化学学科的发展现状与未来市公开课一等奖省赛课微课金奖

化学学科发展、现实情况与未来1化学学科发展简单回顾2化学学科内涵及其地位作用3二十一世纪化学学科发展趋势4化学学科前沿介绍绿色化学超分子化学邵爽浙江教育学院理工学院sshao@135881515861化学学科发展现实状况与未来课件第1页1/491化学学科发展简单回顾远古化学——实用技术

如：冶金、火药、造纸等。近代化学——基本理论建立如：质量守恒定律、燃烧学说、阿佛加德罗定律、原子论、分子论、电离学说、酸碱理论等。当代化学——物质结构理论和合成化学如：杂化轨道理论（VB法）、分子轨道理论（MO法）、配位场理论、逆合成、手性合成、绿色化学、组合化学、分子设计等。未来化学——综合学科发展科学如：深入研究原子组合分子方法和技巧;研究分子以上层次现象;与其它学科渗透、交叉联合;科学—技术—生产、必须创新、理论与试验并驾齐驱、学科界限越来越含糊等。2化学学科发展现实状况与未来课件第2页2/491661年波义耳在其著名论文“怀疑派化学家”中提出“元素”概念，从而化学被确定为一门学科。18道尔顿提出原子论。18阿伏加德罗提出了“分子”概念。1860年康尼查罗提出了原子--分子论。1870年门捷列夫发觉了元素周期律，奠定了化学学科 理论基础。19世纪末化学主要分支（二级学科）分析化学、无机化 学、有机化学和物理化学相继建立，这种分工大 大推进了化学研究深化。20世纪

量子力学诞生，近邻学科尤其是物理学、生物学 和数学发展，以及各种新试验技术及精密仪 器创造和计算机出现，使化学学科得到迅猛 发展。

化学理论发展主要轨迹

3化学学科发展现实状况与未来课件第3页3/491.120世纪化学学科基础研究重大突破(1)放射性和铀裂变重大发觉

19居里夫妇因发觉了放射性比铀强400倍钋，以及放射性比铀强200多万倍镭为此而取得了诺贝尔物理学奖。19为表彰居里夫人在发觉钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素应用方面贡献，居里夫人被授予了诺贝尔化学奖

19卢瑟福因从事关于元素衰变和放射性物质研究,提出了原子有核结构模型和放射性元素衰变理论而取得了诺贝尔化学奖。1935年约里奥-居里夫妇因第一次用人工方法创造出放射性元素而荣获了诺贝尔化学奖。

1938年费米因人工合成了60种新放射性元素而取得了诺贝尔物理学奖。1944年哈恩因发觉了核裂变现象而取得了诺贝尔化学奖.1942年费米领导下成功建造了第一座原子反应堆。1945年美国在日本投下了原子弹。4化学学科发展现实状况与未来课件第4页4/49(2)化学键和当代量子化学理论建立

鲍林在化学键本质研究和应用化学键理论来说明物质结构而获1945年诺贝尔化学奖。经许多化学家近半个世纪努力，当代量子化学理论不停发展和完善，化学进入试验和理论计算并重时代。化学家们由浅入深，认识分子本质及其相互作用基本原理，从而让人们进入分子理性设计高层次领域。

1.120世纪化学学科基础研究重大突破

5化学学科发展现实状况与未来课件第5页5/49(3)创造新物质——合成化学

近百年来化学家(尤其是有机化学家)已经设计和合成了数千万个化合物，几乎又创造了一个新自然界；同时还发觉了大量新反应、新试剂、新方法和新理论。19格林尼亚因创造格林尼亚试剂，开创了有机金属化合物在各种官能团反应中新领域而获诺贝尔化学奖。当代有机合成化学是经过20世纪近1研究、探索发展到今天已能够合成像海葵毒素(Polytoxin)这么复杂有机分子(含有64个手性中心7个骨架内双键分子，存在271≈2×1021个异构体)。

1.120世纪化学学科基础研究重大突破6化学学科发展现实状况与未来课件第6页6/49海葵毒素分子结构分子式为C129H223N3O54

有64个不对称碳和7个骨架内双键,异构体数目多达271个有机合成杰作1989年美国哈佛大学Kishi宣告全合成64个手性中心2×1021个同分异构体7化学学科发展现实状况与未来课件第7页7/49VB12分子结构R.B.Woodward合成1965年获Nobel化学奖有机合成杰作8化学学科发展现实状况与未来课件第8页8/49药品合成——抗生素随即筛选分子设计9化学学科发展现实状况与未来课件第9页9/4920世纪合成化学辉煌成就10化学学科发展现实状况与未来课件第10页10/49(4)高分子科学建立和发展20世纪人类社会文明标志之一是合成材料出现。1953年H.Staudinger因提出了高分子这个概念，创建了高分子链型学说建立了高分子粘度与分子量之间定量关系，从而取得了诺贝尔化学奖。1963年Ziegler和Natta因发觉了配位聚合反应和实现了丙烯定向聚合而共获了诺贝尔化学奖。1974年Flory因在高分子性质方面成就也取得了诺贝尔化学奖。三大传统合成材料塑料橡胶纤维新型功效材料

光电材料信息储存材料光导纤维超导……1.120世纪化学学科基础研究重大突破11化学学科发展现实状况与未来课件第11页11/49(5)化学动力学与分子反应动态学发展

揭示化学反应历程和研究物质结构与其反应能力之间关系，是控制化学反应过程需要。1956年由前苏联谢苗诺夫和英国欣歇尔伍德在化学反应机理、反应速度和链式反应方面开创性研究而获诺贝尔化学奖。同时研究快速反应技术得到发展，现在能够研究十亿分之一秒内发生化学反应。美籍华人化学家李远哲及美国化学家赫希巴赫首先研制成功效取得各种态信息交叉分子束试验装置，从微观角度来认识化学反应，发展了分子反应动态学，亦称态--态化学，对化学反应基本原理做出了主要突破。(荣获1986年诺贝尔化学奖)。

1.120世纪化学学科基础研究重大突破12化学学科发展现实状况与未来课件第12页12/49关于化学反应历程主要研究结果……1956年Semenov和Hinchelwood在化学反应机理、反应速度和链式反应方面开创性研究取得了诺贝尔化学奖。1967年EigenPorter和Norrish因发展了闪光光解法技术用于研究发生在十亿分之一秒内快速化学反应，对快速反应动力学研究作出了重大贡献，三人共获了诺贝尔化学奖。1986年李远哲、Herschbach和Polany因创造了取得各种态信息交叉分子束技术，并利用该技术F+H2反应动力学（态－态化学），对化学反应基本原理作出了主要贡献，为此共获了诺贝尔化学奖。1999年Zewail因利用飞秒光谱技术研究过渡态成就获诺贝尔化学奖。……13化学学科发展现实状况与未来课件第13页13/49飞秒化学飞秒化学是研究在极小时间内化学反应过程和机理。这一领域包含时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒。

1s(s,秒)=103ms(毫秒)=109ns(纳秒)＝1015fs(femtosecond飞秒)飞秒化学技术基础——飞秒激光。不一样波长激光能够选择性地激发和检测不一样分子，或者同一分子不一样内部能量状态，或量子态分布。从分子角度来说，化学反应本身就是分子体系波函数随时间改变，在势能面上运动过程。试验上，经过观察在不一样时刻体系性质，就能够得到这种演化图像，从而了解反应详细动力学过程。因为分子内部、化学反应过程中及凝聚相中分子间相互作用过程是在非常短时间里发生，比如说，化学反应过渡态寿命普通只有几十飞秒，所以必须在飞秒时间尺度上对化学反应过程进行检测。也就是说，要象摄影一样，要用足够短“快门”，来捕捉分子运动和改变瞬间行为信息。14化学学科发展现实状况与未来课件第14页14/49(6)分析科学发展

20世纪70年代，生命科学、信息科学和计算机技术发展，使分析化学进入了崭新阶段，它不只限于测定物质组成和含量，而要对物质状态(氧化．还原态、各种结合态、结晶态)、结构(一维、二维、三维空间分布)、微区、薄层和表面组成与结构以及化学行为和生物活性等做出瞬时追踪，无损和在线监测等分析及过程控制，甚至要求直接观察原子和分子形态与排列。分析化学成为一门仪器装置和测量科学。1990年开始人类基因组计划(HGP)中，因为DNA测序技术不停推陈出新，从板凝胶电泳到凝胶毛细管电泳、线性高分子溶液毛细管电泳、到阵列毛细管电泳，直至全基因组鸟枪测序技术。终于使人类基因组计划提前到完成。分析化学在推进人们搞清环境和生命相关化学问题中起着关键作用。

1.120世纪化学学科基础研究重大突破

光谱：原子吸收、原子发射波谱：红外光谱、紫外光谱核磁共振、质谱

能谱：电子能谱色谱：气相色谱、液相色谱X-射线衍射：单晶、粉末15化学学科发展现实状况与未来课件第15页15/49(7)生命科学

生物小分子化学，蛋白质化学核酸化学，糖化学蛋白质化学结构：一级结构,二级结构,三级结构,四级结构氨基酸序列分析仪酶化学酶催化机理化学模拟生物合成与生物转化核酸化学DNA双螺旋结构发觉（Watson-Crick获1962年诺贝尔医学或生理学奖)碱基配对标准DNA复制基因表示遗传密码发觉中心法则1.120世纪化学学科基础研究重大突破16化学学科发展现实状况与未来课件第16页16/4920世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）化学结构与合成研究就一再获诺贝尔化学奖1955年首次合成多肽激素催产素和加压素，获1955年诺贝尔化学奖；1960年成功地测定了鲸肌红旦白和马血红蛋白空间结构，获1962年诺贝尔化学奖；1980年P.Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重组、DNA测序以及当代基因工程学方面出众贡献而共获诺贝尔化学奖。1982年A.Klug因创造“象重组“技术和揭示病毒和细胞内遗传物质结构而取得诺贝尔化学奖。1993年M.Smith因创造寡核苷酸定点诱变法以及K.B.Mullis因创造多聚酶链式反应技术对基因工程贡献而共获诺贝尔化学奖。化学在生命科学领域主要研究结果17化学学科发展现实状况与未来课件第17页17/49DNA18化学学科发展现实状况与未来课件第18页18/49蛋白酶一个——胰蛋白酶结构和排列次序示意图19化学学科发展现实状况与未来课件第19页19/49

1965年9月，我国科学家汪猷帅上百位化学工作者经过6年多坚持不懈努力，取得了人工全合成牛胰岛素晶体。这是世界上第一个人工合成蛋白质。两条肽链:A链21个氨基酸残基,B链30个残基,分子量5700道尔顿,1953年确定全部化学结构.

1965年我国人工合成牛胰岛素20化学学科发展现实状况与未来课件第20页20/491.220世纪化学工业大发展(1)石油化工成为支柱产业

20世纪30年代催化剂进入石油化工，催化动力学发展及催化剂作用使石油各种馏分成为各种不一样用途化工产品，石油化工快速发展，已成为世界经济发展中占主要地位工业领域。世界化工总产值中80％以上产品与石油化工相关。

21化学学科发展现实状况与未来课件第21页21/49(2)三大合成材料时代

20世纪前半叶，因为基础化学中高分子化学兴起和发展，逐步形成了塑料、纤维、橡胶三大合成材料工业。到20世纪末，世界年产合成橡胶能力已1200万吨，合成纤维达1500万吨，合成塑料已超出6000万吨。以塑料为主体三大合成材料，以体积计算其世界总产量已超出全部金属产量，所以有些人称20世纪为聚合物时代。

1.220世纪化学工业大发展22化学学科发展现实状况与未来课件第22页22/49(3)化肥（农药）工业巨大作用

20世纪面临人口大幅度增加和粮食需求快速增加局面。在处理这一困难中，化肥起了主要作用。其中氮肥生产关键问题是怎样利用大气中氮大规模合成肥料。19德国化学家哈伯用锇作催化剂成功地建立了每小时产生80克氨试验装置。哈伯所以而荣获19诺贝尔化学奖。1931年德国博施建成第一个用铁催化剂合成氨工厂日产量为30吨。(荣获1931年诺贝尔化学奖)。60多年来，不停对合成氨工艺进行改进并引入当代化工技术。我国是农业大国，肥料是增产关键方法。当前已达年产万吨规模，占世界第二位。

1.220世纪化学工业大发展23化学学科发展现实状况与未来课件第23页23/49(4)医药工业大发展

20世纪人类寿命显著延长，70岁以上老人百分比显著提升，预计20世纪人类平均寿命增加30岁左右。人类寿命延长原因之一是医疗条件改进，其中针对人类常见病、多发病新药研制成功是关键原因。医药工业发展与化学紧密相关。化学合成药在医学工业中占主导地位。磺胺药是第二次世界大战前惟一有效抗细菌感染药品。Domagk所以而在1939年荣获诺贝尔生理及医药奖。磺胺类药品问世标志着化学疗法方面一大突破。第二次世界大战后，磺胺药逐步让位于治疗效果愈加好抗生素类药，如青霉素、四环素、红霉素、氯霉素、头孢菌素等。当前世界药品市场年销售量约为3000亿美元，在世界经济发展中有举足轻重作用。

1.220世纪化学工业大发展24化学学科发展现实状况与未来课件第24页24/49

美国90年代化学工业产值约占30％，化学品出口占总出口30％，位居世界第二位。美国调查汇报“化学中机会”指出，化学工业在国际市场上要保持竞争力，主要看作为基础学科化学能否保持领先地位。可见，没有基础学科发展为后盾，国民经济、高新技术发展是不可能。化学工业已成为一些国家支柱产业25化学学科发展现实状况与未来课件第25页25/49化学从原子分子水平研究物质组成、结构、性质及应用科学。——化学教科书2化学学科内涵及地位作用化学为总管物质在原子、分子层次上改变之科学。——唐有祺

化学是一门试图了解物质性质和物质发生反应科学，它包含存在于自然界物质（如地球上矿物、空气中气体、海洋里水和盐、动物体内化学物质），以及由人类创造新物质，它包含自然界改变（如因闪电而着火树木、与生命相关化学改变），还有那些由化学家创造和创造新改变。

——RonaldBreslow

2.1化学学科定义与内涵26化学学科发展现实状况与未来课件第26页26/49徐光宪.化学学科进展[M],北京:化工出版社,:12一维定义——X定义化学是研究X对象科学X——泛分子，包含10个层次：①原子;②分子片;③分子;④超分子;⑤高分子;⑥生物分子;⑦纳米分子;⑧原子和分子宏观聚集体;⑨复杂分子体系和自组装分子二维定义——XY定义化学是研究X对象Y内容科学Y——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、物理和化学性质、生理和生物活性、运输和调控作用机制等个方面规律、相互关系和应用三维定义——XYZ定义化学是用Z方法研究X对象Y内容科学Z——试验，理论和计算机模拟四维定义——XYZW定义化学是用Z方法研究X对象Y内容以抵达W目标科学W——认识世界，改造自然和保护世界分子片是指组成份子碎片27化学学科发展现实状况与未来课件第27页27/492.2化学学科在科学发展中地位R.Breslow(1997)ChemistryTodayandTomorrow——TheCentral,UsefulandCreativeScience化学今天和明天——化学是一门中心、实用和创造性科学28化学学科发展现实状况与未来课件第28页28/49从早晨开始，我们在用化学品建造住宅中醒来，家俱是部分地用化学工业生产当代材料制作，我们使用化学家们设计肥皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成衣服，即使天然纤维（如羊毛或棉花）也是经化学品处理过并染色。这么能够改进它们性能。

为了保鲜起见，食品要被包装和冷藏起来，而这些食品要么用化肥、除草剂和农药使之生长；要么家畜类需兽医药来防病；要么需加入维生素后食用；甚至我们购置天然食品，如牛奶，也必须经过化学检验后方可食用。我们交通工具——汽车、火车、飞机——在很大程度上依靠化学工业产品；晨报是用化学家们制造油墨在用化学方法制造纸上印刷；用于说明事物照片要用化学家们制造胶卷和胶片；日常生活中金属制品都是用经过以化学为基础冶炼转化为金属或合金后制造，为了保护它们还要涂上油漆。

化装品是由化学家制造和检验过；警察和军人用武器也都依靠化学。实际上，在我们日常生活中极难找出一个不依靠化学和化学家帮助而制造出来产品。——《化学今天和明天》R.Breslow（1997年）29化学学科发展现实状况与未来课件第29页29/49第1章化学是一门中心、实用和创造性科学

11什么是化学

2化学家做什么

13早期化学有些什么

14为何化学家成这门学科为“中心科学”

15是什么是化学成为“使用科学”和创造性科学

16那些是化学基本原理

17化学领域有多大

关于未来

第2章健康和生命化学

21药品化学在过去对人类健康有哪些贡献

22药品化学家是怎样设计或发觉新药

23药品化学家现在忙于什么

24化学家对了解生命本质有什么贡献？光和作用化学介绍

25化学在分子生物学和生物技术中作用是什么

关于未来

第3章再谈化学是一门使用科学

31化学在住房和陈设品方面起什么作用

32化学在穿着方面起什么作用

33化学和运输关系怎样

34哈是怎样改进事物供给

35化学和国防关系怎样

36化学和执法方面关系怎样

37化学对生活质量作出了哪些贡献

关于未来

第4章化学与环境

41我们能否有一个建立在先进技术上当代社会，而这些技术不会无休止地污染地球

42工业能否洁净地制造化学产品

43在处理从核能发电厂排放出放射性废弃物问题上，化学家们能作什么贡献

44人类日常生活回造成什么样污染45我们能否控制虫害而不危害有用动物

46我们则样能确保新合成哈制品不会破坏环境，或没有不良生物效应

不是全部不良化学效应都是致命

关于未来

第5章计算机与化学——电子学革命

51当代电子学革命诞生了计算机，化学对此有和贡献

52什么是计算化学

53计算化学则样帮助我们测定蛋白质形成

关于未来

电子材料

计算化学

第6章在生物体和工业中催化作用

61催化剂能饰演什么样角色

62作为生命催化剂酶是何物

63酶催化生物反应时，能加速多少？又怎样进行选择

64维生素能起生物催化作用吗

65酶作用知多少

66对酶认识是否有住与新药设计

67汽车用故态金属催化剂是则样起作用

68为何工业界惯用固体催化剂并不含有金属特征？

关于未来

第7章化学家怎样创造新分子

71化学家怎样决定应该研制什么新分子?

72化学家怎样计划未知分子成功合成?

73在哪里进行合成试验?

74新化学物质一旦被创造还要做些什么

关于未来

第8章认识分子结构和化学改变

81化学家怎样测定新分子结构?

82分子精细结构与它们性质之间存在什么关系?

83化学家怎样测定化学反应历程?

84在哪里进行分子结构与性质及反应历程研究?30化学学科发展现实状况与未来课件第30页30/49化学是承上启下中心学科(centralscience)

科学按照其研究对象由简单到复杂分为：

上游：数学、物理学——研究对象简单，研究程度很深中游：化学下游：生命、材料、环境——研究对象复杂化学是中心科学，是从上游到下游必经之地，永远不会象有些人预计那样将要在物理学与生物学夹缝中逐步消亡！化学是一门中心科学徐光宪.今日化学何去何从[J],大学化学,,18(1):1化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有亲密联络、交叉和渗透中心科学。31化学学科发展现实状况与未来课件第31页31/49化学是一门实用科学人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学相关。◆当前一些重大工业过程基本上都基于化学过程。◆世界专利创造中有20%与化学相关。◆发达国家从事研究与开发科研人员中，化学与化工教授占二分之一左右。◆化工企业产品更新换代依靠化学进步，而化工产品产值和出口百分比在国民经济中一直保持着领先地位。32化学学科发展现实状况与未来课件第32页32/49化学是一门创造性科学

化学家辛勤耕耘着元素周期体系中百余个化学元素并整理着天然产物，所发觉新化合物几乎每约翻一番。伴随化学反应基础理论及合成方法不停发展和完善，新化合物增加速率已快于指数表示方式，90年代以来每年新增化合物约有60余万种。迄今化学家已经拥有1900多万种化合物，其中绝大多数是由化学家合成。化学在旧自然界旁又建起了一个新自然界。

——R.B.Woodward33化学学科发展现实状况与未来课件第33页33/49化学思想——科学哲学思想主要组成部分试验验证思想——试验方法来验证和探究化学知识思想守恒思想：①能量守恒;②质量守恒;③电荷守恒/得失电子守恒

动态平衡思想——用平衡移动原理来分析粒子之间相互反应,系统了解阐释溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡、氧化还原平衡等各种平衡体系本质。量变质变思想——质量互变规律在化学学科应用。比如：温度改变，物质状态改变；元素原子个数或排列方式不一样，产生了不一样物质（同素异形体和同分异构体）；反应物之间物质量百分比不一样，产物不一样；反应条件不一样，产物不一样；随原子序数递增，原子结构展现周期性改变，元素性质也呈周期性改变；定性试验和定量试验相互关系等。结构决定性质思想——物质结构决定物质性质，物质性质反应了物质结构34化学学科发展现实状况与未来课件第34页34/49化学与生物学不一样“生物学家致力于说明自然生命过程，而化学家则习惯于怎样去调控这一过程”。

——DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)生物学家注意认识世界，而化学家则想改造世界。

“化学家看起来比较审慎,善于分析并较多在本学科内独善其身。他们将注意力集中在分子上面，他们醉心于一个多手心中心、含有很大合成难度分子带来挑战，并力图用最短路线和最高产率来得到目标分子，经过用相对较少但巧妙技术以取得准确资料。对他们来讲重视蛋白质和核酸化学更甚于它们生理主要性。另首先。生物学家似乎较含有艺术性、调和性和主要用右脑思索。他们喜欢使用种类繁多却不太精密技术来研究细胞和器官内复杂现象。他们喜欢神秘和复杂，当揭去面纱，显露出分子本质时，他们中有些人则会感到失望”。——Kornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-535化学学科发展现实状况与未来课件第35页35/4920世纪化学并未取得社会应有认同报刊上提及20世纪创造六大技术——应为七大技术！信息技术（无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络）生物技术（基因重组、克隆和生物芯片）核科学和核武器技术航空航天和导弹技术激光技术纳米技术化学合成技术（新药品、新材料、高分子、化学和农药）化学家缺乏品牌意识，没有在社会上树立化学美好品牌，甚至化学成为有毒、有害、高污染代名词！化学家太谦虚!上述六大技术假如缺乏一两个，人类照样生存。但如没有创造合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药技术，世界粮食产量最少要减半，60亿人口中得30亿就会饿死。没有创造合成橡胶、合成塑料技术，人类生活要受到很大影响。36化学学科发展现实状况与未来课件第36页36/49从人类对七大技术创造需要迫切性来排序：

化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天技术；核技术；纳米技术；激光技术

按20世纪七大技术创造衍生产业规模及其对世界经济影响来排序：

信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；生物技术；纳米技术；激光技术按人类需要迫切性和其衍生产业规模排序20世纪和21世界上半叶理应称为是信息和化学合成时代，21世界下半叶才能成为生物技术时代！37化学学科发展现实状况与未来课件第37页37/49未来化学所面临重大挑战环境问题人口控制与健康食品问题资源与可连续发展3二十一世纪化学学科发展趋势38化学学科发展现实状况与未来课件第38页38/49（1）化学第一根本规律——化学反应理论和定律

建立准确有效而又普遍适用化学反应含时多体量子理论和统计理论。（2）化学第二根本规律——分子结构及其性能定量关系

分子和分子间非共价键相互作用本质和规律；超分子结构类型，生成和调控规律；给体--受体作用原理；深入完善原子价和化学键理论，尤其是无机化学中共价问题；生物大分子一级结构怎样决定高级结构？高级结构又怎样决定生物和生理活性？……。（3）活分子运动基本规律

充分认识和彻底了解人类和生物体内分子运动规律。如在地球元素生态循环中，植物界做了两件伟大事：光合作用——活分子催化剂叶绿素是怎样作用？生物固氮——豆科植物根瘤菌能打开非常稳定氮分子中化学键，生成含氮小分子，再深入合成蛋白质和核酸。（4）纳米尺度基本规律

当尺度在十分之几到10nm量级，正处于量子尺度和经典尺度含糊边界中，有许多新奇异特征和新效应，新规律和主要应用，值得理论化学家去探索研究。二十一世纪化学四大难题39化学学科发展现实状况与未来课件第39页39/49二十一世纪物理学提出了五大理论难题（1）4种作用力场统一问题，相对论和量子力学统一问题。（2）对称性破缺问题。（3）占宇宙总质量90%暗物质是什么问题。（4）黑洞和类星体问题。（5）夸克禁闭问题等。二十一世纪生物学也有重大难题和奋斗目标：（1）后基因组学和人类疾病消除。（2）蛋白质组学。（3）脑科学。（4）生物怎样进化？生命怎样起源等。二十一世纪物理学和生物学难题40化学学科发展现实状况与未来课件第40页40/493二十一世纪化学学科发展趋势3.1人类社会发展对化学需求

(1)化学仍是处理食物和健康问题主要学科之一化学将支撑生物学在提供优良品种，提供转基因生物等方面作贡献化学将在设计、合成功效分子和结构材料以及分子层次说明和控制生物过程机理方面，为研究开发高效安全肥料、饲料、农药、农用材料、生物肥料、生物农药打下基础利用化学和生物方法增加动植物食品防病有效成份，提供安全有防病作用食品和食品添加剂，更正食品储存加工方法，降低不安全原因，是化学研究主要内容

(2)化学在能源和资源合理开发和高效安全利用起关键作用要研究高效洁净转化技术和控制低品位燃料化学反应（保护环境，降低成本）开发新能源，太阳能以及高效洁净化学电源与燃料电池等将成为二十一世纪主要能源要研究主要矿产资源（如稀土）分离和深加工技术以及利用41化学学科发展现实状况与未来课件第41页41/49(3)化学将继续推进材料科学发展末来化学不但要设计和合成份子而且要把这些分子组装、构筑成有特定功效材料，从超导体到催化剂、药品控释载体、纳米材料都要从分子以上层次研究材料结构20世纪化学模拟酶活性中心已取得进展，未来将会在可用于生产、生活和医疗模拟酶研究方面有突破二十一世纪电子技术将向愈加紧、更小、功效更强方向发展，当前大家正在致力于量子计算机、生物计算机、分子器件、生物芯片等新技术，标志着分子电子学、分子信息技术到来，需要设计、合成各种物质和材料.

(4)化学仍是提升人类生存质量和生存安全有效保障经过研究各种物质和能生物效应（正面和负面）化学基础尤其是搞清两面性本质，找出最正确利用方案研究开发对环境无害化学品和生活用具，研究对环境无害生产方式，这两方面是绿色化学主要内容研究大环境和小环境（如室内环境）中不利原因产生、转化和与人体相互作用，提出优化环境洁净生活空间路径从分子水平了解病理过程，提出预警生物标志物检测方法，提议预防路径，预防疾病42化学学科发展现实状况与未来课件第42页42/493.2化学基础研究方法发展

(1)微观与宏观相结合

非平衡态热力学(普里高津，1977年诺贝尔化学奖)贡献是教给化学家一把开启从分子层次洞察生命过程钥匙。迄今还需要愈加好理论和方法描述实际开放系统(生物体、河流、大气等)时--空动态改变。预期未来微观与宏观将会更深入更广泛结合。(2)静态与动态(过程)相结合停流技术发展才使人们有可能研究快速反应过程。交叉分子束试验技术建立使微观反应动力学有了重大突破。近年来单分子操作能够用来观察分子动态过程，计算机能够模拟分子间相互作用过程。3二十一世纪化学学科发展趋势43化学