1. 關於化學學科的努力目標,怎樣奮斗學習寫出展望與奮斗目標。速度!!
化學是一門有用、有意思的學科,興趣是最好的老師,在新學期開始前,我要首先培養對化學的興趣。其次,我要上課專心聽講,好好記筆記,一些化學常用名詞和實驗步驟牢記在心。再次,通過做練習來鞏固所學的知識。化學中的元素周期表和化合價是基礎,我會好好掌握,更好地理解化學這個神奇的世界。
2. 展望化學發展的未來有哪些美好前程
化學一直是發展旺盛的,因為它
與生活,生產息息相關,如航天
的高能燃料,科技前沿技術,相
關的能源,日用百貨等都是化學
研究的領域
3. 化學學科的發展進程
【最開始】古時候,原始人類為了他們的生存,在與自然界的種種災難進行抗爭中,發現和利用了火。原始人類從用火之時開始,由野蠻進入文明,同時也就開始了用化學方法認識和改造天然物質。燃燒就是一種化學現象。(火的發現和利用,改善了人類生存的條件,並使人類變得聰明而強大。)掌握了火以後,人類開始食用熟食;繼而人類又陸續發現了一些物質的變化,如發現在翠綠色的孔雀石等銅礦石上面燃燒炭火,會有紅色的銅生成。這樣,人類在逐步了解和利用這些物質的變化的過程中,製得了對人類具有使用價值的產品。人類逐步學會了制陶、冶煉;以後又懂得了釀造、染色等等。這些有天然物質加工改造而成的製品,成為古代文明的標志。在這些生產實踐的基礎上,萌發了古代化學知識。
古人曾根據物質的某些性質對物質進行分類,並企圖追溯其本原及其變化規律。公元前4世紀或更早,中國提出了陰陽五行學說,認為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質組合而成的,而五行則是由陰陽二氣相互作用而成的。此說法是樸素的唯物主義自然觀,用「陰陽」這個概念來解釋自然界兩種對立和相互消長的物質勢力,認為二者的相互作用是一切自然現象變化的根源。此說為中國煉丹術的理論基礎之一。
【公元前4世紀】希臘也提出了與五行學說類似的火、風、土、水四元素說和古代原子論。這些樸素的元素思想,即為物質結構及其變化理論的萌芽。後來在中國出現了煉丹術,到了公元前2世紀的秦漢時代,煉丹術已頗為盛行,大致在公元7世紀傳到阿拉伯國家,與古希臘哲學相融合而形成阿拉伯煉丹術,阿拉伯煉丹術於中世紀傳入歐洲,形成歐洲煉金術,後逐步演進為近代的化學。
煉丹術的指導思想是深信物質能轉化,試圖在煉丹爐中人工合成金銀或修煉長生不老之葯。他們有目的的將各類物質搭配燒煉,進行實驗。為此涉及了研究物質變化用的各類器皿,如升華器、蒸餾器、研缽等,也創造了各種實驗方法,如研磨、混合、溶解、潔凈、灼燒、熔融、升華、密封等。
與此同時,進一步分類研究了各種物質的性質,特別是相互反應的性能。這些都為近代化學的產生奠定了基礎,許多器具和方法經過改進後,仍然在今天的化學實驗中沿用。煉丹家在實驗過程中發明了火葯,發現了若干元素,製成了某些合金,還制出和提純了許多化合物,這些成果我們至今仍在利用。
【真正成為學科意義上的化學】
【16世紀開始】歐洲工業生產蓬勃興起,推動了醫葯化學和冶金化學的創立和發展,使煉金術轉向生活和實際應用,繼而更加註意物質化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立後,通過對燃燒現象的精密實驗研究,建立了科學的氧化理論和質量守恆定律,隨後又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,為化學進一步科學的發展奠定了基礎。
【1775年前後】拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說,開創了定量化學時期,使化學沿著正確的軌道發展。19世紀初,英國化學家道爾頓提出近代原子學說,突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特徵,其中量的概念的引入,是與古代原子論的一個主要區別。近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋,成為說明化學現象的統一理論。接著義大利科學家阿伏加德羅提出分子概念。自從用原子-分子論來研究化學,化學才真正被確立為一門科學。這一時期,建立了不少化學基本定律。俄國化學家門捷列夫發現元素周期律,德國化學家李比希和維勒發展了有機結構理論,這些都使化學成為一門系統的科學,也為現代化學的發展奠定了基礎。
通過對礦物的分析,發現了許多新元素,加上對原子分子學說的實驗驗證,經典性的化學分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價概念的產生、苯的六環結構和碳價鍵四面體等學說的創立、酒石酸拆分成旋光異構體,以及分子的不對稱性等等的發現,導致有機化學結構理論的建立,使人們對分子本質的認識更加深入,並奠定了有機化學的基礎。
【1 9世紀下半葉】熱力學等物理學理論引入化學之後,不僅澄清了化學平衡和反應速率的概念,而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學和化學動力學的理論基礎。物理化學的誕生,把化學從理論上提高到一個新的水平。
【二十世紀至今】
二十世紀的化學是一門建立在實驗基礎上的科學,實驗與理論一直是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀以後,由於受到自然科學其他學科發展的影響,並廣泛地應用了當代科學的理論、技術和方法,化學在認識物質的組成、結構、合成和測試等方面都有了長足的進展,而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上產生了新的化學分支學科。
近代物理的理論和技術、數學方法及計算機技術在化學中的應用,對現代化學的發展起了很大的推動作用。19世紀末,電子、X射線和放射性的發現為化學在20世紀的重大進展創造了條件。
在結構化學方面,由於電子的發現開始並確立的現代的有核原子模型,不僅豐富和深化了對元素周期表的認識,而且發展了分子理論。應用量子力學研究分子結構,產生了量子化學。
從氫分子結構的研究開始,逐步揭示了化學鍵的本質,先後創立了價鍵理論、分子軌道理論和佩位場理論。化學反應理論也隨著深入到微觀境界。應用X射線作為研究物質結構的新分析手段,可以洞察物質的晶體化學結構。測定化學立體結構的衍射方法,有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應用所積累的精密分子立體結構信息最多。
研究物質結構的譜學方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等,與計算機聯用後,積累大量物質結構與性能相關的資料,正由經驗向理論發展。電子顯微鏡放大倍數不斷提高,人們以可直接觀察分子的結構。
經典的元素學說由於放射性的發現而產生深刻的變革。從放射性衰變理論的創立、同位素的發現到人工核反應和核裂變的實現、氘的發現、中子和正電子及其它基本粒子的發現,不僅是人類的認識深入到亞原子層次,而且創立了相應的實驗方法和理論;不僅實現了古代煉丹家轉變元素的思想,而且改變了人的宇宙觀。
作為20世紀的時代標志,人類開始掌握和使用核能。放射化學和核化學等分支學科相繼產生,並迅速發展;同位素地質學、同位素宇宙化學等交叉學科接踵誕生。元素周期表擴充了,已有109號元素,並且正在探索超重元素以驗證元素「穩定島假說」。與現代宇宙學相依存的元素起源學說和與演化學說密切相關的核素年齡測定等工作,都在不斷補充和更新元素的觀念。
在化學反應理論方面,由於對分子結構和化學鍵的認識的提高,經典的、統計的反應理論以進一步深化,在過渡態理論建立後,逐漸向微觀的反應理論發展,用分子軌道理論研究微觀的反應機理,並逐漸建立了分子軌道對稱守恆定律和前線軌道理論。分子束、激光和等離子技術的應用,使得對不穩定化學物種的檢測和研究成為現實,從而化學動力學已有可能從經典的、統計的宏觀動力學深入到單個分子或原子水平的微觀反應動力學。
計算機技術的發展,使得分子、電子結構和化學反映的量子化學計算、化學統計、化學模式識別,以及大規模術技的處理和綜合等方面,都得到較大的進展,有的已經逐步進入化學教育之中。關於催化作用的研究,以提出了各種模型和理論,從無機催化進入有機催化和增物催化,開始從分子微觀結構和尺寸的角度核生物物理有機化學的角度,來研究酶類的作用和酶類的結構與其功能的關系。
分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。一方面,經典的成分和組成分析方法仍在不斷改進,分析靈敏度從常量發展到微量、超微量、痕量;另一方面,發展初許多新的分析方法,可深入到進行結構分析,構象測定,同位素測定,各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定,以及對短壽命亞穩態分子的檢測等。分離技術也不斷革新,離子交換、膜技術、色譜法等等。
合成各種物質,是化學研究的目的之一。在無機合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不僅開創了無機合成工業,而且帶動了催化化學,發展了化學熱力學和反應動力學。後來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導體、超導材料和二茂鐵等配位化合物。
在電子技術、核工業、航天技術等現代工業技術的推動下,各種超純物質、新型化合物和特殊需要的材料的生產技術都得到了較大發展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學家提出了新的挑戰,需要對零族元素的化學性質重新加以研究。無機化學在與有機化學、生物化學、物理化學等學科相互滲透中產生了有機金屬化學、生物無機化學、無機固體化學等新興學科。
酚醛樹脂的合成,開辟了高分子科學領域。20世紀30年代聚醯胺纖維的合成,使高分子的概念得到廣泛的確認。後來,高分子的合成、結構和性能研究、應用三方面保持互相配合和促進,使高分子化學得以迅速發展。
各種高分子材料合成和應用,為現代工農業、交通運輸、醫療衛生、軍事技術,以及人們衣食住行各方面,提供了多種性能優異而成本較低的重要材料,成為現代物質文明的重要標志。高分子工業發展為化學工業的重要支柱。 20世紀是有機合成的黃金時代。化學的分離手段和結構分析方法已經有了很大發展,許多天然有機化合物的結構問題紛紛獲得圓滿解決,還發現了許多新的重要的有機反應和專一性有機試劑,在此基礎上,精細有機合成,特別是在不對稱合成方面取得了很大進展。
一方面,合成了各種有特種結構和特種性能的有機化合物;另一方面,合成了從不穩定的自由基到有生物活性的蛋白質、核酸等生命基礎物質。有機化學家還合成了有復雜結構的天然有機化合物和有特效的葯物。這些成就對促進科學的發展起了巨大的作用;為合成有高度生物活性的物質,並與其他學科協同解決有生命物質的合成問題及解決前生命物質的化學問題等,提供了有利的條件。
【化學發展的趨勢】20世紀以來,化學發展的趨勢可以歸納為:由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩定態向亞穩定態發展,由經驗逐漸上升到理論,再用於指導設計和開創新的研究。一方面,為生產和技術部門提供盡可能多的新物質、新材料;另一方面,在與其它自然科學相互滲透的進程中不斷產生新學科,並向探索生命科學和宇宙起源的方向發展。
4. 化學展望和努力目標200字小作文
展望 盼望著,盼望著,天氣漸漸寒冷了,新年的腳步接近了。 長輩們認為,過年就要有新氣象,有喜氣。我也這么認為,可我可不是和長輩們一樣,換衣服,換傢具等。我認為,過年了,就要准備展現一個新的自我形象,讓大家刮目相看。改掉自己的缺點,發揚自己的優點。在過去的一年裡,有我做的不好的或不夠好的,我都不會再去犯同樣的錯誤。 在新年裡,我打算靜下心來學習,改掉自己游手好閑的習慣。平時我下課了就是隨便玩玩或是上個廁所,實在閑的沒事干,就想做作業,可作業剛拿出來,又想去玩了。沒玩的,就去找別人玩,甚至煩別人。我也由進班的第四名淪落到第十五名。我的數學錯了十四分,有十三分是計算題錯了。我曾向很多人說過我只是因為計算錯了,想為自己辯解一下。可現在我突然醒悟:「不要為失敗找理由,要為成功找方法。」由於作業很多,家離學校遠,經常晚睡早起,上課時打盹。於是我打算下個學期在我桌子上寫一張警示語:「此刻打盹,你將做夢;此刻學習,你將圓夢!」我還打算為我自己定一個奮斗目標,貼在我桌子上,時刻激勵我。我也會改掉我自己最大的毛病:驕傲自滿。平時我總覺得自己沒有哪一門功課差的,因為小學班主任給了我一個稱號:「楊聰」為此我炫耀了很久。現在我的考試成績並不是很理想,僅僅數學是滿分。 不僅僅是在學習方面,在為人處事方面我也存在著不小的問題。經常把別人惹生氣了還不知道怎麼回事。最開始進班時。我首先認識了兩個好朋友:邱翊君,張文傲。因為我們都是班上前五名之一。漸漸地,我發現,我被冷落了。張文傲和邱翊君的友誼越來越深厚,他們兩個漸漸疏遠了我。我打算,在新的一年裡,我將提高我的個人素養,注意文明禮貌,我將會不時地在心裡提醒自己,我將在下個學期重新和他們做朋友。 新年新氣象,我也就是這些新氣象了,明年我又會有什麼新氣象呢?
5. 我是化學課代表,開學一個月了,老師讓「回顧過去,總結現在,展望未來」,怎麼寫
主要講你這一科老師是如何教的,你們學生又分作作了那些工作,你們的化學學得怎麼樣?是否適應現在的教學,主要目的是讓家長放心你們在學校的表現,不需要太長時間,幾分鍾就可以了。
6. 有機地球化學的未來展望
沉積岩有機質,特別是生物標志化合物及其成因機理研究,以及乾酪根的組成與結構研究,將會取得重要進展。
地球形成早期階段的碳循環屬於前生期化學演化,化學演化是解決生命起源的一把鑰匙,將會受到相當的重視。
石油成因現代理論的產生,促進了石油資源的遠景評價和地質勘探工作。
油氣地球化學等應用領域將會相應地獲得重要進展。
7. 試談分析化學的發展趨勢
分析化學學科的發展經歷了三次巨大變革:第一次是隨著分析化學基礎理論,特別是物理化學的基本概念(如溶液理論)的發展,使分析化學從一種技術演變成為一門科學,第二次變革是由於物理學和電子學的發展,改變了經典的以化學分析為主的局面,使儀器分析獲得蓬勃發展。目前,分析化學正處在第三次變革時期,生命科學、環境科學、新材料科學發展的要求,生物學、信息科學,計算機技術的引入,使分析化學進入了一個嶄新的境界。第三次變革的基本特點:從採用的手段看,是在綜合光、電、熱、聲和磁等現象的基礎上進一步採用數學、計算機科學及生物學等學科新成就對物質進行縱深分析的科學;從解決的任務看,現代分析化學已發展成為獲取形形色色物質盡可能全面的信息、進一步認識自然、改造自然的科學。現代分析化學的任務已不只限於測定物質的組成及含量,而是要對物質的形態(氧化-還原態、絡合態、結晶態)、結構(空間分布)、微區、薄層及化學和生物活性等作出瞬時追蹤、無損和在線監測等分析及過程式控制制。隨著計算機科學及儀器自動化的飛速發展,分析化學家也不能只滿足於分析數據的提供,而是要和其它學科的科學家相結合,逐步成為生產和科學研究中實際問題的解決者。近些年來,在全世界科學界和分析化學界開展了「化學正走出分析化學」、「分析物理」、「分析科學」等熱烈議論,反映了這次變革的深刻程度。
未來化學在人類生存、生存質量和安全方面將以新的思路、觀念和方式繼續發揮核心科學的作用。應該說,20世紀的化學科學在保證人類衣食住行需求、提高人類生活水平和健康狀態等方面起了重大作用,21世紀人類所面臨的糧食、人口、環境、資源和能源等問題更加嚴重,雖然這些難題的解決要依賴各個學科,但無論如何總是要依靠研究物質基礎的化學學科。
(1)化學仍然是解決食品問題的主要學科之一
化學將在設計、合成功能分子和結構材料以及從分子層次闡明和控制生物過程(如光合作用、動植物生長)的機理等方面,為研究開發高效安全肥料、飼料和肥料/飼料添加劑、農葯、農用材料(如生物可降解的農用薄膜)、生物肥料、生物農葯等打下基礎。利用化學和生物的方法增加動植物食品的防病有效成分,提供安全的有防病作用的食物和食物添加劑,改進食品儲存加工方法,以減少不安全因素等,都是化學研究的重要內容。
(2)化學在能源和資源的合理開發和高效安全利用中起關鍵作用
在能源和資源方面,未來化學要研究高效潔凈的轉化技術和控制低品位燃料的化學反應;新能源如太陽能以及高效潔凈的化學電源與燃料電池等都將成為21世紀的重要能源,這些研究大多都需要從化學基本問題作起,否則,很難取得突破。礦產資源是不可再生的,化學要研究重要礦產資源(如稀土)的分離和深加工技術以及利用。
(3)化學繼續推動材料科學的發展
各種結構材料和功能材料與糧食一樣永遠是人類賴以生存和發展的物質基礎。化學是新材料的「源泉」,任何功能材料都是以功能分子為基礎的,發現具有某種功能的新型結構回引起材料科學的重大突破(如富勒烯)。未來化學不僅要設計和合成分子,而且要把這些分子組裝、構築成具有特定功能的材料。從超導體、半導體到催化劑、葯物控釋載體、納米材料等都需要從分子和分子以上層次研究材料的結構。20世紀化學模擬酶的活性中心的研究已取得進展,未來將會在可用於生產、生活和醫療的模擬酶的研究方面有所突破,而突破是基於構築既有活性中心又有保證活性中心功能的高級結構的化合物。21世紀電子信息技術將向更快、更小、功能更強的方向發展,目前大家正在致力於量子計算機、生物計算機、分子器件、生物晶元等新技術,標志著「分子電子學」和「分子信息技術」的到來,這就要求化學家作出更大的努力,設計、合成所需要的各種物質和材料。
(4)化學是提高人類生存質量和生存安全的有效保障
在滿足生存需要之後,不斷提高生存質量和生存安全是人類進步的重要標志。化學可從三個方面對保證生存質量的提高做出貢獻:① 通過研究各種物質和能的生物效應(正面的和負面的)的化學基礎,特別是搞清兩面性的本質,找出最佳利用方案;② 研究開發對環境無害的化學品和生活用品,研究對環境無害的生產方式,這兩方面是綠色化學的主要內容;③ 研究大環境和小環境(如室內環境)中不利因素的產生、轉化和與人體的相互作用,提出優化環境建立潔凈生活空間的途徑。
健康是重要的生存質量的標志。維持健康狀態靠預防和治療兩方面,以預防為主。預防疾病是21世紀醫學的中心任務。化學可以從分子水平了解病理過程,提出預警生物標志物的檢測方法,建議預防途徑。
展望未來,二十一世紀的化學仍將是一門中心的、實用的和創造性的科學,它將幫助我們解決人類所面臨的一系列重大問題,與此同時,化學將得到進一步發展。我們有理由相信21世紀的化學將更加繁榮興旺,化學將迎來它的黃金時代
8. 我對化學課的憧憬200字以上
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談談我上化學課的一點體會
化學是初三才安排學習的一門學科,初中化學教學是化學教育的啟蒙階段,如何學好這門功課呢?進入初三學生多數已適應了初中的學習生活,具備了一般的學習能力、學習方法和知識基礎,對自己的前途理想有了初步的考慮,因此只要做好充分的准備,課前認真預習,課上集中精力,課後及時復習總結,高度重視實驗,培養觀察和動手能力,就能學好化學。在此,我結合自己幾年的化學教學談談學好化學的體會。
一、課前預習要做好
要想學好化學,課前一定要預習。上課前,一定要抽出時間自覺地預習新課內容,在頭腦中形成一個整體印象,初步了解將要學習課程的基本內容和思路。這有利於發現問題,抓住重、難點,既能提高聽講效率,又使自己學習主動、有興趣,同時,也能縮短課後復習和完成作業的時間。
預習時應該注意:
1、通過閱讀課文,了解基本內容,把重要的內容用鉛筆在書上作一些記號。 2、對課文中的重、難點以及還有疑問的地方,要做好標記,以便於上課時有意識、有目的地聽講和筆記。
3、在了解了主要內容的基礎上,對相關的已學知識及時復習,遺忘的加以彌補。 二.課堂聽課要認真
聽課是學習過程的核心環節,是學會和掌握知識的主要途徑。課堂上能不能掌握好所學的知識,是決定學習效果的關鍵。如果在課堂上能基本掌握所學的基礎知識和技能,課後復習和做作業就會迎刃而解;如果上課時不注意聽講,當堂沒聽懂,在課堂上幾分鍾就能解決的問題,而課後可能要花費幾倍的時間才能弄清楚。所以,集中精力聽好每一堂課,會收到事半功倍的效果,是學好功課的關鍵。
聽課時應該注意:
一定要聚精會神,集中注意力,不但要認真聽老師的講解,還要特別注意老師講課的思路和反復強調的重點難點。邊聽課、邊記筆記,遇到沒有聽明白或沒記下來的地方要作些記號,課後及時請教老師或問同學,切忌不能讓問題過夜。
注意聽同學對老師提問的回答以及老師對同學回答的評價:哪點答對了,還有哪些不全面、不準確和指出錯誤的地方,這樣也能使自己加深對知識的理解,使自己能判斷是非。
課堂教學是教與學的雙向活動,學生是主體,教師起主導作用,學生要積極、主動地參與課堂教學,聽課時,一定要排除一切干擾和雜念,眼睛要盯住老師,要跟著老師的講述和所做的演示實驗,進行積極地思考,仔細地觀察,踴躍發言,及時記憶,抓緊課堂上老師所給的時間認真做好課堂練習,努力把所學內容當堂消化,當堂記住。
要勤於思考。學生在課堂上聽老師講解學習內容,雖然聽覺通道的暢通十分重要,但僅僅把學習的主要著眼點放在「聽」的方面是不夠的。如果僅僅是「聽」,充其量是聽懂,聽懂不一定能掌握,不一定會靈活運用。因此學生在課堂上進行聽課的時候,不僅要注意「聽」,而且要勤於思考,學會思考,使思維處於高度活躍狀態,力爭從不同角度去分析和理解所學知識。只有積極思考,才能使自己真正獲得知識,實現由感性到理性的飛躍。
9. 化學的發展前景如何
我國化學發展前景
化學是一門實用的學科,它與數學、物理學等學科共同成為當代自然科學迅猛發展的基礎。化學的核心知識已經應用於自然科學的方方面面,與其它學科相輔相成,構成了創造自然、改造自然的強大力量。
化學在我國成為一門重要的學科,已是不爭的事實。我國從事化學研究的科研機構有近千個,大學的化學系(院)有250多個,石油與石油化工企業有80多萬家,加上其他化學化工和相關行業,我國參與化學研究與工作的人員隊伍,其規模是國際上少有的。這正是我國化學科學發展的背景和動力。
當前,我國所面臨的挑戰有人口控制問題、健康問題、環境問題、能源問題、資源與可持續發展問題等,化學家們希望從化學的角度,通過化學方法解決其中的問題,為我國的發展和民族的振興作出更大的貢獻。隨著國家對農業科學研究的重視,農業和食品中的化學問題研究,已經引起越來越多化學工作者的關注。
隨著新世紀的到來,上述研究所涉及到的若干基本化學問題及交叉學科將成為21世紀我國化學研究的新方向,成為我國化學家有所作為的突破點。
1 若干化學基本問題
1.1 反應過程與控制
化學的中心是化學反應。雖然人們對化學反應的許多問題已有比較深刻的認識,但還有更多的問題尚不清楚。化學鍵究竟是如何斷裂和重組的?分子是怎樣吸收能量的?並是怎樣在分子內激發化學鍵達到特定的反應狀態的?這一系列屬於反應動力學的問題都有待回答,其研究成果對有效控制反應十分重要。
復雜體系的化學動力學、非穩態粒子的動力學、超快的物化過程的實時探測和調控以及極端條件下的物理化學過程都已經成為重要的研究方向。向生命學習,研究生命過程中的各種化學反應和調控機制,正成為探索反應控制的重要途徑,真正在分子水平上揭示化學反應的實質及規律將指日可待。
1.2 合成化學
未來化學發展的基礎是合成化學的發展,21世紀合成化學將進一步向高效率和高選擇性發展。新方法、新反應以及新試劑仍將會是未來合成化學研究的熱點。手性合成與技術將越來越受到人們的重視。各類催化合成研究將會有更大進展。化學家也將更多地利用細胞來進行物質的合成,並且相信隨著生物工程研究的進展,通過生物系統合成我們所需要的化合物之目的能夠很快實現,這些將使合成化學呈現出嶄新的局面。仿生合成也是一個一直頗受人們關注的熱點,該方面的研究進展將產生高效的模擬酶催化劑,它們將對合成化學產生重要影響。
1.3 基於能量轉換的化學反應
太陽能的光電轉換雖早已用於衛星,但大規模、大功率的光電轉換材料的化學研究則開始不久。太陽能光解水產生氫燃料的研究,已經受到更大的重視,其中催化劑和高效儲氫材料是目前研究最多的課題。值得特別提出的是,關於植物光合反應研究已經取得了一定的突破,燃料電池的研究也已在一些單位展開並取得進展。隨著石油資源的近於枯竭,近年來對燃燒過程的研究又重新被提到日程上來。細致了解燃燒的機制,不僅是推動化學發展的需要,也是充分利用自然資源的關鍵,我國現階段注重研究催化新理論和新技術,包括手性催化和酶催化等。
1.4 新反應途徑與綠色化學
我國現階段研究,一方面注意降低各種工業過程的廢物排放、排放廢料的凈化處理和環境污染的治理,另一方面重視開發那些低污染或無污染的產品和過程。因此,化學家不但要追求高效率和高選擇性,而且還要追求反應過程的「綠色化」。這種「綠色化學」將促使21世紀化學發生重大變化。它要求化學反應符合「原子經濟性」,即反應產率高,副產物少,而且耗能低,節省原材料,同時還要求反應條件溫和,所用化學原料,化學試劑和反應介質以及所生成產物均無毒無害或低毒低害,與環境友善。毫無疑問,研究不排出任何廢物的化學反應(原子經濟性),對解決地球的環境污染具有重大意義,高效催化合成、以水為介質、以超臨界二氧化碳為介質的反應研究將會有大的發展。
1.5 設計反應
綜合結構研究、分子設計、合成、性能研究的成果以及計算機技術,是創造特定性能物質或材料的有效途徑。分子團簇,原子、分子聚集體,已經在我國研究多年。目前這些研究正在深入,並與現代計算機技術、生物、醫學等研究相結合,以獲得多角度、多層次的研究結果。21世紀的化學家將更加普遍地利用計算機幫助進行反應設計,人們有望讓計算機按照優秀化學家的思想方式去思考,讓計算機評估浩如煙海的已知反應,從而選擇最佳合成路線製得預想的目的化合物。
1.6 納米化學與單分子化學
從化學或物理學的角度來看,納米級的(10-9米)微粒,其性能由於表面原子或分子所佔的比例超乎尋常地大而變得不同尋常。研究其特殊的光學、電學、催化性質以及特別的量子效應已受到重視。納米化學的研究進展將大大促進納米材料的研究與應用。
另一方面,藉助STM/AFM和光鑷等技術進行單分子化學的研究,將能觀察在單分子層次上的許多不同於宏觀的新現象和特異效應,對這些新現象和新效應的揭示可能會導致一些科學問題的突破。
1.7 復雜體系的組成、結構與功能間關系研究
21世紀的化學不僅要面對簡單體系,還要面對包括生命體系在內的復雜系統。因此,除了研究分子的成鍵和斷鍵,即研究離子鍵和共價鍵那樣的強作用力之外,化學還必須考慮復雜體系中的弱相互作用力,如氫鍵、范德華力等等。雖然它們的作用力較弱,但由此卻組裝成分子聚集體和分子互補體系。這種超分子體系常常具有全新的性能,或者可使通常無法進行的反應得以進行。基於分子識別觀點進行設計、合成及組建新的、有各種功能的分子、超分子及納米材料,將是未來一段時間中化學的重要研究內容。而深入研究控制分子的各種作用力,研究它們的本質並深刻了解分子識別,是一個頗具重大意義也是一個充滿挑戰的課題。研究分子、分子聚集體的結構以及納米微粒與各種物理化學性質的關系,特別是分子電子學的研究在21世紀初將會有較大的進展。
1.8 物質的表徵、鑒定與測試方法
研究反應、設計合成、探討生命過程、工業過程式控制制、商品檢驗等等,都離不開對物質的表徵、測試、組成與含量測定等。能否發展和建立適合於原子、分子、分子聚集體等不同層次的表徵、鑒定與測定方法,特別是痕量物質的測定方法,將成為制約化學發展的一大關鍵。
可以說,上述研究方向的轉變,成為20世紀末、21世紀初我國化學發展的一個顯著特點,並將由此引發這一學科自身在各個層次上的變革,同時帶動和促進其它學科與技術的共同繁榮和發展。
2 學科的滲透與交叉
化學向其它學科的滲透趨勢在21世紀將會更加明顯。更多的化學工作者會投身到研究生命、研究材料的隊伍中去,並在化學與生物學、化學與材料的交叉領域大有作為。化學必將為解決基因組工程、蛋白質組工程中的問題以及理解大腦的功能和記憶的本質等重大科學問題做出巨大的貢獻。
化學的發展已經、並也將會進一步帶動和促進其它相關學科的發展,同時其它學科的發展和技術的進步也會反過來推動化學本身的不斷前進。化學家已經能夠研究單分子中的電子過程與能量轉移過程,探討分子間的作用力和電子的運動。化學家不但能夠描述慢過程,亦能跟蹤超快過程,而這些研究將有助化學家在更深層次揭示物質的性質及物質變化的規律。化學家還不斷地汲取數學、物理學和其它學科中發展的新理論和新方法,非線性理論和混沌理論等將對多元復雜體系的研究產生影響。比如,隨著計算機技術的發展,化學學科與數學方法、計算機技術的結合,形成了化學計量學,以此實現了用計算機模擬化學過程。運用量子力學方法處理分子結構與性能的關系,按照預定性能要求設計新型分子,應用數學方法和計算機確定新型分子的合成路線,使「分子設計」突破了傳統的合成方法,化學家開始擺脫純經驗的摸索,為材料科學開辟了新的方向。綠色化學、組合化學、能源化學、天體與地球化學、化學晶元的開發與應用等等,都是化學與其它學科交叉、融合的結果,這些交叉領域的研究也將是21世紀化學領域研究的亮點。
化學研究的深入,還將帶動我國儀器儀表工業發展。因為儀器儀表既是一個很大的行業,也是一個國家發達與否的標志之一。我國過去曾忽視對儀器研製,導致了分析儀器依賴進口的局面。經過我國科學界和工業界等的共同努力,2010年我們將看到自己研製、生產的分析及測試儀器如:微型氣相色譜儀、新型毛細管電泳儀、電化學感測器,還可能出現多功能組合儀器、智能型色譜等,我國的儀器儀表工業將進入一個蓬勃發展的時期。
3 化學對國民生活質量的影響
我國人口在下世紀上半葉將達到16億,保持我國農業的持續發展是我們面臨的艱巨任務。農業發展的首要問題是保證全民族的食物安全和提高食物品質;其次是保護並改善農業生態環境,為農業持續發展奠定基礎。化學將在創制高效肥料和高效農葯、特別是與環境友善的生物肥料和生物農葯,以及開發新型農業生產資料諸方面發揮巨大作用。我國化學家還將在克服和治理土地荒漠化、乾旱及鹽鹼地等農業生態系統問題方面作出應有的貢獻。科學家利用各種最先進的手段,有望揭示光合系統高效吸能、傳能和轉能的分子機理及調控,建立反應中心能量轉化的動力學模型和能量高效傳遞的理論模型,從而達到高效利用光能為農業增產服務之目的。
21世紀化學將在控制人口數量、克服疾病和提高人的生存質量等人口與健康諸方面進一步發揮重大作用。未來的10年中,化學工作者將會發現和創造更安全和高效的避孕葯。在攻克高死亡率和高致殘的心腦血管病、腫瘤、高血脂和糖尿病以及艾滋病等疾病的進展中,化學工作者將不斷創制包括基因療法在內的新葯物和新方法。此外,由於人口高速老齡化,老年病在下世紀初會成為影響我國人口生存質量的主要問題之一。化學將會在揭示老年病機理、開發和創制診斷和治療老年性疾病葯物和提高老年人的生活質量方面作出貢獻。相信在下世紀初,我國化學家和葯物化學家在針對腫瘤和神經系統等重要疾病的創新葯物研究中,發現和優化數個新葯候選化合物,建立具有自主知識產權的新葯產業。中葯是我國的寶貴遺產,化學研究將在揭示中葯的有效成份、揭示多組份葯物的協同作用機理方面發揮巨大作用,從而加速中醫葯走向世界,實現產業化,成為我國經濟新的增長點。
4 化學對國民經濟的支撐作用
化學將會在解決能源這一人類面臨的重大問題方面做出貢獻。目前我國的經濟持續穩定增長,使能源開發利用面臨需求增大和環境污染的雙重壓力。而能源利用效率低,環境污染嚴重是我國亟待解決的重要問題。發展新能源及其儲能材料在受到化學家的重視同時,也引起政府部門的關注,科學研究和產業化研究正相伴而行。我國化學家可望在未來幾年裡創制和開發出多種新型催化劑,使我國的煤、天然氣和煤層氣的綜合優化利用取得優異成績,從而減緩我國的能源緊張和環境污染的壓力。21世紀我國核能利用將進一步發展,而化學研究涉及到核能生產的各個方面,化學工作者必將為我國核能的安全利用做出應有的貢獻。此外,化學家在大規模、大功率的光電轉換材料方面的探索研究將導致太陽能的開發利用。而化學家從事的新燃料電池及催化劑的研究可能在21世紀初出現突破,電動汽車將向實用化邁出一大步,這將改變人類能源消費的方式,同時提高人類生態環境的質量。
展望21世紀我國的材料科學與工業的發展,化學必將發揮關鍵作用。首先,化學將不斷提高基礎材料如鋼鐵、水泥和通用有機高分子材料及復合材料的質量與性能;其次,化學工作者將創造各類新材料,如電子信息材料、生物醫用材料、新型能源材料、生態環境材料和航天航空材料等,化學工作者將利用各種先進技術,在原子、分子及分子鏈尺度上對材料組織結構進行設計、控制及製造。特別要指出的是,晶體材料的設計理論和方法研究,是我國化學發展的一個重要且富有成效的領域,在21世紀它將會有更大的發展,一些有價值的具有新功能的晶體和大尺寸的新型非線性光學晶體、重要激光晶體、閃爍晶體及鐵電陶瓷晶體研究將達到實用和開發水平。另一方面,我國是世界稀土資源大國,總儲量佔世界的80%,產量佔世界的70%,然而其中一大半是以資源或初級產品方式出口國外,這種局面在未來的幾年中將轉變,我國化學家在2010年前將在稀土分離理論和高純稀土分離、新型稀土磁學材料、發光材料等方面的研究中,取得一批具有國際領先水平、明確應用前景和獨創性的基礎研究成果和具有自主產權的重大關鍵技術,使我國的資源優勢轉化為產業優勢。
在這世紀之交,展望未來10年化學事業的發展和化學對人類生活的影響,我們充滿信心,亦倍感興奮。化學是無限的,化學是至關重要的,它將幫助我們解決21世紀所面臨的一系列問題,化學將迎來她的黃金時代!
10. 木材化學的展望
木材化學發展至今,已達到比較成熟的階段。有關木材主要成分的組成、結構和性質基本上已為人們所掌握,但其中不少細節,如纖維素微纖絲到纖維素分子的超微結構、天然纖維素分子的折疊結構、半纖維素中少量高聚糖的種類和結構、闊葉材中各種類型木質素的結構和性質,樹皮中木質素的分離和純化等,則尚待進一步研究。木材化學今後的研究方向,主要將從個別組分的研究,逐步過渡到木材整體在各種條件下綜合反應機理的研究。木質素的利用已成為木材化學領域中重要研究方向之一。