现代化学进展 第五章_PPT幻灯片

③化学带动了材料科学的发展。从利用天然材料到创 造和利用合成材料是人类历史中的一大关键性进步，是化 学发展的里程碑。从萌芽时期起，化学家就积累了不少制 备与合成化学物质的经验、而后总结这些经验形成了化学 合成理论和技术，发展成为合成化学。到40年代以后，以
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模仿生物材料(如橡胶、蚕丝等)为目标的高分子合成以及 作为它的基础的聚合反应研究蓬勃发展，成为现代材料科 学建立和发展的第一步。Ziegler-Natta催化剂是一个突 破(1963年Nobel化学奖)，它实现了定向有规高分子的合 成，是有序结构研究的极其重要的提示。做到控制聚合过 程和聚合物结构就引起了后来的一系列重要进展，其中最 为突出的是作为控制条件的催化剂研究。20世纪早期的材 料研究大部分针对结构材料和基本材料。后来，功能材料 成为热点，电子、航天、高速运输工具、快速通信等进展 主要起端于象高纯单晶硅、光导纤维、耐极端条件的材料、 各种能量转化材料和敏感材料等。在这些无机和有机功能 材料研究中，化学是原始创新的龙头。只有掌握结构-性 质-功能的关系以及合成和组装的化学过程，才能设计合 成新的功能材料。半导体、液晶、分子筛等就是突出的例
天然化合物也有其两面性，甚至其中有的毒性非常强。 不论化学创造的新物质和自然界原有的物质，都要合理使 用。化学能够帮助人们了解化学物质的性质和变化规律，
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了解它们两面性的本质，这就是合理使用它们的科学基础。 化学也能帮助人们认识自然界发生的各种化学过程，使之 能够正确地使用它们和控制它们。例如，通过化学的研究， 使人们发现，破坏臭氧后的是氟里昂之类的化学物质。但 是，破坏臭氧层的化学物质并非只有氟里昂；面且影响臭 氧层的也并非都是化学品。反而是靠化学才解决了臭氧层 的形成和破坏的机理，才找到了保护臭氧层的途径。 Molia，Rowland和Crutzen就是因为他们在研究大气层化 学，特别是臭氧层的形成和破坏方面所取得的成果面获得 了1997年Nobel化学奖。化学不仅对于解决化学品滥用问 题上起到关键作用，面且在处理物理的和生物的危险因素 方面也能够发挥主要作用。例如，对受到放射性、紫外线 等辐照的人的处理与治疗就是利用整合清除金属，或者用
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化学雾形成和大气臭氧层消失从单纯现象的观察、宏观测 量以及来源的寻找，发展到认识机理，跟踪、模拟和控制 过程，如此等等，都是化学推动的结果。可以说，化学过 程无所不在。今后还要用化学研究解决过程控制的问题。 例如，所有材料(从天然材料如皮肤、骨、橡胶等到合成 材料如塑料、合成纤维等)的老化和降解是极其普遍的自 由基参与的氧化过程，需要用化学研究过程的本质，设法 阻止和推迟其进程。
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种化学过程的学科。例如，化学引用化学热力学、化学动 力学的概念和方法与土壤学融合，研究土壤中物质转化和 迁移规律，发展了土壤化学；同样，引用化学热力学、化 学动力学概念和方法，研究水体中物质转化和迁移规律诞 生了水化学。接着，水化学和土壤化学又进一步在解决水 体、土壤中有害物质的转化和迁移问题上发挥其重要作用， 成为环境化学的基础。再如，石油之所以从作为燃料发展 到成为化工原料，依赖许多化学的基础研究。从仅仅了解 石油的组成和燃烧性质的石油化学到石油加工、以至石油 化工的成熟和发达，几乎每一步都需要研究如何控制化学 过程。由于几乎每一步都需要催化剂加速和控制反应过程， 所以石油化工几乎与催化化学和表面化学同步进展。河流 和港湾的泥砂淤积过程从用惰性微粒加惰性流体的物理模 型发展成为活性微粒加活性流体的物理化学模型；光
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化学的创造力的确给人们营造了一个全新的物质环境。 这些成果一度使人们乐而忘忧，先发达国家的人们毫无顾 虑地改变着和影响着自然。但是经过100多年的工业大发 展之后，人们才渐渐明白了一件事实：生产和生活上的不 当会反过来影响人类的安全。其中最引人注意的是天然资 源的滥采和化学品的滥用所引起的负面作用。因此，合理 使用化学品成为20世纪来提给科学技术界极其重要的问题。 一时之间合成化学品被当作“定时炸弹”，或者当作污染 物的代名词,事实上，任何物质和能量以至于生物，对人 类来说都有两面性。
（2）在相关学科的发展中起了牵头作用 ①牵动其他学科向分子层次发展。在20世纪，整个自 然科学领域中出现过一个大变化，即所有物质科学都向分 子层次发展。最为明显的是生物学。在20世纪50-60年
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代，生命科学各个领域出现了一系列在分子层次研究问题 的新学科：分子生物学，分子遗传学，分子病理学，分子 免疫学等等，不一而足。这不是偶然的。从20-30年代起 生物小分子的化学结构研究(在糖、血红素、叶绿素、维 生素等方面)就多次获得Nobel化学奖，这是有机化学向生 命科学逼近的第一步。其后化学家在研究生物大分子结构 上又有了突破。
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②化学能够提供组成分析和结构分析手段，使人们能 够在分子层次上认识天然的和合成的物质与材料的组成和 结构，掌握和解释结构-性质-功能的关系，并且能够预测 某种结构的分子是否可以存在?在什么条件下存在?有了这 些基础，化学就能针对需要“裁剪”和设计分于。
③化学掌握了决定化学过程的热力学、动力学理论， 并用于解决生产和生活问题；而且能从理论上指导新物质 (如催化剂)和反应新条件(如高压、高温、超临界状态)的 设计和创造，从而能够达到大自然所不能达到的目标。
②化学研究带动其他学科的过程研究。化学研究使人 们逐渐掌握了物质变化的规律和各类化学反应的机理，也 使人们能够在掌握化学反应的时空变化观律的基础上认识 化学过程，揭示自然界物质变化的本质。这方面的研究是 工业、农业、环境保护、能源等方面科学研究的描动力。 在各个方面，化学与其他学科融合之后分化出许多研究各
存的基本需要；后来就进一步要求满足日益增长的生存质 量的需要；再后来，到20世纪后期才认识到要在保证生存 安全的前提下提高生Fra Baidu bibliotek质量。既要保证现今地球上的人， 也要保证来来子孙后代，因此提出了可持续性发展的战略 思想。现在大家都知道可持续性发展要依赖科技进步；但 也要知道并非一切科技进步都支持可持续性发展。只有满 足人类生存、生存质量和生存安全三方面的要求，科技进 步才能够成为人类不断进步的推动力。