(2小时)化学的功与过PPT幻灯片

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化学学科的贡献化学学科新发展化学学科的地位化学学科的贡献问题是：数学、物理、化学等“传统科学”是否过时？化学家、物理学家、数学家等，在今天的社会里，是否只能做旁观者、做配角？InCommunications(通讯)InConveniences(各种设备)THEMOSTIMPORTANTPROGRESSESMADEINSCIENCEANDTECHNOLOGYDURINGTHE20THCENTENARY(20世纪六大科学成就)Lasertechnology（激光技术）Semiconductor（半导体）Computer（计算机）Biotechnology（生物技术）Nucleartechnology（核技术）Aerospacetechnology（航空航天技术）ThescientificICONSofthetwentiethcenturyweretheatomicbombandthegeneticcode20世纪科学发展的标志是原子弹的发现和遗传密码的破解化学学科的声誉在恶化恐怖威脅環境污染化學武器实际上，六大重大进展中缺少任何一项，人类照样能够生存。但如果缺少了化学合成技术（ChemicalSyntheticTechnology），人类的生存和发展将是难以想象的。昔日的饥饿与今天的丰收景象形成鲜明的对照2005年世界粮食计划署总干事莫里斯提醒人们：截止到世界粮食日（10月16日），全世界在当年已有6,241,512人死于饥饿和饥饿引起的疾病。在近几十年的进步之后，长期处于饥饿状态之中的人口总数又开始攀升了。当今世界上有1/3的粮食产量直接来源于施用化学肥料所导致的增产。这意味着，如果没有化肥工业，在20世纪，全世界有20亿人会因饥饿而丧生！1909年，德国化学家哈伯成功地建立了每小时能产生80克氨的装置，他也因此获得了1918年的诺贝尔化学奖。"科学天才"与"战争魔鬼"-弗里茨·哈伯现代化学战的"始作俑者”化学农药在防治病虫害，保护人类生存环境中发挥着重要作用。2004年11月17日，成群结队的蝗虫从埃及首都开罗上空飞过2009年新疆蝗虫成灾化学纤维化学合成药物的发展，使得许多不治之症得以治愈，使人们的寿命延长了将近1倍，并大大改善了人类的生存质量。化学为现代电子、信息工业提供了发展的基石：单晶硅、化合物半导体。重要手段：光刻！（超纯材料是现代电子工业的物质基础！）石油炼制，推进剂制备是化学制备技术发展的结果，化学已经是高科技腾飞的促进剂！化学为我们的社会堆砌出灿烂与辉煌！很显然：在过去的100多年里，化学，特别是合成化学的发展为人类的生存、生存质量的改善做出了其它六大科学技术进步所无法比拟的贡献。由此可见，化学合成技术的发展和完善是化学科学工作者在20世纪对人类做出的最大贡献，也是在20世纪最伟大的科学技术进展。然而，化学学科却面临：学科声誉不佳、吸引力不强，后继相对乏人的窘境。化学总是与化学灾难、环境污染、恐怖威胁联系在一起。化学被冷落了，被边缘化了。事实上，化学有逐渐被分散在各个学科的可能，作为化学工作者，我们可以说：

Chemistryiseverywhere(化学无处不再)。但是对于非化学工作者，他们可以说：Thereisnochemistry(可以没有化学)。有人甚至忧虑，百年之后化学这个学科可能就不存在了，我们的物理化学、无机化学会加入物理学阵营，分析化学、有机化学会加入到生命科学阵营，环境化学可以加入到环境科学去了。化学确实需要一场革命。因此，最近，Whitesides在美国的UMass作了一场化学家要“ReinventingChemistry”的报告，提出化学家要提出真正属于自己的中心理论，就像物理学的量子力学，生物学的DNA结构一样。造成这种局面的原因是多方面的，但化学家太老实，不会，也不去宣传自己的学科绝对是最主要的原因。对此，哈佛大学化学系的Whiteside教授和我国的徐光宪教授等都深有感受。他们在多种场合发表演说，撰写文章为化学家讨公道、鸣不平。《自然》杂志在2001年6月份的一期中发表社论说：“化学的形象被其交叉学科的成功所埋没”。化学这门原本是重要的中心科学（Centralscience）反而被社会看作是伴娘科学（Bridesmaidscience）而不受重视，化学家居然不喊不叫也不抱怨。化学家的谦虚本是美德，但因此而在社会上造成化学是落日科学（Sunsetscience）的印象，吸引不到优秀的年轻学生，这个问题就大了。Nature411,408-409(24May2001)What'sinaname?DavidAdam最近，英国形成了一个由工业界、学术界和政府机构组成的联合组织，以促进公众对化学学科的了解，提高化学学科对英国经济发展的贡献。IndustryPartnersAcademicPartnersGovernmentPartnersAngew.Chem.Int.Ed.2004,43,3632-3641Chemistryisn’teverything,buteverythingisnothingwithoutchemistry化学不能代替一切，但没有化学肯定没有一切Chemistryisthefuture,andnofuturewithoutchemistry化学就是未来，没有化学就没有未来FromMattertoLife:(从物质到生活)Chemistry?Chemistry!所以，我对本节开始所提出的问题的答案是否定的。也就是，数学、物理、化学等“传统科学”并没有过时！化学家、物理学家、数学家等，在今天的科学发展中，仍旧可以是，也应该是主角。化学学科新发展

HISTORYOFCHEMISTRYTIME-TABLE1774年，法国化学家拉瓦锡发现了氧元素1828年，德国化学家弗里德里希·维勒合成了尿素1864年，德国化学家凯库勒提出了苯的化学结构他们在“钯催化交叉偶联反应”研究领域作出了杰出贡献铃木章根岸英一赫克化学学科主要分支无机化学、有机化学、物理化学、InorganicChemistry,OrganicChemistry,PhysicalChemistry分析化学、高分子化学与物理、化学生物学AnalyticalChemistry,PolymerChemistryandPhysics,ChemicalBiology超分子化学（SupramolecularChemistry）分子以上层次的化学（ChemistrybeyondMolecules）特点：关注分子之间以及分子内的弱相互作用传统化学不曾有的新概念不断提出组装（Assembly）；自组装（Self-assembly）；仿生合成（Bio-inspiredSynthesis）；分子机器（MolecularMachine）；分子器件（MolecularDevice）；单分子层化学（SingleLayerChemistry）；分子材料（MolecularMaterials）；分子信标（MolecularBeacon）；分子构筑学（MolecularTectonics）；单分子检测（SingleMolecularDetection）；有序结构（OrderedStructures）；智能材料（IntelligentMaterials）；构筑模块（BuildingBlocks）；分子工程（MolecularEngineering）；表面图案化材料（PatternedSurfaceMaterials）；Synthons；

ConstitutionalDynamicChemistry；AdaptiveChemistry…传统分子合成技术与当代分子组装技术的结合是当今制备化学的特征美国化学会(ACS)第215届年会于1998年3月29日在Texas洲的Dallas市召开。会上美国ACS和美国“Chem&EngNews”资助召开了一个特别讨论会。讨论题目是：“ChallengesforChemistryinthe21stCentury”(21世纪化学面临的挑战)1999年美国佐治亚大学材料系华人教授王中林宣布他的研究小组与该校物理教授德赫尔合作成功研制出了世界上最小的秤（病毒秤，Science，1999，Mar5，1513-1516）。该秤以纳米碳管的弹性和电磁共振作用秤重。据报道用该秤可以秤量质量仅为亿万分之二百克的病毒。本年度该小组又制备了世界上第一台纳米发电机。2001年7月，美国波士顿大学化学家RossKelly等在著名杂志“Nature”撰文，报道他们制备了世界上最小的马达。该分子马达由78个原子组成，制备这台马达科学家花费了整整4年。同期，荷兰科学家与日本科学家合作制备了另一种太阳能驱动分子马达。该马达在太阳光照下可连续转动。分子马达的成功制备为其它分子机器的制备解决了动力问题，同时也十分有助于了解生物体内的运动，例如细菌鞭毛的运动。分子机器PatternsAssembly分子机器－计算机模拟的部分分子器件Nanogenerators:ResearchersConvertMechanicalEnergytoElectricalEnergyforSelf-PoweredNanoscaleDevicesGeorgiaTechProfessorZhongLinWangholdsasamplenanowirearraythatcanbeusedtopowernanometerscaledevices.Z.L.WangandJ.H.SongScience,14April2006:242-246分子机器王中林小组开发出超声波驱动式纳米发电机继去年研制出世界上最小的发电机――纳米发电机后，美国佐治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology）王中林教授的研究小组再次开发出由超声波驱动的直流纳米发电机。这一最新的成果发表在4月6日出版的美国《Science》杂志上。王中林讲到：“甚至在人体内由于呼吸，心跳或是血液流动带来的体内某处压力的细微变化也有可能带动纳米发电机产生电能。因此，纳米发电机的发明不仅为实现能源系统的微型化带来了可能，更重要的是，对于实现具有完全无线，可生物植入，以及长时期甚至终生无需照管的纳米或微电子器件，纳米发电机提供了一种理想的电源系统。纳米发电机的发明将在能源、生物医学、国防、以及人们日常生活等众多领域产生重大的影响。”超声波带动的直流纳米发电机的设计原理和输出的直流电流。电流随超声波激发而起，停止而息。利用约五百根纳米线可连续发出纳安级的电流。在两年前发明出第一代纳米发电机的基础上，美国佐治亚理工学院教授王中林研究小组再次研制出高分子薄膜封装的交流纳米发电机。这一最新成果近日（2008年11月初）在线发表在《自然—纳米技术》期刊网站上。交流纳米发电机的示意图以及当来回弯曲时所给出的交流输出电压“交流纳米发电机是纳米电源研究方面的一个重大突破。”王中林说：“在环境机械能的转换和输出方面，这一新型发电机提供了一个崭新的方法和技术，并将纳米发电机朝向实际应用推进了一大步。”Largeinternalsurfacearea(400-1000m3/g)Mechanicallystrong(supportover1500xownweight)Transparent/OpticalclarityGoodheat/soundinsulatorExtremelylowdensity(0.003g/cm3)TheStardustmission,currentlyonitswaytocometWild2,willuseaerogeltoencapsulateinterstellarandcometdustparticles(彗星尘埃粒子)andbringsampleshomein2006.AEROGEL（气凝胶）可见，当今的化学与传统概念中的化学已经完全不同:(1)它研究的内容更加广泛;(2)能够动用的研究手段更加丰富;(3)与邻近学科的关系更加密切;(4)对现实问题的研究更加关注。可以说，化学学科已经进入了一个全新的发展阶段，当今的发展主要表现为：在超分子层面上提出新概念、发展新方法、积累新资料，学科处在重大突破的前夜。化学学科的地位Afamousmonograph,ChemicalSciencesinthe20thCentury(EditedbyC.Reihardt,Wiley-Vch,Weinheim,2001),addressesthebridgingofboundariesbetweenchemistryandtheother“classical”disciplinesofscience,physics,andbiology;andchemistry’sconnectionstomathematicsandtechnology.Chemistryisoneofthefundamentalsciences,supplyingkeymaterialsandprinciplesthatareinterwoventhroughouttoday’stechnology,naturalsciences,andculture.化学是为当今人类社会提供关键材料和基本原理的一门基础学科ThestatementofpurposeoftheJournalofChemicalPhysics,firstprintedinits1940issue,proclaimedthat“theartificialboundarybetweenphysicsandchemistryhasnowbeeninactualfactcompletelyeliminated.”学科划分是人为的结果“Throughthedevelopmentandrefinementofconceptsconcerningmoleculesandtheirfunctions,chemistryprovidesacommonresourceforexperimentalscience,comparablewiththelanguageofquantitativescientificthoughtprovidedbymathematics.”Evenifchemistrydidnotplayaruleonaparwithmathematicsandinstrumentation,itisclearthatchemicalconceptsandmethodswereindeedatthecoreofthedevelopmentoffieldssuchasgeneticengineeringandsolidstatephysics.化学之于实验如同数学之于理论！数学化学仪器理论物理理论化学理论生物生物医学药物材料环境地质物理化学生物医学天文地理物理，特别是微电子、光学、机械等ChemicalScienceisconnectedtomanydisciplinesChemistryattheCenterEarthScienceBiology.OceanographEnvironmentalSci.FoodScienceInformationSci.MaterialsScienceChem.Engineering.UranographChemistry上游科学：数学（特点：研究对象简单；体系严密、系统）中游科学：物理、化学等（特点：研究对象比较复杂；体系比较系统、严密）下游学科：生物、材料、地学、环境、天文等（特点：研究对象复杂；体系尚不够系统、完善；经验型的描述多）化学是一门中心学科大概就是由此而来，承上启下有志于从事学术研究的青年人，一定要多请教，把握好未来的路子。一般在某一学科要有成就的人就必须具有深厚的上一级学科的基础（新能源、新材料、环境问题）中学阶段化学教学改革方向之一：化学平台（复旦大学的理学改革，宽口径、厚基础）1998年10月13日下午3时正，瑞典皇家科学院正式公布了1998年度诺贝尔化学奖获得者名单，美国的奥地利裔科学家WalterKohn教授和英国的JohnPople教授分享了总额为97万美元的奖金。令全世界科学工作者惊奇的是，这二位诺贝尔奖得主在获奖后第二天接受记者采访时，不约而同地分别自称为物理学家和数学家。ThePrizewasawardedjointlyto:

WalterKohn(USA,*1923)

USA,UniversityofCaliforniaatSantaBarbara,JohnA.Pople(USA,*1925)

USA,NorthwesternUniversity,

"toWalterKohnforhisdevelopmentofthedensity-functionaltheoryandtoJohnPopleforhisdevelopmentofcomputationalmethodsinquantumchemistry".

运用数学的多少是一门学科成熟程度的标志。马克思数学的应用：在刚体力学中是绝对的，在气体力学中是近似的，在液体力学中就已经比较困难了；在物理学中是试验性的和相对的；在化学中是最简单的一次方程式；在生物学中等于零。恩格斯坐井观天者，曰天小者，非天小也。Whositsatthebottomofawe