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现代化学进展与中学化学现代化学进展与中学化学西南大学西南大学化学化工学院化学化工学院柴雅琴柴雅琴什么是化学?化学是一门研究物质的性质和物化学是一门研究物质的性质和物质发生反应变化的科学质发生反应变化的科学 它涉及存在于自然界的物质它涉及存在于自然界的物质:地球上的矿物地球上的矿物,空气中的气体空气中的气体,海洋里的水和盐，在动物身上找到海洋里的水和盐，在动物身上找到的化学物质的化学物质,以及由人类创造的新物质以及由人类创造的新物质。它涉及自然界的变化，与生命相关的化学变它涉及自然界的变化，与生命相关的化学变化化,还有那些化学家发明和创造的新变化。还有那些化学家发明和创造的新变化。1.1.化学与人类的生存、繁衍与健康化学与人类的生存、繁衍与健康2.2.化学能为信息、材料、能源等科学提供化学能为信息、材料、能源等科学提供关键支撑关键支撑3.3.化学与环境：对化学应给予公正合理的化学与环境：对化学应给予公正合理的评价评价一、化学对人类的贡献一、化学对人类的贡献宇宇宙宙进进化化链链的的层层次次结结构构图图从宇宙进化的层次结构来看，化学永远不会消亡。从宇宙进化的层次结构来看，化学永远不会消亡。宇宙进化链层次结构图宇宙进化链层次结构图 对应的学科对应的学科（1 1）物理进化）物理进化物理学物理学（2 2）天体演化）天体演化天文学天文学（3 3）地质演变）地质演变地质学地质学（4 4）化学进化化学进化化学化学（5 5）生物进化）生物进化生物学、医学生物学、医学（6 6）社会进化）社会进化社会科学社会科学（7 7）人工自然进化）人工自然进化技术科学、工程科学技术科学、工程科学（8 8）物质产生精神，又反作用于物质）物质产生精神，又反作用于物质数学、科学、数学、科学、哲学、宗教、认知科学、语言学、文学、音乐、艺术哲学、宗教、认知科学、语言学、文学、音乐、艺术等等徐光宪谈徐光宪谈2020世世纪纪化学取得的空前化学取得的空前辉辉煌煌成就成就:“22852285万万”1900年在年在ChemicalAbstracts(CA)上登录的从天然产上登录的从天然产物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有55万种万种。经过经过45年翻了一番，到年翻了一番，到1945年达到年达到110万种万种。再经过。再经过25年，又翻一番，到年，又翻一番，到1970年为年为236.7万种。万种。以后新化合物增长的速度大大加快，每隔以后新化合物增长的速度大大加快，每隔10年翻一番，到年翻一番，到1999年年12月月31日已达日已达2340万种万种。所以在。所以在这这100年中，化学合成和分离了年中，化学合成和分离了2285万种新化合物、新万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要的需要 2003年年 4500万种化合物万种化合物 2008年国家最高科学成就奖年国家最高科学成就奖在人类多姿多彩的生活在人类多姿多彩的生活中，化学可说是无处不在的中，化学可说是无处不在的.著名有机化学家，诺贝尔奖著名有机化学家，诺贝尔奖获得者获得者R.BWoodward在在讲述化学合成时曾说过：讲述化学合成时曾说过：化化学家在老的自然界旁边又建学家在老的自然界旁边又建起了一个新的自然界起了一个新的自然界R.BWoodward1965年因在有机物合成年因在有机物合成方面的成就方面的成就获诺贝尔化获诺贝尔化学奖学奖 徐光宪徐光宪:如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人亿人口中的口中的30亿就会因饥饿而死亡。亿就会因饥饿而死亡。合成氨技术是哈勃合成氨技术是哈勃（Haber）在）在1909年发明，年发明，在在1918年因而获得诺贝尔化年因而获得诺贝尔化学奖。人们把哈勃的合成氨学奖。人们把哈勃的合成氨技术评为技术评为20世纪世纪最重要的发最重要的发明明，是很有道理的。，是很有道理的。N2+3H22NH31.化学与人类的生存、繁衍与健康化学与人类的生存、繁衍与健康药物化学药物化学在过去对人类健康有哪些贡献在过去对人类健康有哪些贡献?没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类平均寿命要缩短术，人类平均寿命要缩短25年。年。1900年在美国出生的一名男子的期年在美国出生的一名男子的期望寿命只有望寿命只有47岁，但是上世纪末出生的美国男岁，但是上世纪末出生的美国男子的期望寿命大约是子的期望寿命大约是75。这个难以置信的进步。这个难以置信的进步相当程度上要归功于药物化学家的贡相当程度上要归功于药物化学家的贡 献。其中献。其中最重要的例子是抗菌素的开发。最重要的例子是抗菌素的开发。青霉素使人类平均寿命延长了约十年青霉素使人类平均寿命延长了约十年 20 20世纪人类的期望寿世纪人类的期望寿命大大延长，这在相当程命大大延长，这在相当程度上得益于化学家一方面度上得益于化学家一方面协助实现了诸如青霉素类协助实现了诸如青霉素类抗菌素的化工规模的批量抗菌素的化工规模的批量生产，有人估计，生产，有人估计，仅青霉仅青霉素一个药物的使用便使人素一个药物的使用便使人类的平均寿命延长了大约类的平均寿命延长了大约1010年。年。弗莱明弗莱明 钱恩钱恩 他们于他们于1945年共同获得年共同获得诺贝尔医学和生理学奖。诺贝尔医学和生理学奖。Penicillinisveryeffectiveinkillingbacteria,butsomeofthemhavedevelopedenzymesthatcandestroypenicillin.Workisgoingontodevelopvariationsofthepenicillinchemicalstructurethatwillnotbedestroyedbybacterialenzymes;otherworkisgoingontofinddrugsthatwillblockthosebacterialenzymes,andpermitpenicillinitselftofunction.1939 Nobel Prize in Physiology and Medicine to Domagk 1920 1920前发生细菌感染经常是致命前发生细菌感染经常是致命的，当时，化学们合成了许多化工产品的，当时，化学们合成了许多化工产品如染料，包括磺胺类产品。如染料，包括磺胺类产品。德国科学家德国科学家GerhardDomagk采用各采用各种新的方法制备这些化学产品，期望它种新的方法制备这些化学产品，期望它们能有杀菌功能，们能有杀菌功能，1932年发现了年发现了 红棕红棕色染料色染料calledProntosil.Prontosil：百浪多息百浪多息-偶氮偶氮磺胺磺胺生物化学研究已经弄清楚磺胺能够杀菌同时生物化学研究已经弄清楚磺胺能够杀菌同时对人无毒的原因对人无毒的原因 人和细菌的生物化学是不同的人和细菌的生物化学是不同的细菌要制造基本的维生素细菌要制造基本的维生素叶酸，而磺胺能叶酸，而磺胺能够阻碍细菌中制造叶酸的酶够阻碍细菌中制造叶酸的酶；没有叶酸细；没有叶酸细菌不能存活人体内没有这种酶，菌不能存活人体内没有这种酶，我们可从我们可从食物中获取叶酸食物中获取叶酸从某种从某种 意义上来看，因为意义上来看，因为人在生物化学方面的缺陷人在生物化学方面的缺陷(我们不能制我们不能制 造一造一种重要的维生素种重要的维生素,但是我们可以从食物中得到但是我们可以从食物中得到它它)，反而使人得到安全。，反而使人得到安全。Random screening vs rational drug design 发现磺胺药物的过程称做发现磺胺药物的过程称做随机筛选随机筛选过程过程.称之为称之为随机，是因为不存在任何合乎逻辑的理由可以期望一随机，是因为不存在任何合乎逻辑的理由可以期望一种衣用染料会是一种选择性的杀菌剂种衣用染料会是一种选择性的杀菌剂 Randomscreeningisstillusedextensivelytoday.但是如果有了更多的生物化学信息，药物化学但是如果有了更多的生物化学信息，药物化学家也越来越多地用另一种称之为家也越来越多地用另一种称之为合理药物设计合理药物设计的方法，的方法，用以设计和制造具有所期望的生物效应的特殊分子用以设计和制造具有所期望的生物效应的特殊分子紫杉醇紫杉醇:由紫杉树皮及针叶提取到全合成由紫杉树皮及针叶提取到全合成紫杉醇紫杉醇(Taxol)是从太平洋是从太平洋红豆杉中分离出来的化合物红豆杉中分离出来的化合物，1971年报道了其结构。该化年报道了其结构。该化合物于合物于1992年被美国食品和年被美国食品和药品管理局药品管理局 (FDA)批准为批准为抗抗乳腺癌和抗卵巢癌的药物乳腺癌和抗卵巢癌的药物。紫杉醇在红豆杉树皮中含量紫杉醇在红豆杉树皮中含量很低，又表现出独特的抗癌很低，又表现出独特的抗癌机制。可以不用机制。可以不用紫杉树皮，紫杉树皮，而用其针叶作原料合成。而用其针叶作原料合成。Nicolaou小组和小组和Holton小组于小组于1994年率先报道了其全合成年率先报道了其全合成.紫杉醇结构紫杉醇结构“你看见了物质（事物）你看见了物质（事物）,你会说你会说这为什么这为什么?我梦想从不存在的物质（事物）我梦想从不存在的物质（事物）,我要说我要说:为什么不能为什么不能?”(伯纳德伯纳德)一步化学合成反应如同棋手一步化学合成反应如同棋手的一步棋的一步棋天然产物合成进入天然产物合成进入”艺术期艺术期”Woodward说过一段经常被引说过一段经常被引用的话用的话:“有机合成中有激动、有探险、也有机合成中有激动、有探险、也有挑战，也可包含着伟大的艺术，有挑战，也可包含着伟大的艺术，仅这些已足以令人赞叹仅这些已足以令人赞叹.”.从从天然植物药物天然植物药物到到现代化学现代化学药物药物人类与人类与疟疾疟疾的抗争：西的抗争：西方医药的光辉实例与中国故事方医药的光辉实例与中国故事“瘴气瘴气”与与MALARIA 公元前公元前2700年年，中国的古典医书，中国的古典医书黄帝内经黄帝内经描述了疟疾的相关症状：发热、寒颤、出汗退热等。描述了疟疾的相关症状：发热、寒颤、出汗退热等。公元前公元前4世纪，疟疾广为希腊人所知世纪，疟疾广为希腊人所知，因，因为这种疾病造成了城邦人口的大量减少，古希腊名为这种疾病造成了城邦人口的大量减少，古希腊名医希波克拉底记录了这种疾病的主要症状医希波克拉底记录了这种疾病的主要症状;公元公元34世纪，印度古代医学经典世纪，印度古代医学经典苏斯鲁塔集苏斯鲁塔集认为，疟疾的发热病症与某种昆虫的叮咬有关。认为，疟疾的发热病症与某种昆虫的叮咬有关。疟疾的传播非常广泛，疟疾的传播非常广泛，中国古代称之为中国古代称之为“瘴气瘴气”，意大利语中疟疾意大利语中疟疾“malaria”的意思是的意思是“坏空气坏空气”(badair)，表明中西方对这种疾病有相似，表明中西方对这种疾病有相似的认识。人类对付疟疾的药物分别源于两种植物的认识。人类对付疟疾的药物分别源于两种植物青蒿和金鸡纳树青蒿和金鸡纳树。从金鸡纳从金鸡纳(cinchona)到奎宁到奎宁：西方科学致力于解开：西方科学致力于解开植物治疟的秘密植物治疟的秘密 1717世纪时，世纪时，印第安人开始用这印第安人开始用这种树皮治疗疟疾。这种树就是金鸡种树皮治疗疟疾。这种树就是金鸡纳树。纳树。后来；传教士胡安后来；传教士胡安洛佩斯知道了洛佩斯知道了这种树这种树的功效，的功效，治好了西班牙驻秘鲁总督夫人安娜治好了西班牙驻秘鲁总督夫人安娜辛可辛可(Cinchon)伯爵夫人的疟疾。伯爵夫人的疟疾。公元公元1639年这个消息由夫人的侍年这个消息由夫人的侍臣威加臣威加(JuandeWega)传出了国界，在西班牙广传出了国界，在西班牙广为宣传。这种树的树皮根据总督夫人的名字被命名为宣传。这种树的树皮根据总督夫人的名字被命名为为辛可那或金鸡纳辛可那或金鸡纳（Cinchona)。从金鸡纳从金鸡纳(cinchona)到奎宁到奎宁：西方科学致：西方科学致力于解开植物治疟的秘密力于解开植物治疟的秘密1826年法国化学家皮埃尔年法国化学家皮埃尔-佩尔蒂埃佩尔蒂埃(PierrePelletier)和约和约瑟夫卡文顿瑟夫卡文顿(JosephCaventou)从金鸡纳树皮中提取出奎宁从金鸡纳树皮中提取出奎宁。1907年，德国化学家年，德国化学家P拉比推导出奎宁的化学结构式。拉比推导出奎宁的化学结构式。疟原虫的抗药性与疟原虫的抗药性与“五二三项目五二三项目”第二次世界大战结束后，引发疟疾的疟原第二次世界大战结束后，引发疟疾的疟原虫产生了抗药性；虫产生了抗药性；1961年年美军进驻越南，美军进驻越南，越南战争爆发越南战争爆发。美国投入巨额资金，筛选出美国投入巨额资金，筛选出20多万种化合多万种化合物，但没有找到理想的药物。物，但没有找到理想的药物。越南则求助于中国。越南则求助于中国。“五二三项目五二三项目”（1967.5.23）启动了）启动了中国的青蒿比西方的金鸡中国的青蒿比西方的金鸡纳早得多纳早得多 青蒿（黄花蒿）在中国民间又称作臭蒿和苦蒿，属青蒿（黄花蒿）在中国民间又称作臭蒿和苦蒿，属菊科一年生草本植物。菊科一年生草本植物。公元前公元前2 2世纪，中国先秦医方书世纪，中国先秦医方书五十二病方五十二病方已经已经对植物青蒿有所记载；对植物青蒿有所记载；公元前公元前340340年，东晋的葛洪在其撰写的中医方剂年，东晋的葛洪在其撰写的中医方剂肘后备急方肘后备急方一书中，首次描述了青蒿的退热功一书中，首次描述了青蒿的退热功能；能；李时珍的李时珍的本草纲目本草纲目则说它能则说它能“治疟疾寒热治疟疾寒热”。药学家屠呦药学家屠呦呦制取青蒿呦制取青蒿提取物提取物 科研人员已经筛选了科研人员已经筛选了4 4万多种抗疟疾的化合物和中草药，万多种抗疟疾的化合物和中草药，没有令人满意的结果。没有令人满意的结果。屠呦呦决定从系统整理历代医籍开始，她整理了一个屠呦呦决定从系统整理历代医籍开始，她整理了一个640640多种包括青蒿在内的草药多种包括青蒿在内的草药抗疟单验访集抗疟单验访集。最初的实验中，青蒿的效果都不是最好的。最初的实验中，青蒿的效果都不是最好的。她再次翻阅古代文献，她再次翻阅古代文献，肘后备急方肘后备急方治寒热诸疟方治寒热诸疟方中中的几句话引起了她的注意的几句话引起了她的注意：“青蒿一握，以水二升渍，青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之绞取汁，尽服之”。原来青蒿里有青蒿汁，它的使用和中药常用的煎熬法不原来青蒿里有青蒿汁，它的使用和中药常用的煎熬法不同。同。从青蒿到青蒿素从青蒿到青蒿素 ：中国科学家致：中国科学家致力于解开植物治力于解开植物治疟的秘密疟的秘密她用沸点较低的乙醚在摄氏她用沸点较低的乙醚在摄氏6060的温度下制取青蒿提的温度下制取青蒿提取物；取物；19711971年年1010月月4 4日，她在实验室中观察到这种提取物对日，她在实验室中观察到这种提取物对疟原虫的抑制率达到了疟原虫的抑制率达到了100%100%。19721972年年3 3月，屠呦呦在南京召开的月，屠呦呦在南京召开的“五二三项目五二三项目”工工作会议上报告了实验结果；作会议上报告了实验结果；19731973年，青蒿结晶的抗疟功效在云南地区得到证实年，青蒿结晶的抗疟功效在云南地区得到证实，“五二三项目五二三项目”办公室于是决定：将青蒿结晶物命名办公室于是决定：将青蒿结晶物命名为青蒿素，作为新药进行研发。为青蒿素，作为新药进行研发。19901990年中华人民共和国卫生部编撰年中华人民共和国卫生部编撰中华人民共和中华人民共和国药典中药彩色图集国药典中药彩色图集(1990(1990年版）时将药用年版）时将药用“青青蒿蒿”定为：定为：“本品为菊科植物黄花蒿本品为菊科植物黄花蒿”。世卫组织推荐以青蒿素为基础的联合疗法世卫组织推荐以青蒿素为基础的联合疗法疟疾是最严重的传染病之一，全球每年有疟疾是最严重的传染病之一，全球每年有2亿亿-3亿亿感染者，死亡感染者，死亡200万万-300万。万。我国研制的青蒿素类抗疟药以高效、速效、安全、我国研制的青蒿素类抗疟药以高效、速效、安全、对抗药性疟疾有特效而风靡全球。对抗药性疟疾有特效而风靡全球。1995年蒿甲醚被年蒿甲醚被WHO列入国际药典，这是我国第列入国际药典，这是我国第一个被国际公认的独创新药。一个被国际公认的独创新药。2001年，世界卫生组织向恶性疟疾流行的所有国年，世界卫生组织向恶性疟疾流行的所有国家推荐以青蒿素为基础的联合疗法家推荐以青蒿素为基础的联合疗法。青蒿素的化学结构十分独特，自上市至今青蒿素的化学结构十分独特，自上市至今20多年，多年，尚未发生抗药性的疟疾病例。尚未发生抗药性的疟疾病例。因此近年世界各国都从分子水平上探索其抗疟作因此近年世界各国都从分子水平上探索其抗疟作用机制。用机制。20112011年年9 9月月1212日屠呦呦教授获得了日屠呦呦教授获得了“拉斯拉斯克奖克奖”中的临床医学奖。中的临床医学奖。颁奖词：颁奖词：此为奖励她发现青蒿素药物，救治此为奖励她发现青蒿素药物，救治了全球，特别是发展中国家的成千了全球，特别是发展中国家的成千上万疟疾患者上万疟疾患者诗经诗经：“呦呦鹿鸣，呦呦鹿鸣，食野之蒿食野之蒿”；周维善小组最终测周维善小组最终测定出青蒿素的结构定出青蒿素的结构这是一个罕见的含有过氧基这是一个罕见的含有过氧基团的倍半萜内酯结构，而且，这团的倍半萜内酯结构，而且，这个药物的分子中不含氮，突破了个药物的分子中不含氮，突破了60多年来西方学者对多年来西方学者对“抗疟化学抗疟化学结构不含氮结构不含氮(原子原子)就无效就无效”的医的医学观念。青蒿素的结构被写进中学观念。青蒿素的结构被写进中国有机化学合成的教科书中，奠国有机化学合成的教科书中，奠定了今后所有青蒿素及其衍生药定了今后所有青蒿素及其衍生药物合成的基础。物合成的基础。中国化学家实现了以青蒿素为中国化学家实现了以青蒿素为代表的一批萜类化合物的合成代表的一批萜类化合物的合成随后又合成了一系列现已作为正式抗疟药物的随后又合成了一系列现已作为正式抗疟药物的青蒿素的衍生物青蒿素的衍生物。中国科学院上海药物所将天然的。中国科学院上海药物所将天然的青蒿素转化为更适合于药用的蒿甲醚青蒿素转化为更适合于药用的蒿甲醚(3)等药物。青等药物。青蒿素的合成成功地促进了蒿素的合成成功地促进了1999年鹰爪素年鹰爪素(4)的合成的合成.之后又有人从天然植物之后又有人从天然植物(例如甘松等例如甘松等)分离到抗疟活分离到抗疟活性化合物性化合物(5)等新结构，以及合成到一些结构等新结构，以及合成到一些结构(如如6，7)萜类它们同样具有高的抗疟活性。萜类它们同样具有高的抗疟活性。2.2.化学能为信息、材料、能源等科学提供关键支撑化学能为信息、材料、能源等科学提供关键支撑（1）化学与计算机信息技术）化学与计算机信息技术1946年最早的的计算机年最早的的计算机重重30吨，整整装满一吨，整整装满一小间体育馆。小间体育馆。1分钟能完成上千次的计算。分钟能完成上千次的计算。内装内装18万支真空管消耗电力极多，它一开万支真空管消耗电力极多，它一开动，整个费城的灯光都立刻感到昏暗。动，整个费城的灯光都立刻感到昏暗。高纯硅族元素与半导体化学研究等方面的成高纯硅族元素与半导体化学研究等方面的成果：果：1948年出现的半导体晶体管年出现的半导体晶体管硅谷硅谷-源于化学元素硅的科学园区源于化学元素硅的科学园区放大放大23000倍的硅蕊片罗辑倍的硅蕊片罗辑电路电路Aportionofalogiccircuitonasiliconbasedcomputerchip,magnified23,000times.1958：以化学过：以化学过程为基础的光刻技术程为基础的光刻技术：第一块第一块集成电路集成电路板将多板将多个晶体管构成的整个电个晶体管构成的整个电路集中到一小块硅芯片路集中到一小块硅芯片上上1971：将一整套：将一整套计算机中央处理机做成计算机中央处理机做成一块芯片（一块芯片（微处理器微处理器）现代化学材料为计算机存储音乐、图象提供了条件现代化学材料为计算机存储音乐、图象提供了条件无机化学材料提供了无机化学材料提供了磁带、磁盘等磁性存储材磁带、磁盘等磁性存储材料料70年代发展为以化学感年代发展为以化学感光记录层为基础的光盘存光记录层为基础的光盘存储技术和采用光致变色聚储技术和采用光致变色聚合物作光盘记录层的能反合物作光盘记录层的能反复使用的可擦洗的光盘。复使用的可擦洗的光盘。Modernchemicalmaterialsmakecompactdiscspossible,usedbothformusicrecordingandforcomputerinformationstorage.化学可能为信息科学作出新的里程碑式的化学可能为信息科学作出新的里程碑式的贡献的机遇贡献的机遇除了在设计概念上分子计算机不同于通常的计算除了在设计概念上分子计算机不同于通常的计算机外，在信息载流子、体系的技术和组装等方面机外，在信息载流子、体系的技术和组装等方面也存在着差异。分子计算机是以分子电路为基础也存在着差异。分子计算机是以分子电路为基础的计算机，分子电路是分子导线、分子开关、分的计算机，分子电路是分子导线、分子开关、分子电子回路或网络的组合体。分子模型体系的各子电子回路或网络的组合体。分子模型体系的各个单元的光谱性质已经广泛地研究过，理论计算个单元的光谱性质已经广泛地研究过，理论计算已完全肯定了这个概念。这是化学可能为信息科已完全肯定了这个概念。这是化学可能为信息科学作出新的里程碑式的贡献的一个方面学作出新的里程碑式的贡献的一个方面.（2）化学与材料科学）化学与材料科学ResearchonsemiconduResearchonsemiconductorsattheResearchTrictorsattheResearchTriangleInstituteinNorthangleInstituteinNorthCarolina.NotallCarolina.Notallchemicalresearchischemicalresearchisdoneintesttubesandfldoneintesttubesandflasks.asks.高分子化合物材料高分子化合物材料 高分子高分子(又称聚合物又称聚合物)是材料的一大门类是材料的一大门类，是化学，是化学工业的重要终端产品，其应用领域涉及建筑、交通、工业的重要终端产品，其应用领域涉及建筑、交通、机械、农业、电气与电子、信息产品、纺织、包装、机械、农业、电气与电子、信息产品、纺织、包装、日用品、航空航天及国防等，日用品、航空航天及国防等，覆盖了几乎所有传统覆盖了几乎所有传统产业和现代高技术产业产业和现代高技术产业，已成为现代社会生活中衣、，已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面不可缺少的材料。食、住、行、用各个方面不可缺少的材料。衣衣 Dyesandfabricsareproducedbysyntheticchemistry.没有尼龙、聚酯没有尼龙、聚酯(的确的确良良)、人造羊毛等大量合、人造羊毛等大量合成纤维的生产，很难顺成纤维的生产，很难顺利解决人类的穿衣问题利解决人类的穿衣问题住住 Productsofthechemicalprocessindustriesplayanoverwhelmingroleinhomeconstructionandhomefurnishings.没有发展出许多高性能、没有发展出许多高性能、高强度及低自重的合成建高强度及低自重的合成建筑材料，难以修建价格低筑材料，难以修建价格低廉、性能优良的各项建筑。廉、性能优良的各项建筑。行行 没有没有石油的开采及加工石油的开采及加工成有优良燃烧性能成有优良燃烧性能的各项产品，从而的各项产品，从而便利了交通，很难便利了交通，很难使人类在较短时间使人类在较短时间内到达世界各地内到达世界各地。Essentiallyeverythinginanairplane,orinanautomobile,ismadefromproductsofthechemicalprocessindustries.（3 3）能源问题）能源问题 化石燃料是不可再生能源化石燃料是不可再生能源 可再生能源包括太阳能、风能、水电、地热和可再生能源包括太阳能、风能、水电、地热和生物质，而核能的产生过程包括裂变和聚变生物质，而核能的产生过程包括裂变和聚变,等。等。太阳能光伏电池太阳能光伏电池体硅太阳能电池体硅太阳能电池 晶体硅太阳能电池是世晶体硅太阳能电池是世界市场上的主导产品。界市场上的主导产品。1997年年84的太阳的太阳能电池及组件是采用晶体硅制造的。能电池及组件是采用晶体硅制造的。砷化镓砷化镓(GaAs)太阳能电池太阳能电池因此成本高，目前因此成本高，目前主要用在航天器上。主要用在航天器上。磷化铟磷化铟(InP)太阳能电池太阳能电池具有特别好的抗辐照具有特别好的抗辐照性能，因此在航天应用方面受到重视。性能，因此在航天应用方面受到重视。氮化镓氮化镓LEDLED芯片照明节能芯片照明节能国家国家“十一五十一五”863计划计划-半导体照明工程半导体照明工程“高效大功率氮化镓高效大功率氮化镓LED芯片及半导体照明白光源制芯片及半导体照明白光源制造技术造技术”，如果中国的大城市的夜景灯都用这种，如果中国的大城市的夜景灯都用这种产品的话，产品的话，一年可以省下一座三峡一年可以省下一座三峡。3.化学与环境化学与环境公元前公元前707年到年到1935年，共发生蝗灾年，共发生蝗灾769次次,即每即每3-5年一次。年一次。山东蝗灾曾使大量灾民迁移到大连。山东蝗灾曾使大量灾民迁移到大连。1845-1849年，因土豆病害绝收年，因土豆病害绝收150万爱尔兰万爱尔兰人迁移到美国。人迁移到美国。第一次世界大战因军中虱子导致第一次世界大战因军中虱子导致4000万人万人患斑疹伤寒，患斑疹伤寒，500万人死亡。蚊虫造成疟疾万人死亡。蚊虫造成疟疾流行。流行。DDT的合成的合成DDT的合成是的合成是1874年由德国化学家年由德国化学家Zeidler完成的。完成的。60多年以后的多年以后的1939年，瑞士年，瑞士Muller才发才发现了现了DDT具有较好的杀虫活性。具有较好的杀虫活性。Muller获获1948诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖Muller1932年起研究有机氯化合年起研究有机氯化合物的结构与杀虫活性间的关系；物的结构与杀虫活性间的关系；在在1939年发现了年发现了DDT的杀虫作用。的杀虫作用。瑞士的嘉基公司于瑞士的嘉基公司于1940年迅速将年迅速将该产品推荐作为杀虫剂使用。该产品推荐作为杀虫剂使用。1943年年10月，拿波里发生斑疹伤月，拿波里发生斑疹伤寒大流行，以往的处理方法毫无寒大流行，以往的处理方法毫无效果，于是采用效果，于是采用DDT。1944年年1月间，有月间，有130人以人以DDT处处理，在理，在3周內斑疹伤寒完全被控制。周內斑疹伤寒完全被控制。DDT登上国际舞台。登上国际舞台。Muller获获1948年诺贝尔生理学和年诺贝尔生理学和医学奖。医学奖。Paul Hermann MullerDDT对疟疾等防治显现极大功效对疟疾等防治显现极大功效DDT可以抑制昆虫媒介性疾可以抑制昆虫媒介性疾病，如疟疾。病，如疟疾。对于对于鼠疫、发疹热、黃热鼠疫、发疹热、黃热等等其他的昆虫媒介性传染病，其他的昆虫媒介性传染病，也证实有抑制效果。也证实有抑制效果。在当时的确是拯救了数以万在当时的确是拯救了数以万人的生命。人的生命。只是没想到数十年后竟会造只是没想到数十年后竟会造成生态上的浩劫。成生态上的浩劫。人类的出路在何方人类的出路在何方?具有对因饥饿致死的尸体进行剖检的特权的具有对因饥饿致死的尸体进行剖检的特权的英国皇家医学协会英国皇家医学协会Berry教授说教授说:”任何人只要看到任何人只要看到这些因饥饿死亡的尸体，就不会不支持使用农药，这些因饥饿死亡的尸体，就不会不支持使用农药，农药是人类与饥饿斗争的主要武器。农药是人类与饥饿斗争的主要武器。”如果马上全面停止化学农药的使用，这如果马上全面停止化学农药的使用，这个世界将会是一幅什么样的景象个世界将会是一幅什么样的景象?鼠害横行、害鼠害横行、害虫猖獗、病菌肆虐、杂草丛生、蚊蝇肆无忌惮，虫猖獗、病菌肆虐、杂草丛生、蚊蝇肆无忌惮，这些都是毫无疑问会出现的后果。这些都是毫无疑问会出现的后果。食物不足和缺乏营养是当今世界面临的最食物不足和缺乏营养是当今世界面临的最大问题。大问题。Barrons曾说曾说：“有面包吃的人会有很多有面包吃的人会有很多的忧虑，没有面包吃的人只忧虑面包。的忧虑，没有面包吃的人只忧虑面包。”人类的出路在何方人类的出路在何方?人类应当拒绝化学吗人类应当拒绝化学吗?开发更有效的农药开发更有效的农药 化学工作者一直在竭力寻找高效、低毒、化学工作者一直在竭力寻找高效、低毒、对环境影响小的农药。从低效高毒的无机合对环境影响小的农药。从低效高毒的无机合成农药到高效高毒的有机氯成农药到高效高毒的有机氯(DDT)(DDT)、有机磷、有机磷等有机合成农药，再到等有机合成农药，再到高效低毒的氨基甲酸高效低毒的氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类有机合成农药，再到超酯类、拟除虫菊酯类有机合成农药，再到超高效低毒的磺酰脲、毗虫灵类有机合成农药高效低毒的磺酰脲、毗虫灵类有机合成农药，每一个里程碑都无不渗透着化学工作者对环每一个里程碑都无不渗透着化学工作者对环境的深切关注。境的深切关注。化学化学日常化学日常化学冶冶金金地质学地质学材料科学材料科学数数学学物物理理纺织，印染纺织，印染制制药药法学鉴定法学鉴定环境科学环境科学化肥，农药化肥，农药食食品品医医学学生物学生物学电电子子石油化工石油化工化学是一门中心科学化学是一门中心科学科学发现科学发现 一类是从自然界发现新的事实，即通过一类是从自然界发现新的事实，即通过新的观察工具与实验手段发现新的自然客体新的观察工具与实验手段发现新的自然客体或自然现象；或自然现象；一类是在科学研究中提出新的概念、原理、一类是在科学研究中提出新的概念、原理、假设、定律，建立新的理论体系。假设、定律，建立新的理论体系。二、对中学化学教育的思考二、对中学化学教育的思考拉瓦锡的贡献拉瓦锡的贡献17721772年由于他对天然水的研年由于他对天然水的研究卓越成果被选为法国科学院究卓越成果被选为法国科学院院士（院士（2929岁）岁）17721772年年2 2月他读到达尔赛的研月他读到达尔赛的研究报告究报告“在高温下烧得炽在高温下烧得炽热的金刚石会消失得无影无踪，热的金刚石会消失得无影无踪，连一点灰都没有残留下。连一点灰都没有残留下。”他会怎样想？你会怎样想？他会怎样想？你会怎样想？他认为周围的环境一定起了某种作用。他认为周围的环境一定起了某种作用。设计实验设计实验他要看看在燃烧的白磷的过程中空气又发他要看看在燃烧的白磷的过程中空气又发生了什么变化？生了什么变化？“原来只有五分之一的空气能与磷化合原来只有五分之一的空气能与磷化合”提问：提问：“空气是一种混合气体？空气是一种混合气体？”燃烧作用是和空气中的某种气体的化合作燃烧作用是和空气中的某种气体的化合作用，这种气体空气叫用，这种气体空气叫“有用空气有用空气”他多么想能从金属灰中取出纯的他多么想能从金属灰中取出纯的“有用空有用空气气”呀！呀！从汞灰中制得从汞灰中制得“有用有用空气空气”。他坚信绝没有燃素存他坚信绝没有燃素存在。在。17771777年他正式把这种年他正式把这种气体命名为氧。气体命名为氧。研究了五年，研究了五年，17771777年年写了写了燃烧概论燃烧概论，阐述了燃烧作用的氧阐述了燃烧作用的氧学说。学说。17821782年，英国无路和化学家布莱格登年，英国无路和化学家布莱格登“可燃可燃空气空气”与空气混合点燃后生成水。与空气混合点燃后生成水。17871787年拉瓦锡确认水不是元素，而年拉瓦锡确认水不是元素，而“可燃空气可燃空气”是一种元素，命名为氢。是一种元素，命名为氢。至此，燃素的氧说很快被举世公认了。至此，燃素的氧说很快被举世公认了。17891789年拉瓦锡发表了他的名著年拉瓦锡发表了他的名著化学概论化学概论。拉瓦锡元素的定义：元素是用任何方法都不能在分拉瓦锡元素的定义：元素是用任何方法都不能在分解的简单物质。解的简单物质。元素学说成为现代化学理论的起点，完成了人类元元素学说成为现代化学理论的起点，完成了人类元素认识史上的一次质的飞跃。素认识史上的一次质的飞跃。门捷列夫的第一个周期表（门捷列夫的第一个周期表（18691869年年3 3月）月）门捷列夫的贡献门捷列夫的贡献门捷列夫的第三个周期表门捷列夫的第三个周期表(1871(1871年发表年发表)1869年发现了元素之间的年发现了元素之间的内在联系内在联系化学元素周化学元素周期律。期律。在历史上称为科学发展的在历史上称为科学发展的里程碑。里程碑。俄罗斯化学家门捷列夫（俄罗斯化学家门捷列夫（Mendeleev）1834-1907）恩格斯高度评价元素周期律的发现恩格斯高度评价元素周期律的发现“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的勋业居于同等地位。的勋业居于同等地位。”自然辩证法自然辩证法18721872年年,门捷列夫在门捷列夫在李比希年鉴李比希年鉴上发表文章上发表文章,介绍了关于化学元素周期律的新认识介绍了关于化学元素周期律的新认识:化学元素按照原子量的大小排列起来，呈现出明化学元素按照原子量的大小排列起来，呈现出明显的性质上的周期性。显的性质上的周期性。性质相似的元素，它们的原子量或者大致相同性质相似的元素，它们的原子量或者大致相同（如（如Pt、Ir、Os），或者是有规律地递增（如），或者是有规律地递增（如K、Rd、Cs）。）。元素按照它们的原子量排列形成的类似符合它们元素按照它们的原子量排列形成的类似符合它们的原子价的。的原子价的。自然界中分布最多的各种元素有比较小的原子量，自然界中分布最多的各种元素有比较小的原子量，并且有特别显著的性质。并且有特别显著的性质。原子量的大小决定元素的性质。原子量的大小决定元素的性质。预期可以发现许多未知元素。例如同预期可以发现许多未知元素。例如同AlAl和和SiSi相似相似的元素，它们的原子量应该在的元素，它们的原子量应该在65657575之间。之间。元素的原子量可以根据元素的位置来修正。元素的原子量可以根据元素的位置来修正。元素的特性可以从它们的原子量预示出来。元素的特性可以从它们的原子量预示出来。假说的验证假说的验证18711871年门捷拉夫预言锌的后面应该是原子量接近年门捷拉夫预言锌的后面应该是原子量接近6666的元素的元素 “类铝类铝”18751875年法国化学家布瓦博得朗在利用元素的光谱年法国化学家布瓦博得朗在利用元素的光谱检验闪锌矿时，发现了镓检验闪锌矿时，发现了镓GaGa（类铝）（类铝）门捷拉夫写信说：门捷拉夫写信说：“镓就是类铝，镓的比重不是镓就是类铝，镓的比重不是4.74.7，而应是，而应是5.9-6.05.9-6.0”最后布瓦博得朗测得镓的比重为最后布瓦博得朗测得镓的比重为5.965.96震动了欧洲科学界，科学史上第一次预言的新元素震动了欧洲科学界，科学史上第一次预言的新元素得到了证实。得到了证实。18801880年瑞典化学家尼尔逊在希土矿中发现新年瑞典化学家尼尔逊在希土矿中发现新的元素钪的元素钪ScSc（类硼）（类硼）门捷列夫预言的类硼门捷列夫预言的类硼原子量为原子量为44氧化物比重氧化物比重3.5硫酸盐硫酸盐Eb2(SO4)3尼尔森发表的钪尼尔森发表的钪