应用化学-绪论

应用化学-绪论为什么学习化学化学解决的问题我吃的是什么我用的是什么我穿的是什么我住的是什么都离不开化学物质！分离鉴定物质化学认识自然界的物质复制合成物质其它认识化学过程实现化学转化变害为利化学是做什么的食品药物环境能源材料生命补钙······化学与生命Zare：只有了解了有关的化学，才能真正了解生命过程Whiteside指出，把计算机装入大脑，好像是神经科学家和电子工程师的事，但是神经元之间的信号传递是靠化学来完成的。

3月28日，美国军方承认在伊拉克战争中使用了贫铀弹，举世哗然。1991年海湾战争中贫铀弹的恶果仍然历历在目。这是一名患白血病的伊拉克小男孩的资料照片，据信他是贫铀弹污染的受害者。

相关链接：数千伊拉克儿童患上贫铀弹怪症数千伊拉克儿童患上贫铀弹怪症

新华社巴格达消息：伊拉克卫生部５日公布一份材料称，伊拉克南部的卡尔巴拉省有2164名不足５周岁的儿童因在1991年爆发的海湾战争中受到贫铀弹的辐射而患皮肤癌和白血病以及其它疑难怪症。这份材料强调，经有关专家的临床化验和治疗证明，这些儿童患的各种疑难怪病确因贫铀弹的辐射和污染所致。材料还指出，海湾战争前的1989年，伊拉克癌症患者仅6555人，但到1997年上升到10937人。

多年来，伊拉克一直强调，伊拉克人口死亡率持续上升与美英在海湾战争中使用贫铀弹有关。

另据来自联合国的消息，根据伊拉克的要求，总部设在日内瓦的世界卫生组织已决定派专家小组前往伊拉克调查多国部队10年前在伊拉克使用贫铀弹所造成的恶果。联合国发展计划署和国际原子能机构日前也宣布，将派专家小组参加上述调查。

返回全球性大气环境问题全球变暖臭氧层遭破坏酸雨危害化学与环境

1992年冬，美国纽约出现22℃高温，创百年纪录；1997年夏，希腊雅典出现罕见持续46℃高温天气；2003年7月，长江中下游地区高温天气持续35天之久。地球出汗了！热（全球变暖）地球为何喊“救命啊”？温室气体增多（主要是CO2）看漫画，试想企鹅在说什么？伞伞破难遮人类破坏了我的阳地球为何喊“好痛”？臭氧层破坏1985年5月，英国南极科考队首次发现，南极上空臭氧层出现了面积接近美国大陆的“臭氧洞”，它深到可以装下珠穆朗玛峰，而且这个洞还在继续扩大。

排放消耗臭氧层的物质（CFC）二臭氧层的破坏及保护思考题：

（1）臭氧层的破坏原因是什么？（2）臭氧层破坏的严重后果有哪些？

（3）保护臭氧层的主要措施是什么？科学家们不仅发现“南极臭氧空洞”现象，而且发现在北美洲、欧洲的大部分地区、西伯利亚、澳大利亚等中纬度地区上空也连续出现臭氧量减少的现象。在我国的青藏高原也发现臭氧浓度大幅度下降现象。居住在智利南端的居民，只要走出家门，就一定要在衣服遮不住的肤面涂上防晒油，再戴上太阳镜，否则半小时后皮肤就被太阳晒成鲜艳的粉红色，并伴有搔痒病。[材料1][材料2]空中的死神天堂的眼泪“雨”中垂钓酸雨危害与防治我国的措施：发展洁净煤技术、清洁燃烧技术等。

排放酸性气体（SO2等）通告本店出售的所有食品不含任何化学物质化学与食品化学-食品染色玉米皮

化学与材料●1945年世界上第一台用电子管装配成的计算机占地170平方米。●计算机芯片是硅(半导体)做的。自然界没有单质硅，化学家把沙子（SiO2）转化为硅（Si），形成了计算机的基石。●

SiO2+2C=Si(粗硅)+2COSi(粗硅)+2Cl2=

SiCl4SiCl4+2H2=Si(纯)+4HCl

化学与材料材料化学组成使用功能非金属材料（如陶瓷）金属材料（如合金）有机高分子材料（如橡胶）复合材料（如多功能）高功能材料（如超导）结构材料（如耐高温）信息材料（如液晶）材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的重要里程碑。没有半导体材料就没有计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生活还会这么丰富多彩吗？材料与化学钛的记忆合金合成橡胶超导合金纳米材料导电塑料现代：高科技——纳米技术扫描隧道显微镜纳米碳管模型足球烯C60分子纳米铜具有超塑延展性铜纳米结晶体机械特性惊人

现代化学材料碳纤维（复合材料）及其制品玻璃纤维增强塑料直径6cm尼龙绳能吊起2t的汽车高分子薄膜的透气鸟笼隔热材料图文：一英军士兵头部中4弹未死

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2003年03月28日14:39新华网原来，是他那顶结实的头盔救了他的命。

沃尔德曼所戴的头盔是这次英军专门为战争打造的，其外层和普通头盔没什么区别，里料则采用的是一种名叫“凯夫拉尔”的特制纤维。该纤维含有高分子聚合塑料，硬度比普通钢铁高40%。质地如此坚硬，能够刀枪不入也就不足为奇了。纺纶纤维织成的防弹衣腈纶信息与化学硅芯片光导纤维液晶屏幕能源与化学太阳能氢能汽车农业与化学化学与生活-纺织品化学

生活科技航天与化学导弹航天飞机宇航员服装航天服由服装、头盔、手套和航天靴等组成。其中结构最复杂的服装由14层组成：最里层是液冷通风服的衬里；衬里外是液冷通风服，这种服装是由尼龙弹性纤维和穿在上面的许多输送冷却液的塑料细管制成；这种航天服属舱内航天服，除了头盔和胶皮手套，整个航天服是用一种特殊的高强度涤纶做成的.为了防止膨胀，宇航服上特制了各种环、拉链、缝纫线以及衬料等。同时，保温、吸汗散湿、防细菌、防幅射等功能也体现在其中。

你知道印刷电路板是如何制造的吗？敷铜板用油漆描出电路图放入FeCl3溶液中浸泡印刷电路板化学方程式为:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2增产粮食（27）DDT合成氨作物套种袁隆平生产化肥，使粮食大量增产

本世纪初世界闻名的德国物理化学家、合成氨的发明者弗里茨·哈伯。赞扬哈伯的人说：他是天使，为人类带来丰收和喜悦，是用空气制造面包的圣人。N2+3H22NH3

高温、高压催化剂请从化学角度说明合成氨反应原理,了解工业合成氨的条件.600℃和2~5×107Pa压力下进行反应，大约可以生成8%的氨改良品种

2001年2月19日，袁隆平被被授予2000年度中国国家最高科学技术奖。这位杂交水稻专家的研究成果，不仅使中国率先在世界上实现“超级稻”目标，还对解决中国乃至全世界的粮食问题具有重大意义。

70年代初，袁隆平发表了水稻有杂交优势的观点，打破了世界性的自花授粉作物育种的禁区。国际上的同行们称袁隆平为“世界杂交水稻之父”。

DDT的故事第二次大战开始后，作为杀虫剂的除虫菊酯由于东南亚被日本占领而断了供应来源。曾经也可以用来制备杀虫剂的砷、铅和铜的化合物，也因为军备和其他军事需要而短缺。但当时英美两国深感杀虫剂的需要。瑞士化学家米勒首先发现具有杀虫性能，1944年后DDT被广泛用作杀虫剂，有效的控制了虫害。米勒因此于1948年获得诺贝尔奖。杀虫剂、除草剂的使用昆虫激素保幼激素——是幼虫始终处于幼虫阶段。不育激素——可以使害虫断子绝孙。性激素——引诱害虫聚集到一起，然后聚而歼之。作物套种，便于光合作用6CO2+6H2OC6H12O6+6O2光照

叶绿素植物光合作用是地球上规模最大的化学反应，能把光能转变成化学能的能量传递效率为90％～98％。

增产粮食生产化肥利用基因工程育种研制杀虫剂、除草剂研究光和作用的机制医学史上的三大经典药物----

阿司匹林、青霉素、安定资料1、1763年，牧师EdwardStone在伦敦皇家学会宣读“关于柳树皮制寒战病的报告”。几乎一个世纪以后，一位苏格兰医生发现这种柳树皮提取物是一种强效的止痛、退热和抗炎消肿药。2、此后不久，有机化学家分离鉴定了其中的活性成分，称之为水杨酸。随后，此化合物便用化学方法大规模生产。COOHOH用途：解热镇痛、防止心脏病发作、减缓老人视力衰退、提高免疫力3、然而在使用过程中，人们发现其酸性成为该药的缺陷:它严重刺激口腔、食道和胃黏膜。（副反应:头痛、眩晕、恶心、耳鸣）4、化学家尝试改用酸性较小的水杨酸钠，但仅获得部分成功。而且，水杨酸钠有一种极不愉快的味道，大多数病人不愿服用。COONaOH水杨酸钠5、化学家后来发明了可行的乙酰水杨酸合成路线，它与水杨酸钠有相同的医疗效果，又没有怪味，刺激性小，这就是阿司匹林。COOHOOCCH3阿司匹林COOHOH青霉素俗名：盘尼西林青霉素的副作用：过敏性休克预防：皮试属于抗生素

——抵抗致病微生物的药物1929年，弗莱明(Flemming)发现了一种蓝绿色霉菌——青霉菌，

1940年分离得到纯品，测定了它的化学结构，并投入工业化合成生产。

专家指出，安定片具有较好的抗焦虑和镇静催眠作用，但连续服用也会有头昏、嗜睡、乏力、幻觉等不良反应，服久了会发生依赖性，一旦停药，还会出现失眠、焦虑、激动、震颤等症状，个别严重的会有惊厥、高热等，甚至危及生命。

安定是世界上最有名的镇静剂发明者:克罗地亚裔的化学家斯特伯奇

化学学科发展艰难曲折——精神财富英国化学家，物理学家波义耳1661年提出化学元素的概念，标志着近代化学的诞生。法国化学家拉瓦锡1771年建立燃烧现象的氧化学说，使近代化学取得了革命性的进展。俄国化学家门捷列夫1869年发现元素周期率，把化学元素及其化合物纳入一个统一的理论体系。英国化学物理学家道尔顿1803年提出原子学说,为近代化学奠定了坚实的基础。阿伏加德罗毕生致力于原子-分子学说的研究。1811年首先引入了“分子”概念，并把它与原子概念相区别,提出阿伏加德罗定律。化学学科发展艰难曲折——精神财富化学家正在做什么21世纪的化学深入研究富勒烯家族性能应用

1985年9月初美国Rice大学Smalley、Koroto

和Curl在氦气流里用激光气化石墨，得到了

C60——碳的第三种同素异形体●具有不同经验和研究目的的科学家，通力合作可以创造出出人意外和迷人的结果！

绝缘体面心立方晶体

导体平面层状结构

面心立方密堆积结构碳

三种同素异形体碱金属参杂于C60后具有超导性1991年Hebard等人首次发现K3C60为超导体（18-19.6K）Tc水银在4.2K时电阻消失温度电阻

超导材料超导临界温度（Tc）：从非超导到超导的转变温度。。超导:某一温度下，材料呈“零电阻”状态。Tc●

超导材料远距离输电则无电阻损耗●

超导线圈可减少发电机能量损失的80%●

超导磁体是磁共振成像的关键部件用于医学诊断●

用于大规模集成电路（超级计算机的未来）●

用于制造磁悬浮列车

日本1979年研制一辆使用了以液氮冷却的超导磁体的磁悬浮列车（时速517km/h）超导材料的应用

1991年日本科学家用电弧放电法制备C60得到的碳炱中发现管状的碳

●

管碳的壁为类石墨二维结构基本上由六元并环构成

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管碳的长度通常只达到纳米级（1nm=10-9m）碳管的三维结构碳管的三维结构●

1997年后曾经有许多研究小组报道过碳管储氢，结果好得令人不敢相信。●

1999年，我国的Hui-MingCheng（材料科学家）等在《Science》286期第1127页上发表了一篇引起轰动的文章称：在室温、100个大气压下，纳米碳管里储存了达4.2%

(质量)的氢气，碳氢原子比为2：1。在室温下将压力降低到常压，80%的氢便释放出来，再稍微加热，其余的氢也放了出来。此文数据翔实、可靠。人们不得不信！

碳管储氢氢气易燃氢气易爆高效清洁燃料难以贮存碳管使安全储氢成为可能！化学无处不在化学就在我身边资源意识

●我国生产一次性筷子年消耗林木资源500万立方米，约占年林木消耗总量的18%。●日本的森林覆盖率为65%，是我国的5倍，却明令禁止用本国的林木生产一次性筷子。其用量的97%依靠进口，每年从中国进口200多亿双，占其进口总量的99%。●我国仅为向日本出口一次性筷子每年需砍掉250万棵大树。●

2006年两会代表提出要限制生产、使用和出口一次性筷子。内容的选择与编排~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~1.2化学在改造自然中的重要作用TheStrategicPositionofChemistryintheReformationofNature1.2.1化学是解决人类粮食供应的重要科学之一；1.2.2化学是提高人类生存质量的有效保证；1.2.3化学在能源和资源的合理开发和高效利用中起重要作用；1.2.4化学是材料科学发展的重要源泉；1.2.5化学科学是分子信息技术的基础；1.2.6化学为根本解决环境问题提供理论、方法和手段；1.2.7化学为生物技术的发展提供了重要支持。化学的社会价值化学的社会价值增加能源增产粮食促进健康改善环境发展材料提高生活质量发展生产1化学的科学价值化学的科学价值物理大气医学天文海洋地球科学生物学121世纪化学的地位和作用1、化学将仍是解决人类衣食住行问题的主要学科之一；2、化学在能源和资源的合理开发和利用中起关键作用；3、化学将继续推动材料科学的进步和发展；4、化学将继续是提高人类生存质量和生存安全的保障。化学有助于公民了解现代生活、卫生保健、环境安全方面的知识、政策、法规~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~3.我国化学学科的现状，优势和特色ThePresentSituation,PreponderanceandDistinguishingFeaturesofChemistryinChina见报告“

中国化学的发展与展望”

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4.化学学科优先领域和未来发展规划PriorResearchFieldsAndFutureDevelopmentProject4.1发展目标TheGoalofDevelopment今后十年力争在重要化学前沿领域取得较多的巨大成果；结合国家经济建设和高新技术发展，在能源、资源、环境、材料、医疗保障、工农业生产等方面，取得一批创新成果；建成一批世界一流水平的研究基地，培养一批优秀的青年学术带头人；发展和形成一些化学相关的新兴交叉学科新领域。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4.2发展方向DirectionfortheDevelopmentofChemistryinChina重视创新研究，创造新物质、新方法、新理论；研究从单原子到单分子聚集体的多层次多尺度的变化规律和特征；微观与宏观相结合。静态与动态相结合;由复杂到简单，又由简单到复杂，着重考虑与友邻学科的交叉、渗透与融合。寻求结构多样性和分子多样性；加强复杂化学体系的研究；注重信息技术在化学中的应用；开发由自己知识产权和中国特色的仪器和分析技术。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4.3优先领域PriorResearchFields

4.3.1合成化学；

4.3.2化学反应动力学和动态学；

4.3.3分子聚集体研究；

4.3.4发展化学理论；

4.3.5分析化学测试原理和监测技术新方法；

4.3.6生命体系中的化学过程；

4.3.7绿色化学与环境化学中的基本化学问题；

4.3.8材料科学中的基本化学问题；

4.3.9能源和资源开发与利用中的基本化学问题；4.3.10化学工程的发展与基础问题~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~5.政策和措施PolicesandMeasures积极为人才培养基地的建设创造有利条件；加强化学科学研究基地的建设；发展和建立全国化学信息网络；建立化合物性能评估中心和化学样品库；建立我国自主的化学试剂工业；在重要城市建立一些国家级仪器测试中心，向全国一切科研院所和院校开放。21世纪化学的内涵、四大难题和突破口20世纪的化学取得了辉煌的成就，但未获得社会应有的认同（1）“老科学”意味着发展已很慢或已走下坡路，没有什么发展前途。实际上化学家合成和分离的新化合物，从1970年的237万，到1999年底的2340万，翻了10番，这种以指数发展的高速度，可以和信息科学、生命科学相媲美。但“化学家太谦虚了”（这句话是《自然》杂志在2001年的评论中说的）不会向社会宣传化学与化工对社会的重要贡献。（2）化学是中心科学，与社会、生命、材料、环境、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有紧密的联系，从而产生许多交叉学科。但化学家很谦虚，并放弃了学科的冠名权，在社会上造成化学被肢解的错误印象。20世纪的化学取得了辉煌的成就，但未获得社会应有的认同（3）朝阳科学在组建队伍时拉走了不少化学家。化学向朝阳科学输送队伍本是好事，但希望社会能够认同化学对发展朝阳科学的重要作用，而不是因为化学没有用处，使化学工作者纷纷转行。（4）化学没有提出21世纪要解决的理论难题，有人认为化学没有理论，只是一堆白菜。（5）化学没有树立品牌，缺少品牌意识。化学和化工被认为是污染源，这也是中学生不愿报考化学专业的原因之一。其实，造成环境污染的不仅是化学工业，更主要的是汽车怕尾气排放，煤燃烧，沙尘暴以及微电子工业等。而化学家正对环境检测、分析、治理做出重要贡献，并提出绿色化学的奋斗目标。化学家不但要认识世界、改造世界，还要保护世界。1、20世纪有七大技术，第一是合成化学技术报刊上常说20世纪发明了六大技术（1）无线电、半导体、计算机、芯片和网络技术；（2）基因重组、克隆和生物芯片等生物技术；（3）核科学和核武器技术；（4）航空航天和导弹技术；（5）激光技术；（6）纳米技术。但很少人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥、农药的化学合成技术。但化学和化工界非常谦逊，从来不提抗议。我们应该理直气壮地大力宣传20世纪发明了七大技术，第一的化学合成技术。其实，化学在20世纪的成就用“空前辉煌”来描述，是并不过分的。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存，但如果没有发明合成氨（国外评选20世纪最重大发明，得票最多）和合成尿素，合成第一、二、三代农药，60亿人口将一半饿死；没有发明合成抗生素和新药物，人类寿命缩短；没有三大合成，人类生活受很大影响，没有合成新分子、新材料，上述六大技术无法实现。2、化学是中心科学，但化学作为中心科学和形象被其它交叉学科的成就所埋没。科学分上、中、下游，数理是上游、化学是中游、朝阳学科是下游。交叉学科中化学放弃了冠名权。例如“生物化学”被称为“分子生物学”，“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”，生物大分子的物理化学”被称为“凝聚态物理学”，“溶液理论、胶体化学”称为“软物质物理学”，“量子化学”称为“原子分子物理学”。又如人类基因组计划的主要内容之一实际上是基因测序的分析化学和凝胶色层等分离化学，但社会上只知道基因学。再如分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机都是化学家开始的，但开创研究家却不提出“化学器件学”这一名词，而微电子学专家马上称之为“分子电子学”。3、化学有没有理论？唐敖庆有很好的回答：19世纪化学有三大理论成就（1）经典原子分子论，包括建筑在定比定律、倍比定律和当量定律基础上的道尔顿原子论。以碳四价及开库勒的工作为中心的分子结构和原子价理论；（2）门捷列夫的化学元素周期律；（3）化学质量作用定律。20世纪的化学也有三大理论成就（1）化学热力学，可以判断化学反应的方向，提出化学平衡和相平衡理论；（2）量子化学和化学键理论；（3）上世纪30年代提出的绝对反应速度理论和60年代提出的分子反应动态学。到了21世纪，数学、物理、生物都提出了要解决的难题，但化学家又比较谦虚，好象没有人明确提出哪些是化学家要解决的世纪难题，造成“化学无理论”的错误印象。4、理论化学在现代化学的发展中起了非常重要的作用1998年，诺贝尔化学奖授予量子化学家科恩和玻普耳。5、吉林大学是我国理论化学的发源地，理论化学在我国有很好的基础。唐敖庆是我国理论化学的奠基人。一、21世纪化学的内涵和定义1一门科学的定义至少有三个属性：1.1整体和局部性科学是一个复杂的知识体系，好比一块蛋糕。为了便于研究，要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中，又有许多切法。一种传统的切法是分成数理化天地生等一级学科。近来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学，系统科学等的分类法。化学是从科学整体中分割开来的一个局部，它和整体必然有千丝万缕的联系,所以学科之间的交叉和相互渗透是必然的趋势。这是它的第一属性。

宇宙进化的层次结构第1层次物理进化从宇宙大爆炸开始到现在，已有150亿年

第2层次化学进化大爆炸后3万年原子开始形成到现在

第3层次天体演化大爆炸后10亿年，原子分子气云开始形成原星系

到现在

第4层次地质演变从46亿年以前,地球开始形成到现在

第5层次生物进化从34亿年前微观生命开始形成到现在.

第6层次社会进化从300万年前有了人类以后到现在

第7层次人工自然进化从人类开始改造自然到现在

第8层次大成智慧进化**

或信息进化物质产生精神，精神反作用于物质，从有人类以后到现在

宇宙进化的层次结构这8个层次,构成整个宇宙的进化,缺一不可。研究每一层次的学问依次为:(1)物理学,(2)天文学,(3)地质学、海洋学等地球科学,(4)化学,(5)生物学、医学等生命科学,(6)社会科学,(7)技术科学、工程科学,(8)数学、科学、哲学、宗教、认知科学、语言学、文学、音乐、艺术等。这些构成人类精神财富的总体,其中每一项都是不可或缺的,都是不会衰亡的。

化学是研究化学进化这一层次的科学,当然也永远不会衰亡。化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪，恩格斯认为化学是原子的科学（参见《自然辩证法》），因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合和排布，而原子本身不变的科学。宇宙进化的第二层次———化学进化的６个时期化学进化可以分为６个时期。１原子的合成由原子核和电子结合成中性原子,是物理进化到化学进化的飞跃,发生在宇龄３万年的时候。２星际小分子的合成近３０年来,由于射电天文学的发展,人们在宇宙太空中观察到５０多种星际分子的转动光谱,如Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＳｉＨ４、ＰＨ３、ＨＣＮ、Ｈ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｎ、Ｈ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｃ-Ｃ≡Ｎ。此外,还在宇宙遥远的恒星之间观察到大片酒精云。这是自然界中化学进化的第二阶段,相当于宇龄３～３００万年。星际小分子就是在此期间和以后形成的1.2发展性３无机矿物的合成无机矿物的合成阶段是和行星（如地球）的形成同步的,大约在距今４６亿年前到距今３８亿年前。４生物小分子的合成生物小分子是在地球形成的早期阶段合成的,那时大气中氢气很多,氧气很少,还有大量的甲烷、水、氨和少量硫化氢等,在这种还原性的大气环境下,可以合成氨基酸、鸟嘧啶、嘌呤等生物小分子。为了证明这一观点,ＳＭＭｉｌｌｅｒ在１９５３～１９５５年按照Ｕｒｅｙ的建议,用氢、甲烷、水、氨和少量硫化氢共５种还原性气体,放在一个玻璃球内,通过火花放电（模拟天然的闪电雷击）,结果得到了氨基酸、鸟嘧啶、嘌呤等生物小分子。１９８２年王文清在模拟原始大气中引入三氢化磷,鉴定出１９种氨基酸。此外,我们在陨石中也发现了这些生物小分子,这是又一个证明。1.2发展性５生物大分子的合成有了氨基酸、磷酸、戊糖和４种生物碱等生物小分子,就能组成生命的基础物质———蛋白质和脱氧核糖核酸等生物大分子。６人工合成数以千万计的新分子和新材料当有了人类以后,化学进化则更会发展下去,导致不断合成新的分子和材料。１９５３年,Ｗｏｏｄｗａｒｄ合成叶绿素,１９６５年我国合成牛胰岛素。现已能合成各种蛋白质、ＤＮＡ、酶等,实现了死分子到活分子的飞跃。在人工自然进化层次中,目前,各种为人类需要的新分子、新药物、新材料以及分子器件的合成和组装,已经逐步成为化学的主流。１９９９年１２月３１日美国《化学文摘》登记的“泛分子（Ｐａｎｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）已有２３４０万种,大概每隔１０年要翻一番。现在世纪之交，我们大家深深地感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。1.3定义的多维性

一门科学的定义，按照从简单到详细的程度可以分为：(1)一维定义或X定义，X是指研究的对象。(2)二维定义或XY定义。Y是指研究的内容。(3)三维定义或XYZ定义。Z是指研究方法。(4)四维定义或WXYZ定义，W是指研究的目的。(5)多维定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学群的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。2、21世纪化学的定义和内涵

2.1化学的一维定义

21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议(PanPacificConference),泛美航空公司(PanAmericanAirLine)等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下10个层次：（1）原子层次。例如近来受到重视的碱金属原子的Bose-Einstein凝聚态。（2）分子片层次。分子片是指组成分子的碎片，例如［1，2］：一价分子片：CH3,OH,Mn(CO)5,Co(CO)4，二价分子片：CH2,NH,Fe(CO)4,Ru(PR3)4，三价分子片：CH,Co(CO)3,NiCp等。（3）结构单元层次。例如芳香化合物的母核，高聚物的单体，蛋白质的氨基酸，DNA的A,C,G,T。高级结构单元，如蛋白质的αhelix,βsheet等。（4）分子层次。研究分子层次的问题有如分子周期律，单分子光谱，单分子监测和控制，分子的激发态，吸附态等。（5）超分子层次。超分子是二个分子通过非共价键的分子间作用力结合起来的物质微粒。例如环糊精［γ-CD］是一个分子，形似花盆,它的尺度略大于C60的直径，可以把C60包进去，生成1:1和2:1的超分子。艾滋病毒HIV是一个生物大分子，其活性部位，形似环糊精，大小与C60十分接近，它们可以形成超分子。因此，C60可以抑制艾滋病毒HIV。环糊精分子还可作为主体，把其它小分子包在里面，又可作为客体，插入Zr(HPO4)2(H2O)晶体的结构层之间，组装成复杂的超分子体系。（6）高分子层次。（7）生物分子(biomolecules)层次。（8）纳米分子和纳米聚集体层次棗例如碳纳米管、纳米金属、微乳、胶束、反胶束、气溶胶、纳米微孔结构、纳米厚度的膜、固体表面的有序膜、单分子分散膜等。（9）原子和分子的宏观聚集体层次棗固体、液体、气体、等离子体、溶液、熔融体、胶体、表面、界面等。（10）复杂分子体系及其组装体的层次：(ⅰ)复合和杂化分子材料。(ⅱ)分子器件，例如在金丝尖端装上经过巯基化修饰的单层碳纳米管（SWCNT），可以作为M的针尖。又如分子导线、分子开关、分子探针、分子芯片、分子晶体管等。(ⅲ)分子机器，如分子马达在UV光下，能通过4种同分异构体进行旋转，又如分子计算机等。(ⅳ)宏观组装器件如燃料电池，太阳能电池等。2.2化学的二维定义

化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说，就是：化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过度态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装，分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和调控的作用机制，以及上述各方面的规律，相互关系和应用的自然科学。2.3化学的三维定义

化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样，也是随时代的前进而发展的。在19世纪，化学主要是实验的科学，它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶，随着量子化学在化学中的应用，化学不再是纯粹的实验科学了，它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法，即计算机模拟的方法。2.4化学的四维定义

化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其它科学技术一样是认识世界和改造世界，但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”（Five“care”andfive“for”）：（1）为了社会而关心环保（Environmentalcareforthesociety）；（2）为了职工而关心安全、健康和福利（Safetycarefortheemployee）；（3）为了顾客而关心质量、声誉和商标（Qualitycareforthecuomers）；（4）为了发展而关心创新（Innovation-careforthedevelopment）；（5）为了股东而关心效益（Profit-careforthestockholders）二、21世纪化学研究的六大趋势

1更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合

在世纪之交，中国和世界各国政府都更加重视国家目标，在加强基础研究的同时，要求化学更多地来改造世界，更多地渗透到与下述10个门类的科学的交叉和融合：（1）数理科学（2）生命科学（3）材料科学（4）能源科学（5）地球和生态环境科学（6）信息科学（7）纳米科学技术（8）工程技术科学（9）系统科学（10）哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面，多学科的基础。2理论和实验更加密切结合

1998年诺贝尔化学奖授予W.Kohn和J.A.Pople。颁奖公告说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了”。所以在21世纪，理论和计算方法的应用将大大加强，理论和实验更加密切结合。3在研究方法和手段上，更加重视尺度效应

20世纪的化学已重视宏观和微观的结合，21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度（1?00nm），并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子，以至微型分子机器。4合成化学的新方法层出不穷

合成化学始终是化学的根本任务，21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成，目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。

合成方法的十化：芯片化，组合化，模板化，定向化，设计化，基因工程化，自组装化，手性化，原子经济化，绿色化。

化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物（例如药物）的组合化学方法。5造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势

21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”6分析化学已发展成为分析科学

分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽了。

分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化(realtime)、原位化(insitu)，在体化(invivo)、智能化信息化，高灵敏化，高选择性化，单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测，搬运和调控的技术受到重视。

分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用。三、21世纪化学的四大难题（中长期）

科学研究始于提出问题。科学问题的提出、确认和解决是科学发展的动力。20世纪最伟大的数学家Hilbert在1900年提出23个数学难题。每一个难题的解决，就诞生一位世界著名的数学家。现在2000年世界数学家协会提出七大数学难题，筹集了700万美元，悬赏100万美元给每一个难题的解决者。

21世纪物理学的难题：(1)四个作用力场的统一问题，相对论和量子力学的统一问题。(2)对称性破缺问题。(3)占宇宙总质量90%的暗物质是什么的问题。(4)黑洞和类星体问题。(5)夸克禁闭问题等。

21世纪生物学的重大难题是后基因组学、蛋白质组学、脑科学、生命起源等。2000年中国科学院化学部和国家自然科学基金委员会化学部组织编写了《展望21世纪的化学》，对20世纪化学的成就作了很好的总结，对21世纪近期（10－20年）化学的发展提出很好的展望。最近MIT化学系主任S.Lippard教授在广泛征求美国化学同行的基础上提出基础化学的22个新前沿领域。

由此可见，中外化学家都在展望21世纪化学的发展，但似乎还没有提出化学应在21世纪解决的重大难题。这样与物理学和生物学相比，就会显得化学没有什么伟大的目标了。这是近年来在世界范围内出现的淡化化学的思潮的主观原因之一。那么化学果真提不出重大难题吗？下面不揣冒昧，试对这一问题，作一初步探讨，希望大家指正。如能抛砖引玉，引起大家的讨论，然后由中国化学会组织化学界来共同讨论21世纪化学的难题，这对21世纪化学的发展十分有利。1化学的第一根本规律－化学反应理论和定律

化学是研究化学变化的科学，所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。化学和化学变化的本质是若干原子核和电子之间的电磁相互作用，与强、弱、引力相互作用的关系比较小，暂时可以不考虑。这种相互作用的根本规律是量子力学。薛定鄂第一方程可以解决定态分子结构、化学键理论和分子间的相互作用问题。薛定鄂第二方程是包含时间的方程，可以解决原子或分子从某一定态到另一定态的跃迁几率问题，从而建立光谱跃迁理论。

但量子力学没有给出严格的化学反应速率的基本方程。H.Eyring的绝对反应速度理论是建筑在过渡态、活化能和统计力学基础上的半经验理论。过渡态、活化能和势能面等都是根据不含时间的薛定鄂第一方程来计算的。所谓反应途径是按照势能面的最低点来描绘的。这一理论和提出的新概念是非常有用的，但却是不彻底的半经验理论。

19世纪C.M.古尔德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律，是最重要的化学定律之一，但它是经验的、宏观的定律。20世纪在宏观化学动力学与微观分子反应动态学方面，有很大发展。例如Semenov发展了链式反应理论，M.Eigen提出了驰豫法研究快速的化学反应，李远哲和Herschbach用交叉分子束研究态态反应等。但离开彻底了解化学反应的规律，还有很大的距离。所以严格的彻底的微观的化学反应理论，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径等，是21世纪化学应该解决的第一个难题。在化学反应理论中特别重要，应予首先研究的课题有：（1）充分了解若干个重要的典型的化学反应的机理，以便设计最好的催化剂，实现在最温和的条件进行反应，控制反应的方向和手性，发现新的反应类型，新的反应试剂。（2）在搞清楚光合作用和生物固氮机理的基础上，设计催化剂和反应途径，以便打断CO2,N2等稳定分子中的惰性化学键。（3）研究其它各种酶催化反应的机理。酶对化学反应的加速可达100亿倍，专一性达100%。如何模拟天然酶，制造人工催化剂，是化学家面临的重大难题。（4）充分了解分子的电子、振动、转动能级，用特定频率的光脉冲来打断选定的化学键棗选键化学的理论和实验技术。2化学的第二根本规律－结构和性能的定量关系这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。虽然W.Kohn从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算困难很多，现在对结构和性能的定量关系的了解，还远远不够。要大力发展密度泛函理论和其它计算方法。所以这是21世纪化学的第二个重大难题。（1）如何设计合成具有人们期望的某种性能材料；（2）如何使宏观材料达到微观化学健强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个数量级，但远远未达到金属－金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。又如目前高分子纤维的强度要比高分子中的共价键的强度小两个数量级，这就向人们提出了如何挑战强度极限的大难题。（3）溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。（4）具有单分子和多分子层的膜结构和性能的关系。要优先研究的课题有：（1）分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律。（2）超分子结构的类型，生成和调控的规律。（3）给体－受体作用原理。（4）进一步完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题。（5）生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性？（6）分子自由基的稳定性和结构的关系。（7）掺杂晶体的结构和性能的关系。（8）各种维数的空腔结构和复杂分子体系的构筑原理和规律。（9）如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？（10）如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个量级，但比金属-金属键的强度小得多。又如目前高分子纤维达到的强度要比高分子中的共价键的强度小两个数量级。这就向人们提出如何挑战极限的大难题。（11）镧系理论－4f电子的能级比sp区和d区元素的能级多一个量级，所以稀土元素有十分丰富的光、电、磁、声等功能性质。稀土元素有机化合物是很好的催化剂。稀土是21世纪的战略元素。研究镧系元素的结构和性能关系具有十分重要的意义。以上各方面是化学的第二根本问题，其迫切性可能比第一问题更大，因为它是解决分子设计问题的关键。3纳米尺度的基本规律

现在中美日等国都把纳米科学技术定为优先发展的国家目标。在复杂性科学和物质多样性研究中，尺度效应至关重要。尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，导致物质性能及其运动规律和原理的质的区别。纳米尺度体系的热力学性质，包括相变和“集体现象，如铁磁性，铁电性，超导性和熔点等与粒子尺度有重要的关系。当尺度在十分之几到10纳米的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，此时热运动的涨落和布朗运动将起重要的作用。1、例如金的熔点为1063℃，纳米金的融化温度却降至330℃。银的熔点为960.3℃，而纳米银为100℃。2、当代信息技术的发展，推动了纳米尺度磁性(Nanoscalemagnetism)的研究。由几十个到几百个原子组成的分子磁体表示出许多特性。3、纳米粒子的比表面很大，由此引起性质的不同。例如纳米铂黑催化剂可使乙烯催化反应的温度从600℃降至室温。这一现象为新型常温催化剂的研制提供了基础，有非常重要的应用前景。纳米催化剂能否降低活化能？这是值得研究的一个理论问题。4、电子或声子的特征散射长度，即平均自由途径在纳米量级。当纳米微粒的尺度小于此平均自由途径时，电流或热的传递方式就发生质的改变。5、与微粒运动的动量p=mv相对应的波长=h/p，通常也在纳米量级，由此产生许多所谓的“量子点”的新现象。所以纳米分子和材料的结构与性能关系的基本规律是21世纪的化学和物理需要解决的重大难题之一。4活分子运动的基本规律

充分认识和彻底了解人类和生物体内活分子(livingmolecules)的运动规律，无疑是21世纪化学亟待解决的重大难题之一。例如：（1）配体小分子和受体生物大分子的相互作用，这是药物设计的基础。中科院上海药物所的量子化学家陈凯尔做了很好的工作，正在主持一个药物设计的973项目。北京大学徐小杰教授做了几个药物设计软件。（2）在地球元素的生态循环中，植物界做了两件伟大的事：其一，利用太阳能把很稳定的CO2和H2O分子的化学键打开，合成碳水化合物［CH2O］n，并放出氧气O2，供人类和其它动物使用。在这个伟大的过程中，活分子催化剂叶绿素是怎样作用的？其二，豆科植物的根瘤菌能打开非常稳定的氮分子中的化学键，生成含氮小分子，再进一步合成蛋白质和核酸。我们必须把这两个过程的全部反应机理搞清楚，然后研究能否在化学工厂中，在温和的条件下，实现这两个伟大的催化反应。（3）搞清楚牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。

（4）人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。（5）了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。（6）了解从化学进化到手性和生命的起源。（7）如何实现从生物分子到分子生物(molecularlife)的飞跃？如何跨越从化学进化到生物进化的鸿沟?（8）研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状态，分形现象等非线形科学问题。

（9）生物固氮作用机理（10）蛋白质和DNA的理论研究

由此可见，21世纪的化学是有伟大的目标和难题，需要我们去解决的。与物理学相比，物理的难题偏重于认识世界。研究物理学的难题，需要超高能加速器和航天飞机上的磁谱仪等大型科学工程为基础，是我国国力难以承受的。而21世纪化学的重大难题和突破口则偏重于改造世界和保护世界，有更现实的目标，不需要大型科学工程的支持，对化学的R&D投入，通常有较高的回报率。21世纪是生物学大发展的世纪，但现代生物学是建筑在分子水平上的生物学，所以对化学难题的研究和解决和解决生物学难题是互相促进的。如果淡化化学的重要性，减少化学的科学研究投入，在大学中吸引不到优秀的中学生来考化学专业，那么对国民经济和生命科学的发展都是十分不利的。四.21世纪化学的11个突破口（10－20年）

1新的合成方法学如(1)组合化学。(2)手性合成。(3)分子反应器控制的合成。(4)自复制和自组装合成。(5)定向合成。(6)掌握零维笼状和杯状、一维通道、二维层间、三维网络空腔结构的合成方法，并通过化学、电场或磁场的作用，使囚禁在里面的客体分子被释放或取代出来。2纳米化学纳米化学、纳米材料和分子器件，纳米表面化学、高效纳米催化剂设计合成及应用。3稀土化学特别是有我国知识产权的新型稀土功能材料4能源科学中的化学问题

如（1）各种高效换能器(Transducer)，特别是太阳能电池。（2）燃料电池（3）氢能利用问题（4）各种再生能源。5生命和医药科学中的化学问题

例如：（1）把中国名医的处方和人体的生理病理状态作为两个复杂体系来研究它们之间的相互作用和药效。（2）用组合化学的方法来筛选特效中药，并使中药现代化。（3）药物设计、合成和开发应用。（4）生物材料（Biomaterials）和人工器官的合成。（5）配合物小分子作为Key和DNA大分子作为Lock的相互作用。（6）了解神经细胞和生理调控的化学机理（7）糖化学。6生态环境科学中的化学问题

例如：（1）环境元素的循环。（2）有害化学物质的控制和治理。（3）以“原子经济”和“零排放”为目标的绿色化学和化工。（4）生态环境化学。7信息科学中的化学问题

例如：（1）高效的光纤通信材料，特别是可使激光得到增益的稀土铒羼杂Si基1。54微米材料。（2）高效的光贮存材料。（3）分子芯片。（4）分子计算机。8分析化学的十化（1）微型化、芯片化、仿生化；（2）在线化；（3）实时化；（4）原位化；（5）在体化；（6）智能信息化；（7）高灵敏化；（8）单原子化和单分子化，单分子光谱，单分子检测，搬运和调控技术；（9）高选择化；（10）分离和分析方法的联用，合成和分离方法的联用，合成、分离和分析方法三用。9化工化学复杂体系中的多层次、多尺度效应及其规律和方法学研究。10理论化学和计算化学的基础及应用研究11化学信息学

20世纪的化学积累了巨量的实验材料和信息，21世纪的化学信息学将建立各种化学信息库，然后分析信息的内涵，总结出规律，最大限度地挖掘、开发和应用信息宝库，使它们作为实验归纳法和理论演绎法的桥梁，推动化学和化工学科的发展，为国民经济服务。四、20世纪化学的盲点

20世纪的化学得到前所未有的迅猛发展。但迅猛发展的化学正和急速向前推进的胜利部队一样，常常会在后方留下一些照顾不到的空白点，例如：1无机化学中共价概念被忽视

原子价是化学中最重要的概念之一，也是总结大量分子必须考虑的性质之一。但令人惊奇的是，迄今还没有一个大家公认的定义。原子价可分为共价、电价、氧化态(oxidationstate)、配位数、超价(supervalence)等。关于共价现在大家采用的是鲍林提出的定义：一个原子的共价是指它在分子中和其它原子形成的共价键数。鲍林的定义在有机化学中非常成功，但在无机化学中遇到困难，例如如何决定CO、NO、N2O、NO2、HNO3、O3、BeCl2、Al2Cl6、Ni(CO)4、Cp2ZrCl2、Cr(C6H6)2等分子中的C、N、O、Be、Al、Ni、Zr、Cr的共价。在后面5个分子中，通常我们说Be是2价，Al是3价，Ni是0价，Zr是4价，Cr是0价。但这是指它们的氧化态。它们的共价等于多少？这个问题常常被忽略不提。为此我们提出共价键的新定义：一个原子的共价是指它在形成分子时，从其它原子接受的共享电子数。按照这个物理概念，给出量子化学定义进行量子化学计算，得到在上述分子中原子的共价为：C=4，N=3，O=2，Be=6、Ni=8，Zr=12，Cr=12。

关于配位数也没有明确的定义。例如F.A.Cotton:，认为Ti在Cp2TiCl2中的配位数=4，即Cp提供的配位数是1。这样在Cr(C6H6)2,Cr(C6H6)(CO)3,Cr(CO)6三个分子中Cr的配位数分别等于2，4，6。我们建议把配位数定义为：中心原子周围的成键电子对数。这样在上述三个分子中Cr的配位数都等于6。在Cp2TiCl2中Ti的配位数等于8。2、化学文献和数据的积累非常迅速，但利用这一文献宝库来总结规律的工作相对滞后从科学发展史看，科学数据的大量积累，往往导致重大科学规律的发现。如17世纪的天文学积累了几百颗天体运动的数据，对它们的分析导致开普勒提出天体运动的三大定律，为牛顿建立他的经典力学体系奠定基础。19世纪60年代的化学积累了数十种元素和上万种化合物的数据，门捷列夫把这些元素按原子量的大小次序排列，发现它们的化合物的性质有周期性变化，因而在1869年提出元素周期律，为以后发现新元素和玻耳建立原子模型指明了方向。20世纪30年代，积累了100多万种化合物的数据，结合量子化学的发展，导致鲍林提出共价、电价和氧化值的定义，以及(键、(键、杂化轨道、电负性、共振结构等新概念，总结出化学键理论，发表《论化学键本质》这本经典著作，对20世纪化学的发展起了非常重要的作用。现在截止1999年12月31日，美国化学文摘登记的分子、化合物和物相的数目已超过2340万种，比鲍林总结化学键理论时扩大了10余倍，但全世界的化学家似乎还没有充分利用这一化学文选宝库来总结规律。这是世纪之交的难得机遇，不可交臂失之。3分子周期律

为了与数以千万计的分子打交道，我们建议在原子和分子之间引入分子片和结构单元两个层次。分子片这一名词是由霍夫曼（R.Hoffmann)在他的“等瓣性原理”中首先提到的。分子片Mj是由一个中心原子Ak与若干个配体Lm组成,其中k和m分别为中心原子A的价电子数和配体的总价电子数。分子片M的价电子数j=k+m。分子片价数等于它的价轨道中的空位数。分子结构类型的数字化表征。我们建议用N,B,σ,π四个数字来表征，N是它所含的分子片数，B是分子片之间的共价键数，其中含有σ个σ键和π个π键［在少数分子中还包含δ键和三中心二电子键等］。例如苯分子C6H6的N,B,σ,π=6,9,6,3。Dewar苯的,B,σ,π=6,9,7,2。Benzavalene的N,B,σ,π=6,9,8,1。Prismane的N,B,σ,π=6,9,9,0。如以N,B为坐标可以绘出分子的结构类型表。

以上举出化学在跨向21世纪时落在后面的一些盲点，而展现在它前面的亮点，如四大难题，11个突破口，则因研究对象、内容和方法的丰富多采，更是琳琅满目。希望有更多的青年学子来耕耘这片肥沃的土地。化学不是夕阳科学,决不会在物理学和生物学的夹缝中消亡。人类需要化学来创造更多、更好新物质、新材料。这是任何别的科学不能代替的。现代化学进展简介

及对中学化学教育改革的看法对中学化学教育改革的认识学科的现状与发展趋势及社会需求是教育改革的基础和推动力要学习并重视现代教育学和学科教学研究所提供的新理念和方法论探究性学习仍然是教育改革的突破口要区分职业性要求和素质性要求学段的衔接更着重于能力什么是化学的大问题

Ball,Philip:Nature

422(3)August2006物理学家始终没有放弃探索宇宙起源，或者是什么在主宰着从原子到宇宙的整个范畴内时间、空间和物质的行为的大问题生物学家一直注视着什么是生命的大问题，并试图通过对DNA的解旋以及蛋白质的结构和相互作用来获得解答什么是化学家的BigQuestions?重视化学学科中大问题的呼吁极强的合成特色使得化学不同于其他的“发现”学科，如物理、生物、天文、地学。正如1860年法国化学家M.Berthelot所说：“Chemistrycreatesitsobject”,不少化学家仍然以此自豪目前，化学的问题不在于是否应该重视应用和工业化学，而在于过分重视我们能够做什么，和过分忽视我们能够知道什么,从而淡化了自然科学的本色，甚至迷失了自然科学的基本任务什么是化学的大问题怎样设计具有特定功能和动态特征的分子细胞的化学基础是什么如何制造在未来的能源、航天和医药等科技领域所需要的材料思维和记忆的化学基础是什么地球上的生命起源以及在其他星球上出现生命的条件元素间可能存在的所有组合的答案什么是化学的大问题Zare：只有了解了有关的化学，才能真正了解生命过程Whitesides：“细胞的本质问题基本上属于分子层次的问题”。例如：对蛋白质折叠、基因标记、高选择性分子识别、信号传递等的化学本质的了解J-M.Lehn:“自组织是如何发生的，和宇宙生命起源有关吗？”如何设计不仅能够程序化，而且可以训练的化学’学习体系’？自组织过程是一种智能化的复制和放大过程什么是化学的大问题

Barton认为，有了答案后，就可以设计新的思维和记忆器件，和学会如何恢复旧有的思维记忆如何使得分子去到我们希望它去的地方？例如某个细胞、器官或组织？目前对结构－功能关系的了解太粗浅了。Zewail认为，分子的动态对其活性的影响和结构一样重要。锁钥模型过于简单，还要考虑生物分子在能面上的运动轨迹Whiteside指出，把计算机装入大脑，好像是神经科学家和电子工程师的事，但是神经元之间的信号传递是靠化学来完成的。什么是化学的大问题即使解决了分子设计的原理问题，如何使产率达到100％？所以如何使原子按照预期路线形成分子是一个大问题。化学不仅了解世界，而且试图了解所有可能的世界。据估算，由常见元素可能合成的一般大小的分子数在1014的量级，目前只完成约1％化学的任务在于无限分子的合成。分子的结构和功能问题是难以穷尽的。”不拒绝小问题，但是保持开放的目光”20世纪化学留下的悬念稀有气体化合物的合成惰气结构和化合价理论？高温超导陶瓷的合成

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基础的重要性一切理论都存在着不确定性C60和无机富勒烯以色列化学家用电弧法处理层状类石墨结构的MoS2和WS2得到了类似于C60的呈封闭球形的MoS2和WS2，被称为无机富勒烯数学家欧拉早已证明了正多边形和封闭几何形状之间的数学关系C60和金刚石、石墨能并列吗？无机富勒烯的应用前景固体润滑剂体系,可望具有纳米轴承的特性长尺寸(mm)WS2及WSe2纳米管,绳材和带材用于增强纤维,超轻质材料和容器制造;STM用针尖等层状NiCl2也属于此类,层数为奇时,为纳米磁体,可以提高磁性存贮器的容量20世纪化学留下的悬念组合化学的应用成功

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