摘要：本文論述了化學(xué)的早期進(jìn)展、化學(xué)在國民經(jīng)濟中作用和化學(xué)在新世紀(jì)的展望，化學(xué)是zui有生機的一門實用學(xué)科。
關(guān)鍵詞：化學(xué)；材料科學(xué)；展望
1 化學(xué)的進(jìn)展
化學(xué)是自然科學(xué)中zui為實用的一門學(xué)科。早在上古經(jīng)驗化學(xué)時期，化學(xué)的實踐已在制陶、煉銅、煉鐵等技術(shù)為人類做出很多的貢獻(xiàn)。19世紀(jì)前后化學(xué)實踐已逐步上升到理論，理順了當(dāng)量和原子量的關(guān)系，確立了正確的化學(xué)式和分子式，建立起原子論，從而進(jìn)入近代化學(xué)時期。與此同時，揭示了元素周期律和碳原子的四面體價健規(guī)律，從而開闊了對物質(zhì)世界的論識，為天然資源的開發(fā)提供了契機。19世紀(jì)末，又揭示出原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和波—粒的二象性，將牛頓力學(xué)發(fā)展為量子力學(xué)。促使化學(xué)進(jìn)一步與物理學(xué)融合，所以說化學(xué)不僅要借助其它學(xué)科和一系列新技術(shù)的推動，同時也在促進(jìn)其它學(xué)科的發(fā)展，特別是在生物學(xué)方面。20世紀(jì)初，由于x射線衍射方法的出現(xiàn)，開拓了結(jié)構(gòu)化學(xué)。從而對蛋白和核酸這些生物大分子的三維結(jié)構(gòu)的研究和探討成為現(xiàn)實。同時放射性元素的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致原子能的利用和對原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。其后化學(xué)鍵理論和量子化學(xué)的發(fā)展，使化學(xué)的發(fā)展更加輝煌。
20世紀(jì)化學(xué)的zui大的成就在于合成化學(xué)的發(fā)展，盡管化學(xué)家只掌握百多個化學(xué)元素，但卻合成出兩千多萬個化合物，是為人類所依賴的物質(zhì)寶庫。這其中zui為突出的是合成大分子化學(xué)產(chǎn)物，滿足了人類生活的迫切需求，彌補天然資源的不足。
化學(xué)是研究物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)和性能及其相互轉(zhuǎn)化的學(xué)科，也就是研究化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程，這其中以揭示轉(zhuǎn)化過程的機制和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為核心問題，有利于分子設(shè)計和創(chuàng)造出更多人類急需的物質(zhì)。研究化學(xué)：反應(yīng)如何進(jìn)行，揭示化學(xué)反應(yīng)的歷程，這主要歸功于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)。近年來已取得很大的成就。
2 化學(xué)對國民經(jīng)濟的作用
隨著近代工業(yè)化的進(jìn)展，人口的不斷增長，能源供應(yīng)的緊張和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，已經(jīng)構(gòu)成當(dāng)代社會的三大主要挑戰(zhàn)。也就是說我們必須為增長的人口提供更多的糧食和衣著；必須為日益增長的能源需求開辟新的途徑；必須為環(huán)境污染進(jìn)行治理和為人類的身體健康提供大量的醫(yī)藥和保健品；還要為提高人類的生活水準(zhǔn)提供新材料等等，這一切都離不開化學(xué)產(chǎn)業(yè)，說明化學(xué)在國民經(jīng)濟中的重要地位。
2．1 在農(nóng)業(yè)方面
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要化學(xué)產(chǎn)業(yè)從天然資源中制取大量的低毒化肥，以及增加緩效、高濃和復(fù)合化肥的比重，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)大幅度的增產(chǎn)，還需要大量低毒的農(nóng)藥，殺蟲劑、除草劑，可減少勞力，增加農(nóng)業(yè)收入，特別是生產(chǎn)與環(huán)境有關(guān)的生物化肥和生物農(nóng)藥，以利于人民的身體健康。農(nóng)膜的生產(chǎn)也日益增長，但應(yīng)生產(chǎn)日光能分解的農(nóng)膜，防止造成災(zāi)害。
2．2在材料方面
人們歷來用作防寒取暖的天然纖維早巳不敷應(yīng)用，目前合成纖維已占據(jù)主導(dǎo)地位，但要發(fā)展吸水性高，透氣性好的化纖，以滿足人民更高生活的需要。塑料和合成橡膠的發(fā)展速度更快，打破了傳統(tǒng)的棉花紡制衣著，磚瓦砂石建房子，木材做家具，以及玻璃、水泥、鋼鐵等的應(yīng)用范圍。已被三大合成高分子材料占據(jù)了主導(dǎo)地位。據(jù)早在1973年的統(tǒng)計*金屬材料只有1660萬m3，而高分子材料卻發(fā)展到2000萬m3，到80年代高分子材料年產(chǎn)量已超過一億噸。此外，化學(xué)產(chǎn)業(yè)還在宇航技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)、能源工業(yè)、汽車工業(yè)、輕紡工業(yè)、生物技術(shù)等方面提供了大量的必要材料，已成為這些行業(yè)的重要支柱。
2．3在環(huán)保方面
化學(xué)產(chǎn)業(yè)在環(huán)保方面的作用更為突出，它既是污染的禍源，也是治理環(huán)境污染的必要途徑，可以說地球上水系的污染、大氣的污染、農(nóng)副產(chǎn)品的污染等等都與化學(xué)產(chǎn)業(yè)有關(guān)，這正是由于化學(xué)產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)的大發(fā)展，人們在利益的趨動下，忽視了化學(xué)流程廢物的排放和對某些化學(xué)品使用不當(dāng)所引起的負(fù)面作用所致。又如汽車尾氣排放的no2和c．h化合物，在日光作用下可轉(zhuǎn)化出多種自由基，參與各種化學(xué)和光化學(xué)過程；燃煤產(chǎn)生的so2和煤煙，經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生硫酸型氣溶膠，1952年倫敦大霧兩周其煙霧事件競造成4000人死亡，70年代提出了酸雨污染問題；氟里昂本是制冷設(shè)備用的重要材料，可是它被紫外光分解產(chǎn)生氯原子之后，競會在南極的大氣平流層產(chǎn)生巨大的“臭氧洞”，導(dǎo)致紫外線的危害；還有co2的排放量的增加等等：這些都會危害人類的健康，目前已達(dá)到非治理不可的嚴(yán)峻地步。
2．4在能源方面
20世紀(jì)以來石油煉制和天然氣的利用得到的大發(fā)展，由煤出發(fā)經(jīng)催化劑取液體燃料，co加氫合成汽油，核能發(fā)電等都取得了長足的進(jìn)展，緩解了能源的緊張。
3 化學(xué)在新世紀(jì)的展望
化學(xué)今后的中心任務(wù)仍為揭示物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系和有關(guān)規(guī)律，籍以分子設(shè)計開創(chuàng)新物質(zhì)，特別是功能性材料；研究化學(xué)反應(yīng)機理和化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化過程。在新世紀(jì)中世界面臨的挑戰(zhàn)仍將是人口控制、人類健康、環(huán)境保護(hù)的治理、能源開發(fā)、材料與資源等問題。這其中對食品安全和品質(zhì)，以及排除化學(xué)的影響，已引起人們的高度重視。
3．1 合成化學(xué)大有作為
合成化學(xué)在上個世紀(jì)取得了的大發(fā)展，新物質(zhì)c60富勒烯和tc超氧化合物即為典型代表。在新世紀(jì)里合成化學(xué)將向高選擇性和率的方向發(fā)展，選用新反應(yīng)、新方法、新試劑研究催化合成。手性合成、生物合成等必將成為熱點。所謂的高選擇性和率，旨在尋找以催化劑為核心的*過程和設(shè)計*化合物，也就是要在合成中盡量減少反應(yīng)步驟，從原料到產(chǎn)品要直達(dá)，要全部轉(zhuǎn)化，這樣可使反應(yīng)產(chǎn)率高、耗能低、省原料、反應(yīng)條件溫和、不污染環(huán)境，符合原子經(jīng)濟性（atom economy）原則。在新世紀(jì)中化學(xué)zui重要的是向合成材料和探討生物體內(nèi)的合成上發(fā)展。因為人類對材料有著無盡無休的要求，不僅要提高基礎(chǔ)材料的功能和質(zhì)量，更要創(chuàng)造各類新材料，推動各部門的發(fā)展。特別是要研究生物體內(nèi)酶的催化合成尤為重要，例如蠶吃桑葉能吐絲、牛吃草能擠奶，都是由蛋白質(zhì)酶催化完成的。它們猶如一個小工廠，能耗低、無污染、在極其溫和條件下進(jìn)行合成。這豈不是今后化學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大方向。同時必將揭示出基因組工程和蛋白組工程的諸多奧秘，向生命科學(xué)邁進(jìn)。
3．2 化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)研究應(yīng)繼續(xù)深入
化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)上為化學(xué)的核心，是研究物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)和性能以及相互轉(zhuǎn)化過程的學(xué)科，它雖已有一、二百年的歷史，但我們對它認(rèn)識并不十分清楚，比如化學(xué)鍵的斷裂和重組，分子的吸收能量問題，尤其是生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)酶所起的催化反應(yīng)復(fù)雜得很，更是了解的不夠，將來如以同步輻射和掃描隧道等新手段和新方法，再加以電子計算機的配合，總會找出酶催化的反應(yīng)機制，打破化學(xué)發(fā)展的突破口。但是，在化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)研究中必須注意符合“原子經(jīng)濟”性的原則和綠色化學(xué)工藝的問題。
3．3 治理污染刻不容緩
當(dāng)前對防治大氣和水系污染以及污水的處理等環(huán)境治理問題均已迫在眉睫。必須高度重視各項工業(yè)的廢物排放，排放廢料的凈化處理，燃燒廢氣的催化凈化，飲用水和農(nóng)副產(chǎn)品的污染處理，防治鹽堿地、干旱和土地荒漠化的生態(tài)惡化，以水或超臨界co2為介質(zhì)取代溶劑的生產(chǎn)等一系列問題，以確保人們的身體健康。
3．4 新能源的開發(fā)勢在必行
世界上的石油資源已面臨枯竭，開發(fā)太陽能發(fā)電、光解水制氫和co加氫合成汽油等技術(shù)，已倍受重視，雖說太陽能的光電轉(zhuǎn)換早已用于衛(wèi)星，但大功率、大規(guī)模的應(yīng)用尚在開發(fā)中，這其中以電化學(xué)將起重要作用。此外在燃料電池和改善煤燃燒的研究也在積極進(jìn)行，但應(yīng)注意開發(fā)的新能源應(yīng)符合綠色環(huán)保的要求。
3．5 破解生命的奧秘期望化學(xué)的突破
新世紀(jì)zui熱點的學(xué)科莫過于生命科學(xué)，然在生命過程中本質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)，只不過生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)主要是由蛋白質(zhì)酶專一催化在溫和條件下進(jìn)行的，其反應(yīng)機制萬分復(fù)雜，主要由化學(xué)動力學(xué)和動態(tài)學(xué)解決。有人說，酶的化作用機制好比一臺的分子機器，并不為過。所以說生命的問題不能單靠生物學(xué)來解決，必須要多學(xué)科的大兵團(tuán)作戰(zhàn)，并利用電子計算機、激光、脈沖、磁共振、電子束等*的大力配合，而且要以精通化學(xué)的生物學(xué)家為主導(dǎo)，才有可能奏效。
4 結(jié)束語
上述回顧了早期化學(xué)的發(fā)展和過去化學(xué)的貢獻(xiàn)，以及化學(xué)在未來的重大作用，顯示出化學(xué)的無限生機和光輝前景。那些認(rèn)為化學(xué)已經(jīng)過時的論調(diào)，豈不是無稽之談。化學(xué)配合其它學(xué)科和技術(shù)真的有一天破解了生命的奧秘，那么幾千年來生命的神秘色彩也就不消自滅了。
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