法研究快速化学反应用驰豫法、闪光光解法研究快速化学反应1966R.S.Mnlliken美国美国70创立了分子轨道理论，阐明了分子共价键本质和电子结构创立了分子轨道理论，阐明了分子共价键本质和电子结构1965R.B.Woodward美国美国48在天然有机化合物的合成方面作出重大贡献在天然有机化合物的合成方面作出重大贡献1964D.C.Hodgkin英国英国54重要生物大分子的结构测定重要生物大分子的结构测定1963K. ZiegleG. Natta德国德国意大利意大利7060发明了发明了Ziegler-Natta催化剂，首次合成了定向有规高聚物催化剂，首次合成了定向有规

35、高聚物1962M.F.PerutzJ.C.Kendrew英国英国英国英国4845研究蛋白质结构的杰出贡献研究蛋白质结构的杰出贡献1961M.Calvin美国美国50研究植物中研究植物中CO2进行光合作用进行光合作用得奖年份得奖年份获奖者获奖者国籍国籍获奖时年龄（岁）获奖时年龄（岁）获奖成就获奖成就1960W.F.Libby美国美国52发明了发明了14C测定地质年代的方法测定地质年代的方法1959J.Heyrovsky捷克捷克69发明极谱分析法发明极谱分析法1958F.Sanger英国英国40对蛋白质结构特别是胰岛素结构的测定对蛋白质结构特别是胰岛素结构的测定1957A.Todd英国英国50对核

36、苷酸和核苷酸辅酶的研究对核苷酸和核苷酸辅酶的研究1956C.N.HichelwoodN.Semenov英国英国前苏联前苏联5960对化学反应机理和链式反应的研究对化学反应机理和链式反应的研究1955V.du. Vigeand美国美国54对生物化学上重要含硫化合物的研究，第一次合成多肽激对生物化学上重要含硫化合物的研究，第一次合成多肽激素素1954L.Pauling美国美国53对化学键本质的研究并用于阐明复杂物质的结构对化学键本质的研究并用于阐明复杂物质的结构1953H.Staudinger德国德国72高分子化学方面的杰出贡献高分子化学方面的杰出贡献1952A.J.P.MartinGR.L.M.

37、Synge英国英国英国英国4238发明分配色层分析法发明分配色层分析法1951E.M.McmillanG.Seaborg美国美国美国美国4439发现超铀元素发现超铀元素1950O. DielsK. Alder德国德国德国德国7448发现了双烯合成反应，即发现了双烯合成反应，即Diels-Alder反应反应1949W.F.Giaugus美国美国54对化学热力学特别是超低温下物质性质的研究对化学热力学特别是超低温下物质性质的研究1948A.W.K.Tiselius瑞典瑞典46对电泳和吸附分析的研究，发明了血清蛋白对电泳和吸附分析的研究，发明了血清蛋白1947R.Robinson英国英国61对生物活

38、性的植物成分研究，特别是生物碱的研究对生物活性的植物成分研究，特别是生物碱的研究1946J.B.SumnerJ.H.NorthorpW.M.Stanley美国美国美国555942发现酶的类结晶法分离得到纯的酶和病毒蛋白1945A.J.Virtamen荷兰50发明了饲料贮存保鲜方法，对农业化学和营养化学作出贡献1944O.Hahn德国65发现重核裂变1943G.Heresy匈牙利57利用同位素示踪研究化学反应1939A.F.J.ButenandtL.Ruzicka德国瑞士3652性激素研究聚亚甲基多碳原子大环和多萜烯研究1938R.Kuhn德国38维生素和类胡萝卜素研究1937W.N.Hawor

39、thP.Karrer英国瑞士5448发现了糖类环状结构和合成Vc胡萝卜素、核黄素及维生素A和B2的研究1936P.Debey荷兰32提出了极性分子理论，确定力哦阿分子偶极矩的测定方法得奖年份获奖者国籍获奖时年龄（岁）获奖成就1935F.Joliot-CurieI.Joliot- Curie法国法国3538合成了新的人工放射性元素1934H.C.Urey美国41发现重水和重氢同位素1932J.Langmuir美国51表面化学研究1931C.BoschF.Bergius德国德国5747发明和发展了化学高压法1930H.Fischer德国49血红素和叶绿素的结构研究，合成了高铁血红素1929A.Ha

40、rdenH.von Euler-Chelpin英国法国6456糖的发酵和酶在发酵重作用的研究1928A.Windaus法国52甾醇的结构测定和维生素D3的合成1927H.Wieland德国50发现胆酸及其化学结构1926T.Svedberg瑞士42发明超速离心机并用于高分散胶体物质研究1925R.Zsigmondy德国60对胶体化学研究的卓越贡献1923F.Pregl奥地利奥地利54确定有机化学微量分析方法确定有机化学微量分析方法1922F.W.Aston英国英国45发明了质谱仪，发现了许多非放射性同位素及原子量发明了质谱仪，发现了许多非放射性同位素及原子量的整数规则的整数规则1921F.So

41、ddy英国英国44对放射性化学物质的研究及对同位素起源和性质的研对放射性化学物质的研究及对同位素起源和性质的研究究1920W.Nernst德国德国56热化学研究热化学研究1918F.Haber德国德国50氨的合成氨的合成1915R.Willstater德国德国43对叶绿素和植物色素的研究对叶绿素和植物色素的研究1914Th.Richards美国美国46精密测定了许多元素的原子量精密测定了许多元素的原子量1913A.Werner瑞士瑞士47金色络合物的配位理论金色络合物的配位理论1912V.GrignardP.Sabatier法国法国法国法国4158格林尼亚试剂的发明格林尼亚试剂的发明有机化合物

42、的催化加氢有机化合物的催化加氢1911M.Curie波兰波兰44发现了放射元素钋和镭发现了放射元素钋和镭1910O. Wallach德国德国63对脂环族化合物的开创性研究对脂环族化合物的开创性研究1909W. Ostwald德国德国56催化研究，电化学和化学反应动力学的研究催化研究，电化学和化学反应动力学的研究1908E. Rutherford英国英国37严肃嬗变和放射性物质的化学研究严肃嬗变和放射性物质的化学研究1907E. Buchner德国德国47发发酵的生物化学研究酵的生物化学研究得奖年份得奖年份获奖者获奖者国籍国籍获奖时年龄（岁）获奖时年龄（岁）获奖成就获奖成就1906H. Mois

43、san法国法国54制备单质氟，发展了一系列高温反射电炉制备单质氟，发展了一系列高温反射电炉1905A. von Baeyer德国德国70对有机染料和氢化芳香化合物的研究对有机染料和氢化芳香化合物的研究1904W. Ramsay英国英国52在大气重发现惰性气体，并确定它们在元素周期表中在大气重发现惰性气体，并确定它们在元素周期表中的位置的位置1903S. Arrhenius瑞典瑞典44电离理论电离理论1902E. Fisher德国德国50糖类和嘌呤化合物的合成糖类和嘌呤化合物的合成1901J. H. vant Hoff荷兰荷兰49溶剂中化学动力学定律和渗透压定律溶剂中化学动力学定律和渗透压定律

44、在在100100年中，产生了年中，产生了9292届诺贝尔化学奖，届诺贝尔化学奖，由于战争等原因，有由于战争等原因，有6 6年未评奖（年未评奖（19161916、 19171917、19331933、19401940、19411941、19421942）。）。 诺贝尔化学奖得主的年龄，最老的是诺贝尔化学奖得主的年龄，最老的是19871987年年C.J.Pedersen C.J.Pedersen 为为8383岁，最年轻的是岁，最年轻的是19351935年年 F.J.CurieF.J.Curie为为3535岁，平均年龄岁，平均年龄5555岁。岁。 20世纪化学的重大突破世纪化学的重大突破 主要包括以

45、下五个方面：（1）放射性和铀裂变的重大发现；）放射性和铀裂变的重大发现；（2）化学键和现代量子化学理论；）化学键和现代量子化学理论；（3）创造新分子新结构）创造新分子新结构-合成化学；合成化学；（4）高分子科学与材料；）高分子科学与材料；（5）化学动力学与分子反应动态学。）化学动力学与分子反应动态学。在在101101年中，产生了年中，产生了9595届诺贝尔化学奖，由于战争届诺贝尔化学奖，由于战争等原因，有等原因，有6 6年未评奖（年未评奖（19161916、 19171917、19331933、19401940、19411941、19421942）。）。 诺贝尔化学奖得主的年龄，最老的是诺贝尔

46、化学奖得主的年龄，最老的是19871987年年C.J.Pedersen C.J.Pedersen 为为8383岁，最年轻的是岁，最年轻的是19351935年年 F.J.CurieF.J.Curie为为3535岁，平均年龄约岁，平均年龄约5555岁。岁。 1.1 2004 1.1 2004年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙授予以色列科学家阿龙切哈诺切哈诺沃（沃（5757岁），阿夫拉姆岁），阿夫拉姆赫什科（赫什科（6767岁）和美国科学家欧文岁）和美国科学家欧文罗罗斯（斯（7878岁），以表彰他们发现了岁），以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解泛素调节的蛋白质降解。例如：与人关系最为

47、密切的是与人关系最为密切的是-氨基酸氨基酸。它是构成蛋白质的基本单元。它是构成蛋白质的基本单元。发现发现有有2020多种多种-氨基酸氨基酸，其中有八种是人体所需要的必需氨基酸（即人，其中有八种是人体所需要的必需氨基酸（即人体本身不能合成的氨基酸）。它们是：体本身不能合成的氨基酸）。它们是：(CH3)2CHCHCOOHNH2缬氨酸(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2亮氨酸CH3CH2CHCHCOOHNH2CH3异亮氨酸CH3CHCHCOOHNH2OH苏氨酸CH3SCH2CH2CHCOOHNH2蛋氨酸H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2赖氨酸C6H5CH2CHCOOHNH2苯基丙氨

48、酸NHCH2CHCOOHNH2色氨酸蛋白质是构成包括人类在内的一切生物的基础，近几十年来生物学蛋白质是构成包括人类在内的一切生物的基础，近几十年来生物学家家在解释细胞如何制造蛋白质方面取得了很多进展在解释细胞如何制造蛋白质方面取得了很多进展。科学家关于蛋科学家关于蛋白质如何白质如何“诞生诞生”的研究成果很多，迄今至少有次诺贝尔奖授予的研究成果很多，迄今至少有次诺贝尔奖授予了从事这方面研究的科学家了从事这方面研究的科学家.但却很少有研究人员对蛋白质的降解问题。但却很少有研究人员对蛋白质的降解问题。获获20042004年化学奖的年化学奖的3 3位科学家却独辟蹊径，于上个世纪位科学家却独辟蹊径，于上

49、个世纪8080年代初发现了被调节的蛋白质降解。人的很多疾病就年代初发现了被调节的蛋白质降解。人的很多疾病就是这一降解过程不正常导致的。是这一降解过程不正常导致的。“泛素调节的蛋白质降解泛素调节的蛋白质降解”方面的知识将有助于攻克子宫方面的知识将有助于攻克子宫颈癌等疑难疾病。颈癌等疑难疾病。评委们在现场解释整个理论时，特意用碎纸机将两张完整评委们在现场解释整个理论时，特意用碎纸机将两张完整的彩纸瞬间绞碎，以此比喻细胞好比一个高效的的彩纸瞬间绞碎，以此比喻细胞好比一个高效的“控制站控制站，制造蛋白质但又能在瞬间把某些特定蛋白质，制造蛋白质但又能在瞬间把某些特定蛋白质“降解降解”为碎片。为碎片。1.

50、2 1.2 放射性和铀裂变的重大发现放射性和铀裂变的重大发现正当能量守恒定律被当作正当能量守恒定律被当作1919世纪的三大发现之一而载世纪的三大发现之一而载入史册不久，发生了一场轩然大波入史册不久，发生了一场轩然大波 。放射性的发现放射性的发现 18961896年法国物理学家贝克勒尔年法国物理学家贝克勒尔(1852-1908)(1852-1908) 放射性射线为什么那样厉害呢放射性射线为什么那样厉害呢? ?放射性放射性是某些元素的不稳定原子核自发地放出射线的是某些元素的不稳定原子核自发地放出射线的性质，是原子核进行蜕变的特性。性质，是原子核进行蜕变的特性。天然存在的放射性同位素的放射性称做天然

51、放射性。例天然存在的放射性同位素的放射性称做天然放射性。例如铀的同位素有天然放射性。如铀的同位素有天然放射性。由人工制成的同位素的放射性称做人工放射性。例如氚由人工制成的同位素的放射性称做人工放射性。例如氚有人工放射性有人工放射性( (原子核有一个质子，两个中子。旧称原子核有一个质子，两个中子。旧称“超重氢超重氢”。氢的放射。氢的放射性同位素之一性同位素之一, ,半衰期半衰期12.512.5年年, ,蜕变时放出蜕变时放出射线后形成质量数为三的氦。用中子射线后形成质量数为三的氦。用中子轰击锂可产生氚轰击锂可产生氚) )。放射性现象产生的原因是原子核的蜕变。放射性现象产生的原因是原子核的蜕变。 年

52、轻的波兰姑娘玛丽年轻的波兰姑娘玛丽斯可罗多夫斯卡娅斯可罗多夫斯卡娅( (即居里夫人即居里夫人) )与与她的丈夫皮耶尔她的丈夫皮耶尔居里于居里于18981898年在沥青铀矿中发现了两种新年在沥青铀矿中发现了两种新元素镭和钋，镭和钋能发射出比铀更强的放射性射线。元素镭和钋，镭和钋能发射出比铀更强的放射性射线。1 1克镭在克镭在1 1小时里，就能放出小时里，就能放出140140卡热量，要是让卡热量，要是让1 1克镭把所有的热量都克镭把所有的热量都放出来，竟有放出来，竟有270270亿卡！这么多热量，足以使亿卡！这么多热量，足以使2929吨冰融化成水！吨冰融化成水！1 1克镭只有一片大拇指甲那么大克镭

53、只有一片大拇指甲那么大!“!“镭是永恒的能源镭是永恒的能源!”!”( (有人这么提议有人这么提议) ) “ “什么能量守恒？镭的发现，彻底推翻了能量守恒定律什么能量守恒？镭的发现，彻底推翻了能量守恒定律!”!”新元素镭和钋的发现新元素镭和钋的发现镭产生能量的本质是镭原子的分裂，叫做镭产生能量的本质是镭原子的分裂，叫做“裂变裂变”。它裂变以后，。它裂变以后，变成两个更小的原子：氡原子与氦原子。变成两个更小的原子：氡原子与氦原子。在在720720亿个镭原子中，平均每秒钟有一个原子要分裂，向周围以每秒亿个镭原子中，平均每秒钟有一个原子要分裂，向周围以每秒两万公里的速度射出它的两万公里的速度射出它的“

54、碎片碎片”。镭那不断放出的能量，便是镭原。镭那不断放出的能量，便是镭原子裂变时释放出来的原子能。子裂变时释放出来的原子能。镭并不是什么镭并不是什么“永恒的能源永恒的能源”。随着镭原子的不断裂变，镭放出的。随着镭原子的不断裂变，镭放出的能量也不断减少，也就是说，经过能量也不断减少，也就是说，经过15601560年后，年后，1 1克镭每小时放出的能量克镭每小时放出的能量减少了一半，从减少了一半，从140140卡降到卡降到7070卡；再经过卡；再经过15601560年，又减少了一半，从年，又减少了一半，从7070卡降到卡降到3535卡；然后，又经过卡；然后，又经过15601560年，则减至年，则减至

55、17175 5卡卡 - - 。镭的原子能的发现，并没有推翻能量守恒定律。镭的原子能的发现，并没有推翻能量守恒定律。爱因斯坦的贡献爱因斯坦的贡献 物质不灭定律，说的是物质的物质不灭定律，说的是物质的质量不灭质量不灭。 能量守恒定律，说的是物质的能量守恒定律，说的是物质的能量守恒能量守恒。 在在19051905年，一个年仅年，一个年仅2626岁的德国物理学家接连在德国岁的德国物理学家接连在德国物理学物理学杂志上发表了杂志上发表了5 5篇论文，从一个崭新的高度，揭篇论文，从一个崭新的高度，揭示了物质不灭定律和能量守恒定律的本质及其相互关系。示了物质不灭定律和能量守恒定律的本质及其相互关系。 爱因斯坦

56、认为，物质的质量是惯性的量度，能量是运动爱因斯坦认为，物质的质量是惯性的量度，能量是运动的量度；能量与质量并不是彼此孤立的，而是互相联系的，的量度；能量与质量并不是彼此孤立的，而是互相联系的，不可分割的。不可分割的。 物体质量的改变，会使能量发生相应的改变；而物体能物体质量的改变，会使能量发生相应的改变；而物体能量的改变，也会使质量发生相应的改变，提出了著名的质能量的改变，也会使质量发生相应的改变，提出了著名的质能关系公式：关系公式： E = m cE = m c2 2按照爱因斯坦的理论按照爱因斯坦的理论：把1克温度为0 C的水，加热到100 水吸收了100卡的热量，这时水的质量也也相应增加了

57、。按照质能关系公式计算，1克水的质量增加了0.00000000000465克。利用质能关系公式，能正确地解释了各种原子核反应：利用质能关系公式，能正确地解释了各种原子核反应：氦4，它的原子核是由2个质子和2个中子组成的。照理氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和。实际上，氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少少了0.0302原子质量单位！这是为什么呢？因为当2个氘核（每个氘核都含有1个质子、1个中子）聚合成1个氦4原子核时，释放出大量的原子能。生成1克氦4原子时，大约放出2700000000000焦耳的原子能。正因为这样，氦4原子核的质量减少了。这个例子生动地说明：在这个例子生动地

58、说明：在2 2个氘原子核聚合成个氘原子核聚合成1 1个氦个氦4 4原子核时，似乎质原子核时，似乎质量并不守恒，也就是氦量并不守恒，也就是氦4 4原子核的质量并不等于原子核的质量并不等于2 2个氘核质量之和。然个氘核质量之和。然而，用质能关系公式计算，氦而，用质能关系公式计算，氦4 4原子核失去的质量，恰巧等于因反应时原子核失去的质量，恰巧等于因反应时释放出原子能而减少的质量！释放出原子能而减少的质量！核化学研究中的核化学研究中的6 6项诺贝尔奖项诺贝尔奖2020世纪在能源利用方面一个重大突破是核能的释放和可控利用，仅世纪在能源利用方面一个重大突破是核能的释放和可控利用，仅此领域就产生了此领域就

59、产生了6 6项诺贝尔奖。项诺贝尔奖。 1898 1898年，居里夫妇从大量的沥青铀矿中，经过多次的化学分离和纯年，居里夫妇从大量的沥青铀矿中，经过多次的化学分离和纯化，得到了放射性比铀强化，得到了放射性比铀强400400倍的新的金属元素钋倍的新的金属元素钋，以及比铀的放射性，以及比铀的放射性强强200200多万倍的镭多万倍的镭。为此，居里夫妇荣获了。为此，居里夫妇荣获了19031903年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。 1906 1906年居里不幸遇车祸身亡，居里夫人继续镭的研究和应用，测定了年居里不幸遇车祸身亡，居里夫人继续镭的研究和应用，测定了镭的原子量，建立了镭的放射性标准。镭的原子量，建

60、立了镭的放射性标准。 为了表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射为了表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素的应用方面的贡献，性元素的应用方面的贡献，19111911年她被再次授予诺贝尔化学奖（年她被再次授予诺贝尔化学奖（4444岁）岁）。19081908年，英国人卢瑟福（年，英国人卢瑟福（RutherfordRutherford）从事关于元素衰变和放）从事关于元素衰变和放射性物质的化学研究，射性物质的化学研究，提出了原子的有核结构模型，并提出了放提出了原子的有核结构模型，并提出了放射性元素的衰变理论，研究了人工核反应射性元素的衰变理论，研究了人工核反应