第三节-现代化学的特点及发展趋势.ppt

第三节第三节现代化学的特点及发展趋势现代化学的特点及发展趋势 现代化学的发展，到现在已有现代化学的发展，到现在已有100多年的历多年的历史了。虽然这个历史发展时期尚未完结，但是它史了。虽然这个历史发展时期尚未完结，但是它在理论、方法、实验技术和应用等方面，均已发在理论、方法、实验技术和应用等方面，均已发生了深刻的变化。随着当代科学技术既高度分化生了深刻的变化。随着当代科学技术既高度分化又高度综合的发展趋势，正在经历着更深刻的变又高度综合的发展趋势，正在经历着更深刻的变化。因此，研究现代化学历史的辩证发展过程和化。因此，研究现代化学历史的辩证发展过程和一般特点，加深我们对现代化学发展的认识，具一般特点，加深我们对现代化学发展的认识，具有重要的意义。有重要的意义。本节内容本节内容(一一)现代化学的特点现代化学的特点(二二)现代化学发展的十个代表性学科现代化学发展的十个代表性学科(三三)现代化学的三大关键问题现代化学的三大关键问题(四四)未来化学是一门中心科学未来化学是一门中心科学(一一)现代化学的特点现代化学的特点 现代化学的特点十分鲜明，现代化学的特点十分鲜明，主要有以下五个特点。主要有以下五个特点。1.发展速度更快发展速度更快20世纪的化学日新月异，新的世纪的化学日新月异，新的成果无论在数量方面，还是在水平方成果无论在数量方面，还是在水平方面，都不断给人以新鲜的感觉。面，都不断给人以新鲜的感觉。现代现代化学的发展速度比化学的发展速度比19世纪更快。世纪更快。化学发展快的原因化学发展快的原因20世纪以来，化学从研究宏观领域进入微世纪以来，化学从研究宏观领域进入微观领域的研究，新领域的开拓有着广阔前途，观领域的研究，新领域的开拓有着广阔前途，需要研究的问题很多。需要研究的问题很多。各种学科与化学相互渗透，新的学科大量各种学科与化学相互渗透，新的学科大量增加，需要研究的课题数量猛增。增加，需要研究的课题数量猛增。现代社会和生产的要求，有力地推动着化现代社会和生产的要求，有力地推动着化学的发展。学的发展。新兴科学技术的需要，也是促使化学迅速新兴科学技术的需要，也是促使化学迅速发展的重要原因。发展的重要原因。2.宏观微观共同研究宏观微观共同研究化学不仅是研究宏观方面的化学化学不仅是研究宏观方面的化学问题，同时深入到微观领域开展了广问题，同时深入到微观领域开展了广泛的研究，成为区别于泛的研究，成为区别于19世纪化学的世纪化学的显著特点。显著特点。3.数学化程度加强数学化程度加强20世纪以来，数学在化学中的世纪以来，数学在化学中的应用逐渐增多，其应用范围日趋扩应用逐渐增多，其应用范围日趋扩大。大。4.实验水平空前提高实验水平空前提高现代化学的各种实验手段成为探索现代化学的各种实验手段成为探索化学奥秘的犀利武器，而特别突出的是化学奥秘的犀利武器，而特别突出的是大量多功能、高精度实验仪器进入实验大量多功能、高精度实验仪器进入实验室，这些新的实验仪器标志着室，这些新的实验仪器标志着20世纪科世纪科学、生产、理论在新的水平上形成了新学、生产、理论在新的水平上形成了新的综合特点。的综合特点。5.新的分支学科大量增加新的分支学科大量增加在传统学科进行深入研究的在传统学科进行深入研究的基础上，形成了许多学科相互交基础上，形成了许多学科相互交叉和渗透，从而形成的许多新的叉和渗透，从而形成的许多新的分支学科。分支学科。(二二)现代化学发展的十个代表性学科现代化学发展的十个代表性学科 现代化学已经发展成一门系统庞大的学现代化学已经发展成一门系统庞大的学科网，其最基础的仍然是无机化学、分析化科网，其最基础的仍然是无机化学、分析化学、有机化学和物理化学，但也从基础理论学、有机化学和物理化学，但也从基础理论和应用两方面发展出来许多不同层次的新兴和应用两方面发展出来许多不同层次的新兴分支学科，在这些新兴学科中，能代表现代分支学科，在这些新兴学科中，能代表现代化学发展趋势的有下列十个学科。化学发展趋势的有下列十个学科。1.生物无机化学生物无机化学 无无机机化化学学与与生生物物化化学学的的交交叉叉学学科科，是是将将无无机机化化学学，特特别别是是配配位位化化学学的的方方法法和和理理论论用用于于研研究究生生物物问问题题，研研究究无无机机元元素素及及其其化合物与生物体系的相互作用。化合物与生物体系的相互作用。它它属属于于无无机机化化学学第第三三层层次次上上的的交交叉叉学科。学科。2.金属有机化学金属有机化学 是以研究金属和有机烃基结合是以研究金属和有机烃基结合的一类化合物为对象的化学。的一类化合物为对象的化学。研究含有金属的有机化合物的研究含有金属的有机化合物的化学称为有机金属化学。化学称为有机金属化学。(1)金属有机化合物金属有机化合物一般将含有金属一般将含有金属-碳键碳键(M-C)的化合物的化合物称为有机金属化合物或金属有机化合物。称为有机金属化合物或金属有机化合物。两者名称之间并无严格界限。两者名称之间并无严格界限。也有观点认为研究含有金属的有机化也有观点认为研究含有金属的有机化合物的化学是有机金属化学，这样的化合合物的化学是有机金属化学，这样的化合物也称为有机金属化合物，显然后者的范物也称为有机金属化合物，显然后者的范围更广一些，例如围更广一些，例如Fe(CO)5等。等。(2)金属有机化合物的发展金属有机化合物的发展1827年问世的年问世的Zeise盐盐KPtCl3(CH2=CH2)是第一个被发现是第一个被发现的具有不饱和有机分子与金属键合的有机金属化合物。的具有不饱和有机分子与金属键合的有机金属化合物。此后，有机硅、有机钠、有机锌等相继问世并得到应用。此后，有机硅、有机钠、有机锌等相继问世并得到应用。著名的格氏试剂及其催化反应极大地推动了有机化学的发展，著名的格氏试剂及其催化反应极大地推动了有机化学的发展，Ziegler-Natta催化剂也给工业带来了巨大经济效益。催化剂也给工业带来了巨大经济效益。1951年具有特殊结构和类似芳烃的二茂铁的制备和结构确年具有特殊结构和类似芳烃的二茂铁的制备和结构确证，为有机过渡金属开辟了一大类新型的有机金属配合物。证，为有机过渡金属开辟了一大类新型的有机金属配合物。现已发现，周期表中几乎所有金属元素都能和碳结合，形现已发现，周期表中几乎所有金属元素都能和碳结合，形成不同形式的金属有机化合物。迄今已先后有成不同形式的金属有机化合物。迄今已先后有10位科学家因在位科学家因在有机金属化学领域做出的巨大贡献而荣获诺贝尔化学奖。有机金属化学领域做出的巨大贡献而荣获诺贝尔化学奖。(3)金属有机化合物的影响金属有机化合物的影响 金属有机化合物成功地为价键理论的研金属有机化合物成功地为价键理论的研究工作提供大量新颖物种，特别是有些试剂究工作提供大量新颖物种，特别是有些试剂或催化剂在有机合成化学上取得了巨大的成或催化剂在有机合成化学上取得了巨大的成就。此外，在塑料添加剂、抗震剂、杀菌剂就。此外，在塑料添加剂、抗震剂、杀菌剂等方面也有着广泛应用。如果没有金属有机等方面也有着广泛应用。如果没有金属有机化合物作为催化剂，精细有机化工，如制药化合物作为催化剂，精细有机化工，如制药工业、香料工业的发展简直不可想象。工业、香料工业的发展简直不可想象。3.金属原子簇络合物化学金属原子簇络合物化学 金属原子簇化合物具有特殊的化金属原子簇化合物具有特殊的化学性质，如特殊的氧化还原性能和电学性质，如特殊的氧化还原性能和电子传递性能，中心金属簇骼的多变价子传递性能，中心金属簇骼的多变价态及其相应的电子结构。态及其相应的电子结构。(1)金属原子簇化合物的结构金属原子簇化合物的结构原子簇金属化合物原子簇金属化合物(metalclustercompound)是由金是由金属原子直接键合组成多面体或缺顶多面体骨架的分属原子直接键合组成多面体或缺顶多面体骨架的分子或离子。每个金属原子簇含有子或离子。每个金属原子簇含有3个或更多金属原子个或更多金属原子相互成键相互成键，骨架内几乎是空穴，骨架上则被朝外的，骨架内几乎是空穴，骨架上则被朝外的络合于金属原子的配位体所包围，原子簇金属化合络合于金属原子的配位体所包围，原子簇金属化合物的骨架呈巢形或笼状物的骨架呈巢形或笼状。例如：碳硼烷具有笼状骨架；多核羰基金属组成了例如：碳硼烷具有笼状骨架；多核羰基金属组成了许多多面体笼状物；四聚的甲基锂、七叔丁基异腈许多多面体笼状物；四聚的甲基锂、七叔丁基异腈合四镍都是四面体笼状物；还有合四镍都是四面体笼状物；还有5个金属原子的直至个金属原子的直至15个金属原子的原子簇化合物。个金属原子的原子簇化合物。(2)金属原子簇化合物发展金属原子簇化合物发展20世纪世纪70年代以来由于化学模拟年代以来由于化学模拟生物固氮、簇合物催化、超导材料、新生物固氮、簇合物催化、超导材料、新型光学晶体材料等方面研究工作的深入型光学晶体材料等方面研究工作的深入开展促使过渡金属原子簇化学成为基础开展促使过渡金属原子簇化学成为基础化学研究领域的一个十分重要的分支。化学研究领域的一个十分重要的分支。(3)我国的研究我国的研究在在20世纪世纪60年代初期卢嘉锡在创办福建物质结年代初期卢嘉锡在创办福建物质结构研究所的时候就开始组织科研人员开展过渡金属构研究所的时候就开始组织科研人员开展过渡金属配合物，主要进行硫氮系原子簇化合物的基础研究配合物，主要进行硫氮系原子簇化合物的基础研究工作，并取得了可喜的研究成果。工作，并取得了可喜的研究成果。从从1972年起，卢嘉锡和蔡启瑞等人共同开展了年起，卢嘉锡和蔡启瑞等人共同开展了化学模拟生物固氮这一重大基础研究项目的协作研化学模拟生物固氮这一重大基础研究项目的协作研究，并开始致力于化学模拟生物固氮的原子簇化学究，并开始致力于化学模拟生物固氮的原子簇化学的研究。的研究。1978年，卢嘉锡基于对国际化学前沿领域的敏锐洞察年，卢嘉锡基于对国际化学前沿领域的敏锐洞察力，在国内首先倡导积极开展过渡金属原子簇化合物的研力，在国内首先倡导积极开展过渡金属原子簇化合物的研究。究。同年卢嘉锡在全国化学年会上发表了题为同年卢嘉锡在全国化学年会上发表了题为“原子簇化原子簇化合物的结构化学合物的结构化学”论文，对这一基础研究项目的研究工作论文，对这一基础研究项目的研究工作起了积极推动作用。起了积极推动作用。此后以卢嘉锡为首的研究集体在这一方向进行了深入此后以卢嘉锡为首的研究集体在这一方向进行了深入系统的研究工作，合成和表征了系统的研究工作，合成和表征了200多种新型原子簇化合物，多种新型原子簇化合物，在此基础上总结和归纳出了两个重要规律，即在此基础上总结和归纳出了两个重要规律，即“活性元件活性元件组装组装”理论和理论和“类芳香性类芳香性”概念，在原子簇化合物的基础概念，在原子簇化合物的基础研究领域做出重要贡献，受到美、英、日、德、法、苏等研究领域做出重要贡献，受到美、英、日、德、法、苏等十几个国家化学家的重视。十几个国家化学家的重视。4.天然有机合成天然有机合成甾组化合物：激素、维生素等；甾组化合物：激素、维生素等；抗生素：红霉素等；抗生素：红霉素等；立体结构立体结构构象问题构象问题5.生物化学生物化学 生物化学的发展渗透到生命生物化学的发展渗透到生命科学的各个领域，其中发展较突科学的各个领域，其中发展较突出的有以下八个方面：出的有以下八个方面：生物化学的突出研究领域生物化学的突出研究领域(1)大分子生命物质研究大分子生命物质研究(2)生物膜的研究生物膜的研究(3)基因工程的研究基因工程的研究(4)物质代谢调控研究物质代谢调控研究(5)免疫化学的研究免疫化学的研究(6)脑及神经化学的研究脑及神经化学的研究(7)衰老生化衰老生化(8)食物营养和安全食物营养和安全(1)大分子生命物质大分子生命物质大分子生命物质的合成、结构和功大分子生命物质的合成、结构和功能的研究是能的研究是21世纪研究的热点。包括：世纪研究的热点。包括：胰岛素胰岛素RNA的人工合成的人工合成活性肽活性肽(脑啡肽、激素肽脑啡肽、激素肽)的人工合成的人工合成蛋白质蛋白质(酶蛋白酶蛋白)的结构和功能的关系的结构和功能的关系核酸的人工合成核酸的人工合成(2)生物膜的研究生物膜的研究 生物膜的组成、结构和功能的研生物膜的组成、结构和功能的研究仍然是生命化学研究的热门。这是究仍然是生命化学研究的热门。这是由于生物膜与许多生命现象密切相关，由于生物膜与许多生命现象密切相关，生物机体的发育、代谢、衰老和疾病生物机体的发育、代谢、衰老和疾病(肿瘤肿瘤)无一不与生物膜有关。无一不与生物膜有关。(3)基因工程的研究基因工程的研究 是分子生物学的重要课题，基是分子生物学的重要课题，基因表达与基因重组在探讨许多生命因表达与基因重组在探讨许多生命现象，改良生物品种和生产新药品现象，改良生物品种和生产新药品等方面都是及其重要的技术。等方面都是及其重要的技术。(4)物质代谢调控研究物质代谢调控研究 生命物质的代谢途径已基本清生命物质的代谢途径已基本清楚，但有关代谢调控还有不少问题楚，但有关代谢调控还有不少问题尚待解决。如遗传、酶、激素、神尚待解决。如遗传、酶、激素、神经洗脱、饮食营养以及环境因素都经洗脱、饮食营养以及环境因素都直接或间接影响代谢，这都需要深直接或间接影响代谢，这都需要深入研究。入研究。(5)免疫化学的研究免疫化学的研究 免疫学是老学科，但与化学结免疫学是老学科，但与化学结合为免疫化学则是新学科。这个学合为免疫化学则是新学科。这个学科有助于维持人体正常代谢，预防科有助于维持人体正常代谢，预防疾病，抗衰防老。疾病，抗衰防老。(6)脑及神经化学的研究脑及神经化学的研究 脑和神经化学是主宰人和高等脑和神经化学是主宰人和高等动物的重要环节，虽然在这方面的动物的重要环节，虽然在这方面的研究进展缓慢，但仍受到人们的重研究进展缓慢，但仍受到人们的重视。视。(7)衰老生化衰老生化 从分子水平上研究生物衰老机制从分子水平上研究生物衰老机制和抗衰老措施是一门新兴的学科，这和抗衰老措施是一门新兴的学科，这与人类幸福、社会进步和文化发展都与人类幸福、社会进步和文化发展都有密切关系。有密切关系。(8)食物营养和安全食物营养和安全食物和营养化学是研究增进人民食物和营养化学是研究增进人民健康，促进社会进步的科学，目健康，促进社会进步的科学，目前世界各国均十分重视。前世界各国均十分重视。6.结构化学结构化学X射线衍射仪和电子计算技射线衍射仪和电子计算技术的发展促进了晶体结构测量技术的发展促进了晶体结构测量技术的发展，揭开了分子术的发展，揭开了分子(晶体晶体)结结构类型和层次的内幕。构类型和层次的内幕。7.量子化学量子化学自从自从1927年量子化学诞生以来，年量子化学诞生以来，已经渗透到多种学科中，并形成了许已经渗透到多种学科中，并形成了许多重要的化学分支学科，如量子生物多重要的化学分支学科，如量子生物化学、量子药物化学、表明量子化学化学、量子药物化学、表明量子化学等。等。量子化学的应用研究量子化学的应用研究主要包括四个方面：主要包括四个方面：研究分子结构，计算分子的几何形状和电子构型研究分子结构，计算分子的几何形状和电子构型,从而得到电从而得到电子能级、结合能、电子云分布以及与之有关的一些分子性能。子能级、结合能、电子云分布以及与之有关的一些分子性能。研究化学反应，通过对位能面的计算探索反应途径。研究化学反应，通过对位能面的计算探索反应途径。研究表面化学与催化机理。研究表面化学与催化机理。为研究生物大分子与药物分子的结构和功能提供理论基础。为研究生物大分子与药物分子的结构和功能提供理论基础。目前对于小分子的计算，用组态相互作用方法达到了相当好的目前对于小分子的计算，用组态相互作用方法达到了相当好的精度，但对于生物大分子则存在很大困难，甚至对整个分子的精度，但对于生物大分子则存在很大困难，甚至对整个分子的从头计算都存在困难。从头计算都存在困难。8.化学动力学化学动力学化学动力学化学动力学(chemicalkinetics)研究化学过程进行的速率和反应机理研究化学过程进行的速率和反应机理的物理化学分支学科。它的研究对象是性的物理化学分支学科。它的研究对象是性质随时间而变化的非平衡的动态体系，时质随时间而变化的非平衡的动态体系，时间是化学动力学的一个重要变量。体系的间是化学动力学的一个重要变量。体系的热力学平衡性质不能给出化学动力学的信热力学平衡性质不能给出化学动力学的信息，全面认识一个化学反应过程并付诸实息，全面认识一个化学反应过程并付诸实现，不能缺少化学动力学研究。现，不能缺少化学动力学研究。9.材料化学材料化学 材材料料化化学学是是一一门门研研究究材材料料的的制制备备、组组成成、结结合合、性性质质及及其其应应用用的的科科学学。它它既既是是材材料料科科学学的的一一个个重重要要分分支支，也也是是材材料料科科学学的的核核心心内内容容，同同时时又又是是化化学学学学科科的的一一个个组组成成部部分分。因因此，材料化学具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。此，材料化学具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。材材料料化化学学的的主主要要内内容容包包括括材材料料的的化化学学组组成成及及结结构构方方面面的的基基础础知知识识、材材料料相相变变的的化化学学热热力力学学理理论论，以以及及金金属属材材料料、非非金金属属材材料料、高高分分子子材材料料、复复合合材材料料的的制制备备过过程程、结结构构特特性性与使用性能之间的关系。与使用性能之间的关系。材材料料化化学学对对于于从从事事材材料料研研究究与与制制备备的的学学生生和和工工程程技技术术人人员员来来说说是是一一门门重重要要的的课课程程，对对于于培培养养该该类类人人员员从从化化学学角角度度提出问题、分析问题、解决问题的能力具有重要的意义。提出问题、分析问题、解决问题的能力具有重要的意义。10.分析科学分析科学分析化学的发展趋势是与其分析化学的发展趋势是与其它化学学科共同发展。因为分析它化学学科共同发展。因为分析化学的发展直接受生产的发展和化学的发展直接受生产的发展和科学实验的要求所推动。科学实验的要求所推动。(三三)现代化学的三大关键问题现代化学的三大关键问题 随着化学的不断发展，一些先进随着化学的不断发展，一些先进国家正在考虑抓住化学的关键问题进国家正在考虑抓住化学的关键问题进行研究，以推动经济、生产和化学的行研究，以推动经济、生产和化学的全面发展，并保持其领先地位。全面发展，并保持其领先地位。1.化学反应性能化学反应性能(1)选择最佳反应途径是未来发展新产品、选择最佳反应途径是未来发展新产品、新工艺的基础。新工艺的基础。减少反应步骤减少反应步骤提高生成物的产率提高生成物的产率把无机化合物用于有机化合物合成等。把无机化合物用于有机化合物合成等。(2)研制获取特殊性能固体的各种条件。研制获取特殊性能固体的各种条件。(3)选择光做试剂进行反应的途径等。选择光做试剂进行反应的途径等。2.化学催化剂化学催化剂 化学的最终目的是制取各种需要的化学的最终目的是制取各种需要的化合物和化学物质。在现代化学中，催化合物和化学物质。在现代化学中，催化剂成为关键性的问题之一，它在研制化剂成为关键性的问题之一，它在研制新能源、能量转换、国防技术、环境保新能源、能量转换、国防技术、环境保护以及食品等方面的需要中起着重要作护以及食品等方面的需要中起着重要作用。用。(1)催化剂催化剂催化剂又叫触媒。根据催化剂又叫触媒。根据国际纯粹与国际纯粹与应用化学联合会应用化学联合会(IUPAC)于于1981年提出的年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为自由焓变化。这种作用称为催化作用催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。涉及催化剂的反应为催化反应。(2)催化剂的分类催化剂的分类正催化剂：使化学反应加快的催化剂，叫做正催化剂：使化学反应加快的催化剂，叫做。例如，酯和多糖的例如，酯和多糖的水解水解，常用无机酸作正催化，常用无机酸作正催化剂；剂；SO2氧化为氧化为SO3，常用，常用V2O5作正催化剂。作正催化剂。负催化剂：使化学反应减慢的催化剂，叫做负催化剂：使化学反应减慢的催化剂，叫做。例如：食用油脂里加入例如：食用油脂里加入0.01%0.02%没食子酸没食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子酸正丙酯是一种酸正丙酯是一种负催化剂负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂也叫做缓化剂或抑制剂)。均相催化剂均相催化剂 催化剂和反应物同处于一相，没有催化剂和反应物同处于一相，没有相界相界存在而进行的反应，称为存在而进行的反应，称为均相催化均相催化作用，能起均相催化作用的催化剂为均作用，能起均相催化作用的催化剂为均相催化剂。均相催化剂以相催化剂。均相催化剂以分子分子或离子或离子独独立立起作用，起作用，活性中心活性中心均一，具有高均一，具有高活性活性和高和高选择性选择性。异相催化剂异相催化剂 异相催化剂又称非均相催化剂，即催化剂异相催化剂又称非均相催化剂，即催化剂和它们所催化的反应物处于不同的状态。和它们所催化的反应物处于不同的状态。例如：在生产人造黄油时，通过固态镍例如：在生产人造黄油时，通过固态镍(催化催化剂剂)，能够把不饱和的，能够把不饱和的植物油植物油和氢气转变成饱和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种异相催化剂，被它催和的脂肪。固态镍是一种异相催化剂，被它催化的反应物则是液态化的反应物则是液态(植物油植物油)和气态和气态(氢气氢气)。光催化光催化 主要研究光作用于半导体所主要研究光作用于半导体所产生的化学反应及对界面上的催产生的化学反应及对界面上的催化作用。化作用。电催化电催化 利用化学方法使电极表面具有催利用化学方法使电极表面具有催化活性，以促进特殊的化学反应。化活性，以促进特殊的化学反应。例如：氯例如：氯-碱电池中采用电催化生碱电池中采用电催化生产氯气。产氯气。生物催化剂生物催化剂酶酶是生物催化剂，是植物、动物和微生物是生物催化剂，是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的产生的具有催化能力的有机物有机物。生物体的化学。生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行。酶的催化反应几乎都在酶的催化作用下进行。酶的催化作用同样具有选择性。作用同样具有选择性。例如：例如：淀粉酶催化淀粉水解淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖，为糊精和麦芽糖，蛋白酶催化蛋白质水解成肽等。蛋白酶催化蛋白质水解成肽等。(4)催化剂的作用机理催化剂的作用机理催化剂的作用机理可分三类。催化剂的作用机理可分三类。离子型反应机理。可从广义的酸、碱概念来理解催化剂的作用，离子型反应机理。可从广义的酸、碱概念来理解催化剂的作用，所用的催化剂多数为酸、碱、盐类，如氧化铝，硅酸铝等。多数为所用的催化剂多数为酸、碱、盐类，如氧化铝，硅酸铝等。多数为非过渡元素的化合物，具有催化裂化、异构化、烷基化、水合、脱非过渡元素的化合物，具有催化裂化、异构化、烷基化、水合、脱水等反应的功能。水等反应的功能。自由基型反应机理。催化剂与反应物间因氧化自由基型反应机理。催化剂与反应物间因氧化-还原作用而使后还原作用而使后者活化，在反应过程中涉及催化剂元素的价态变化，所用催化剂的者活化，在反应过程中涉及催化剂元素的价态变化，所用催化剂的材质多数为金属、金属氧化物、金属硫化物，如镍、铂、氧化钒、材质多数为金属、金属氧化物、金属硫化物，如镍、铂、氧化钒、氧化铬、硫化钼等。它们多数是过渡元素及其化合物，具有催化加氧化铬、硫化钼等。它们多数是过渡元素及其化合物，具有催化加氢、脱氢、氧化等反应的功能。氢、脱氢、氧化等反应的功能。络合反应机理。催化剂与反应物发生配位作用而使后者活化，所络合反应机理。催化剂与反应物发生配位作用而使后者活化，所用的催化剂称用的催化剂称络合催化剂络合催化剂。3.生命过程的化学生命过程的化学当前具有革命意义的一些生物问题，只有依当前具有革命意义的一些生物问题，只有依靠化学才能提供分子水平的说明。靠化学才能提供分子水平的说明。生物在分子水平上的两大问题是：生物在分子水平上的两大问题是：(1)蛋白质受体和一个或多个特殊的底物进蛋白质受体和一个或多个特殊的底物进行有选择的相互作用。行有选择的相互作用。(2)膜化学和矢量化学。膜化学和矢量化学。(四四)未来化学是一门中心科学未来化学是一门中心科学进入进入21世纪的化学是一门具有很强跨学世纪的化学是一门具有很强跨学科性质的科学，或者说科性质的科学，或者说21世纪的化学将是一世纪的化学将是一门门“大化学大化学”。由于化学与其它学科相比，。由于化学与其它学科相比，在研究对象上的交叉性、在研究方法的通容在研究对象上的交叉性、在研究方法的通容性、在研究目的上的相似性，使得化学进入性、在研究目的上的相似性，使得化学进入基础科学和应用科学的各个领域成为一个不基础科学和应用科学的各个领域成为一个不可逆转的趋势。可逆转的趋势。1.现代现代化学研究的特点化学研究的特点 研究层面由宏观向微观发展；研究层面由宏观向微观发展；研究方法由定性向定量发展；研究方法由定性向定量发展；研究对象由静态向动态发展；研究对象由静态向动态发展；研究结果由描述性向推理性发展，研究结果由描述性向推理性发展，2.化学是一门中心学科化学是一门中心学科化学的今天和明天：化学是一门中化学的今天和明天：化学是一门中心的、实用的和创造性的科学心的、实用的和创造性的科学系美国系美国著名化学家著名化学家R.布里斯罗就任美国化学会布里斯罗就任美国化学会会长期间撰写的力作。会长期间撰写的力作。该书分该书分8章，提出了章，提出了44个热点话题，以个热点话题，以一问一答的形式，向读者介绍化学家对现代一问一答的形式，向读者介绍化学家对现代文明生活所做的巨大贡献，以及当今面临的文明生活所做的巨大贡献，以及当今面临的挑战和机遇，内容涉及衣食住行、健康医药、挑战和机遇，内容涉及衣食住行、健康医药、环境保护、电子学革命、石油化工、化学合环境保护、电子学革命、石油化工、化学合成和反应机理等广阔领域。读者可以从中领成和反应机理等广阔领域。读者可以从中领赂到化学在人类文明进程中的作用和地位。赂到化学在人类文明进程中的作用和地位。书中一段话被奉为经典而广为流传：书中一段话被奉为经典而广为流传：从早晨开始，我们从用化学产品建造的住宅和公寓中醒来，家具是部从早晨开始，我们从用化学产品建造的住宅和公寓中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们用化学家们设计的肥皂和牙分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们用化学家们设计的肥皂和牙膏，穿上合成纤维和合成染料制成的衣着，即使天然的纤维膏，穿上合成纤维和合成染料制成的衣着，即使天然的纤维(如羊毛或棉花如羊毛或棉花)也是经化学品处理过的和上色来改进它们的性质，为了保护起见，我们的也是经化学品处理过的和上色来改进它们的性质，为了保护起见，我们的食品被包装起来和冷藏起来，并用肥料，除草剂，和农药使之成长，家畜食品被包装起来和冷藏起来，并用肥料，除草剂，和农药使之成长，家畜用兽医药来防病，维生素类可以加到食品中或制成片剂后服用，其至我们用兽医药来防病，维生素类可以加到食品中或制成片剂后服用，其至我们购买的天然食品，诸如牛奶，必须要经化学检验来保证纯度。购买的天然食品，诸如牛奶，必须要经化学检验来保证纯度。我们的交通工具我们的交通工具-汽车、火车、飞机汽车、火车、飞机在很大程度上是要依靠化在很大程度上是要依靠化学加工业的产品，晨报是印刷在经化学方法制成的纸上，所用的油墨是由学加工业的产品，晨报是印刷在经化学方法制成的纸上，所用的油墨是由化学家们制造的，用于说明事物的照片要用化学家们制造的卷片；在我们化学家们制造的，用于说明事物的照片要用化学家们制造的卷片；在我们生活中的所有金属制品都是用矿石经过以化学为基础的冶炼转化变成金属生活中的所有金属制品都是用矿石经过以化学为基础的冶炼转化变成金属或再将金属转变成合金，化学油漆还能保护它们。或再将金属转变成合金，化学油漆还能保护它们。化妆品是由化学家制造和检验过的；执法用的和国防上用的武器要依化妆品是由化学家制造和检验过的；执法用的和国防上用的武器要依靠化学，事实上在我们日常生活中用的产品中很难找出有那一种不是依靠靠化学，事实上在我们日常生活中用的产品中很难找出有那一种不是依靠化学和在化学家们的帮助下制造出来的。化学和在化学家们的帮助下制造出来的。结结 论论 21世纪的化学世纪的化学是有用的、创造性是有用的、创造性的中心的科学。的中心的科学。