1一、20世紀的化學取得了空前輝煌的成就，期望得到社會應有的認同。二、21世紀的化學科學面臨的挑戰。21、社會以及青年學生對化學的質疑罪魁禍首好事不出門，惡事傳千里！

隨著環境污染問題日趨惡化，一些人對化學產生了一種恐懼感，認為化學是環境污染的罪魁禍首，化學幾乎成了“有毒”、“有害”的代名詞。談化色變3

其實，造成環境污染的不僅僅是化學，更重要的是森林破壞，水土流失。中國的土地還有多少綠色？4森林破壞導致的惡果是非常嚴重的。以黑龍江省為例：氣候惡化，平均大風日數增加了22天。十年九旱。有沙地面積1200萬畝。1980年5月27日的一場大風，70%的耕地受災，24萬畝毀種。全省的耕地土壤肥力下降。超過全省耕地面積的一半以上水土流失。每年流失土量2.5億立方米。導致了嚴重的水災。5還有汽車尾氣排放，煤燃燒！6沙塵如雪蓋京華滿城盡帶黃金甲

以及沙漠化和沙塵暴7還有微電子工業，中國正成為世界上最主要的電子垃圾場。電子垃圾主要由廢棄的家用電器、通信工具、電池類產品等組成。8

事實上，化學污染嚴格地說并非化學本身之過，而是人沒有從自然—社會—科學技術這個大系統的觀點看問題，片面追求科學技術的發展和應用造成的。事實上，一旦我們把自己的科學技術和生產活動納入上述的大系統來認識，并以這個大系統所要求的原則來規范我們的科學技術實踐過程時，“污染”是能夠作為一種物質“漲落”在達到其危險的臨界值以前被整個系統“斂平”的?；瘜W污染的真正源頭是化學的實際應用即化學工藝過程中存在的種種問題，由此造成對人類生存環境乃至整個生態系統的破壞。由此說明了現代系統思想和系統方法在人與自然的關系變得日漸復雜時是何等重要。9而問題的另一方面，我們已無法擺脫造就我們當前物質文明的化學工業和化工產品，化學和化學家面臨著前所未有的挑戰。化學家已提出綠色化學的奮斗目標。綠色化學即是用化學的技術和方法減少或消除那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑、產物、副產物等的使用與產生。綠色化學的理想是不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，把污染治理轉變為污染預防。從綠色化學研究的指導思想、基本原理和方法上看，它的誕生無疑是化學自身發展中的一場革命。

從事分析、監測、治理環境污染的正是化學家，化學家不但要認識世界、改造世界，還要保護世界。102、化學已有200余年的歷史，是一門成熟的老科學，現在發展的前途不大了，沒有什么可搞了。物理進化，化學進化，天體演化，地質演變，生物進化，社會進化，人工自然進化，物質產生精神、精神反作用于物質“數理化天地生”這六門所謂“老科學”，是青春常駐的。只要地球存在，人類不滅亡，她們也永遠不會消亡的。

數學則是研究八個層次中抽象出來“數、形和系統”的最普遍的規律，邏輯最嚴格、應用最廣泛的科學。宇宙進化的八個層次11當前化學的幾大難題需要去解決

①建立精確有效而又普遍適用的化學反應的含時的量子理論和統計理論。質量作用定律經驗的、宏觀的定律反應速度理論半經驗理論

反應途徑的理論不徹底的半經驗理論

含時密度泛函理論描述復雜化學體系比較困難

12對于這一難題，應予首先研究的課題有：（1）充分了解若干個重要的典型的化學反應的機理，以便設計最好的催化劑，實現在最溫和的條件下進行反應，控制反應的方向和手性，發現新的反應類型，新的反應試劑。（2）在搞清楚光合作用和生物固氮機理的基礎上，設計催化劑和反應途徑，以便打斷CO2,N2等穩定分子中的惰性化學鍵。（3）研究其它各種酶催化反應的機理。酶對化學反應的加速可達100億倍，專一性達100%。如何模擬天然酶，制造人工催化劑，是化學家面臨的重大難題。（4）充分了解分子的電子、振動、轉動能級，用特定頻率的光脈沖來打斷選定的化學鍵－選鍵化學的理論和實驗技術。

13②結構和性能的定量關系

孔恩從理論上證明一個分子的電子云密度可以決定它的所有性質，但實際計算困難很多，現在對結構和性能的定量關系的了解，還遠遠不夠。要優先研究的課題有：（1）分子和分子間的非共價鍵的相互作用的本質和規律。（2）超分子結構的類型，生成和調控的規律。（3）給體-受體作用原理。（4）進一步完善原子價和化學鍵理論，特別是無機化學中的共價鍵問題。14（5）生物大分子的一級結構如何決定高級結構？高級結構又如何決定生物和生理活性？（6）分子自由基的穩定性和結構的關系。（7）摻雜晶體的結構和性能的關系。（8）各種維數的空腔結構和復雜分子體系的構筑原理和規律。（9）如何設計合成具有人們期望的某種性能的材料？（10）如何使宏觀材料達到微觀化學鍵的強度？

15③生命現象的化學機理

充分認識和徹底了解人類和生物的生命運動的化學機理，無疑是21世紀化學亟待解決的重大難題之一。例如：（1）研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理，這是藥物設計的基礎。（2）化學遺傳學為哈佛大學化學教授Schreiber所創建。他的小組合成某些小分子，使之與蛋白質結合，并改變蛋白質的功能，例如使某些蛋白酶的功能關閉。這些方法使得研究者們不通過改變產生某一蛋白質的基因密碼就可以研究它們的功能，為開創化學蛋白質組學，化學基因組學（與生物學家以改變基因密碼來研究的方法不同）奠定基礎。16（3）搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草動物胃內酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應機理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎。（4）人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計算機。如何徹底了解大腦的結構和功能將是21世紀的腦科學、生物學、化學、物理學、信息和認知科學等交叉學科共同來解決的難題。（5）了解活體內信息分子的運動規律和生理調控的化學機理。17（6）了解從化學進化到手性和生命起源的飛躍過程。（7）如何實現從生物分子[biomolecules]到分子生命[molecularlife]的飛躍？如何制造活的分子(Makelife)，跨越從化學進化到生物進化的鴻溝。（8）研究復雜、開放、非平衡的生命系統的熱力學，耗散和混沌狀態，分形現象等非線形科學問題。18④納米尺度的基本規律

現在中美日等國都把納米科學技術定為優先發展的國家目標。錢學森先生說：繼信息科學之后，納米科學技術可能引起新一輪的產業革命。在復雜性科學和物質多樣性研究中，尺度效應至關重要。尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，導致物質性能及其運動規律和原理的質的區別。

納米尺度體系的熱力學性質，包括相變和“集體現象（collectivephenomena）”如鐵磁性，鐵電性，超導性和熔點等與粒子尺度有重要的關系。當尺度在十分之幾到10納米的量級，正處于量子尺度和經典尺度的模糊邊界[fuzzyboundary]中，此時熱運動的漲落和布朗運動將起重要的作用。例如金的熔點為1063度，納米金(5-10nm)的融化溫度卻降至330度。銀的熔點為960.3度，而納米銀(5-10nm)為100度。19當代信息技術的發展，推動了納米尺度磁性[nanoscalemagnetism]的研究。由幾十個到幾百個原子組成的分子磁體表示出許多特性，如量子隧穿效應，量子相干效應等。納米粒子的比表面很大，由此引起性質的不同。例如納米鉑黑催化劑可使乙烯催化反應的溫度從600度降至室溫。

又如電子或聲子的特征散射長度，即平均自由程在納米量級。當納米微粒的尺度小于此平均自由途徑時，電流或熱的傳遞方式就發生質的改變。所以納米分子和材料的結構與性能關系的基本規律是21世紀的化學和物理需要解決的重大難題之一。20關于納米技術與納米材料目前，社會對納米出現了懷疑：納米技術將會發展到何種程度？納米技術是否能變得經濟實用？納米技術如何讓世界變得更加美好？納米=

花瓶21納米高科技個別不法商家，打著納米高科技的旗號在騙人！技術轉讓納米技術水油技術轉讓費：1萬元22納米材料的制造技術納米材料的分析技術納米科技大廈納米生物技術納米器件制造技術23目前納米國際上的熱點研究課題納米器件的制造技術納米生物醫療技術具體包括下面幾個方面：1.生物芯片技術2.納米生物導彈3.分子生物技術及基因工程4.電子元器件的制造技術5.超微磁存儲元件，機械元件，光學元件的制造技術6.微機電制造技術24300nm

美國科學家用碳納米管造出了世界上最小的電動機，它的尺寸比頭發絲的粗細還要小２０００倍，能夠在電壓驅動下轉動。這種分子電動機是美國加利福尼亞大學伯克利分校的科學家設計的。研究人員在《Nature》雜志上報告說，電動機的旋轉葉片是一片金葉，其長度為３００納米；葉片安裝在一根由多層碳納米管做成的轉軸上。25利用納米技術跟蹤生物體內活動。比如納米顆粒比人體細胞顆粒要小得多，而且具有發光功能，把這種納米顆粒送進人的肉體、器官內，然后從人體外部向內照射近紅外線，納米顆粒在體內也會發光，這樣就可以跟蹤了解人體細胞的變化情況，從而達到追蹤病毒等效果。

26我們國家的納米技術我國的納米科技隊伍，他們主要集中于中科院和國內一批知名高校。我國的研究力量主要是納米材料的合成和制備、掃描探針顯微學、分子電子學以及極少數納米技術的應用等方面。由于科研條件的限制，我國的研究工作只能集中在一些硬件條件要求不太高的領域，屬世界首創的、具有獨立知識產權的成果還很少。27納米材料的制造技術納米材料的分析技術納米科技大廈我們國家在納米方面的研究還僅僅停留在材料的制造和分析的層次上。我國在納米科技領域的總體上與發達國家仍然存在很大差距——尤其是在納米器件研制方面，這將對我國未來納米產業參與世界競爭極為不利。抓住機遇，迎頭趕上，才能使我國在國際納米科技領域的競爭中占有一席之地。納米生物技術納米器件制造技術28目前的研究開發方向主要是將納米粉末摻到某種傳統材料中去，或者將納米粉末制成納米團體，看看是否具有不同于常規材料的性能，然后將這種新材料推出去尋找應用領域。但是，目前的大多數科研成果從實驗到產業化還不完全成熟，主要障礙是批量生產能力和產品成本等問題。納米冰箱納米洗衣機納米領帶納米襪子在其中的某個部件（例如陶瓷部件）摻雜了一些納米材料，起到殺菌、耐臟的目的。29我是灰塵！一般材料顆粒我也是！我也要！耐臟30我是灰塵！一般材料顆粒納米顆粒我掛了！31自清潔作用納米材料非納米材料32時間表耐腐蝕涂層：5－15年；既硬又韌的切削工具：5—15年；塑料電子學平面顯示器：5－10年；有100nm特性的芯片：7年；長壽命的生物、植物：5－15年；納米電子器件：10－20年；高密度記憶能力超快速計算機處理器：10－20年；在人體血液中清除脂肪堆積的納米機器：至少25年。具有科學技術含量高的納米材料與產品走入市場還需要一段時間。33所以說：“如果僅僅將納米技術等同于納米材料，那就太狹隘了”。

“如果僅僅將納米看成一種時尚、潮流，那就太短淺了”。納米材料與納米技術的發展需要化學、物理等各個學科的參與！34北京四中的一位中學生向諾貝爾化學獎獲得者克羅托教授提問：“人們都說21世紀是生命科學和信息科學的世紀，您能否告訴我化學有什么用，我們為什么要學習化學呢？”克羅托回答說：“正是因為21世紀是生命科學和信息科學的世紀，所以化學才更為重要”?？肆_托的回答是非常簡潔和巧妙的，但似乎沒有解決這位中學生提出的實質問題：為什么在生命科學和信息科學的世紀，化學更為重要呢？社會上在談論21世紀是信息科學和生命科學大發展的時候，很少提到化學在其中的重要作用。

3、化學有什么用？3520世紀發明了七大技術：包括無線電、半導體、芯片、集成電路、計算機、通訊和網絡等的信息技術2.基因重組、克隆和生物芯片等生物技術3.核科學和核武器技術4.航空航天和導彈技術5.激光技術納米技術化學合成和分離技術

36其余的六大技術如果缺少一二個，人類照樣生存。但如沒有發明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新農藥的技術，世界糧食產量至少要減半，60億人口有30億要餓死。哈勃（Haber）在1909年發明的以鋨為催化劑的合成氨技術，哈勃因此獲得1918年諾貝爾獎，C.施博改進了高壓合成氨的催化方法，又于1931年獲諾貝爾獎。國外傳媒因而把HaberProcess評為20世紀最重大的發明。37沒有發明合成各種抗生素和大量新藥物的技術，人類平均壽命要縮短25年。

沒有發明合成纖維、合成橡膠、合成塑料的技術，人類生活要受到很大影響。信息技術：集成電路的硅芯片，存儲材料，高分子材料。核電站：核燃料鈾、钚、廢水處理等都是化學工業。激光、航空、航天、導彈和納米等技術無不需要化學合成的、品種繁多的高新材料3820世紀七大技術的排序第一是信息科學技術，2009年中國信息產業（包括計算機和芯片制造、電信服務和軟件工業）的增加值已占全年GDP的6％。第二是與化學化工密切相關的化學過程工業（ChemicalProcessIndustry）包括石油煉制、化工、精細化工和藥物工業、合成纖維、合成塑料、合成橡膠、冶金、環境治理等第三是飛機、航天、人造衛星及導彈產業。

第四是核電站和核工業，其中核燃料和重水工業實際是化工工業。第五是生物技術和生物產業，占GDP不到1％。

第六納米技術產業，其中納米材料合成也是化工產業。第七激光技術產業如光纖等。39

“化學形象被與其交叉學科的成功埋沒”

“化學家的謙虛使得在交叉學科中放棄冠名權”，使人們以為“化學在生物學與物理學的夾縫中消亡”。

——《自然》雜志社論

(Nature/VOL411-24May2001)4、化學很少在媒體上以正面形象露面40成本：1美元/堿基---1986年（30億美元）

10美分/堿基--1991年（3億美元）速度：1000萬堿基/年—1986年2億堿基/年---1990年前7.5年僅完成了3%，后5.5年完成了97%。世紀之交的偉大的科學工程人類基因組計劃速度上個世紀末“人類基因測序”被認為是一項像人類登月一樣的偉大工程，在該工程面臨進展緩慢的困難時，是由于分析化學提供了多通道毛細管電泳的分離技術，和激光誘導熒光監測方法，使這項偉大的工程得以提前完成，從而揭開了后基因時代的序幕。DNA測序實際上是分析化學和分離化學的問題，但社會上只知道基因學，看不到化學家在其中有什么作用。按照此速度，需要200多年。41TheNobelPrizeinChemistry1993KaryB.Mullis

MichaelSmith

PCR技術古老的DNA可以在試管中復制的PCR技術，在考古學、刑事偵查學、身份鑒定等方面是一個重大的技術。大多數的人認為這是生物技術，實際上確是1993年的諾貝爾化學獎的化學技術。42化學家非常謙虛，在交叉學科中放棄了冠名權例如：生物化學被稱為：分子生物學生物大分子的結構化學被稱為：結構生物學生物大分子的物理化學被稱為：生物物理學固體化學被稱為：凝聚態物理學溶液理論、膠體化學被稱為：軟物質物理學量子化學被稱為：原子分子物理學

43分子晶體管、分子芯片、分子馬達、分子導線、分子計算機等都是化學家開始探索而且正在研究的，但開創這方面研究的化學家卻不提出“化學器件學”這一新名詞，而微電子學專家馬上看出這些研究的發展遠景，并稱之為分子電子學?；瘜W家合成了巴基球碳－60，于1996年被授予諾貝爾化學獎，后來化學家又做了大量研究工作，合成了碳納米管。但是許多由這一發明所帶來的研究被人們當作應用物理學或納米科學的貢獻。44（1）化學是一門承上啟下的中心科學。

（2）化學又是一門社會迫切需要的中心科學，化學與人們的生活有非常緊密的聯系。

（3）化學是與信息、生命、材料、環境、能源、地球、空間和核科學等八大朝陽科學（Sun-riseScience）都有緊密的聯系、交叉和滲透的中心科學。45化學與生命、材料等八大朝陽科學交叉產生了許多重要的交叉學科，但化學作為中心學科的形象反而被其交叉學科的巨大成就所埋沒，反而被社會看作是伴娘科學（BridesmaidScience）而不受重視，有人稱呼化學為科學中的農民。世界著名的《自然》雜志也為化學家鳴不平，發表了社論。但化學家仍然很謙虛，居然不喊不叫也不抱怨?；瘜W家的謙虛本是美德，但因此吸引不到優秀的年輕學生，這個問題就大了。46

從上面的討論可以看出，20世紀的化學取得了輝煌成就，21世紀的化學發展前程遠大，期待社會對化學的重要性給予應有的認同。

47一、20世紀的化學取得了空前輝煌的成就，期望得到社會應有的認同。二、21世紀的化學科學面臨的挑戰。481.

資源與能源（危機）

2.

環境與生態（污染與治理）

3.

生命與健康

4.

國家安全5.

在時間尺度與分子尺度上認識并控制分子如何反應6.將自組裝發展成為合成與制造復雜體系及材料的有用手段。7.…………49中國主要資源占世界總數比:

人口21

%

勞動力26

%

國土7.1

%

耕地7.1

%

水資源7

%

天然氣1.2

%

煤

10.97

%

石油2.34

%按照目前的消耗速度石油：50年天然氣：100年煤：數百年世界自然科學基金會和聯合國環境規劃署聯合發表《2000年地球生態報告》稱，地球的資源會在2075年耗盡。

1.

資源與能源（危機）50我們最終必須要學會如何在一個不燃燒化石、燃料來提供能源的世界上使我們的生正常運轉，目還沒有明確的解決方法，但是一系列的方案也有所幫助。

太陽能

利用生物來轉化太陽能設計出能更有效的把太陽能轉化為生物能的專門的草或者其他植物，然后把生物能轉化為電能。51太陽能發電

在大面積的干旱地區或者屋頂覆蓋光伏電池。目前的電池的轉換效率可以達到30%。瑞士洛桑聯邦技術學院的米夏埃爾·格雷策爾認為，如果美國得克薩斯州１／３的地面布滿太陽能電池，便足以滿足世界對能源的基本需求。存在的問題：發展價格低、壽命長、光電轉換效率高的光電池仍然是技術上的挑戰。52

估計30－50年的時間太陽能汽車會進入家庭。目前的太陽能汽車主要問題是光電轉換效率低、價格昂貴。最便宜的：10萬美元左右53核能核能目前正在成為提供電能的主要渠道。但是其中重要的問題是核安全問題：核廢料如何處理。如果操作不慎將導致危險。被用來制作核武器，或者被恐怖襲擊。如上述問題解決，核能的益處很多，核燃料價格低廉，不會產生室溫效應和酸雨。水和風能源的轉化、存儲、輸送等問題。超導體的使用將使高效的能源傳輸成為可能。542.

環境與生態（污染與治理）化學工業為推進世界的文明化程度做出了巨大的貢獻，但是它卻對環境存在潛在的污染性。闡明大氣、土壤、湖泊、溪流和海洋——我們賴以生存的既復雜又相互作用的化學世界，為保護生態環境政策的建立提供科學依據。確?；瘜W制造過程和化學產品與環境友好，生物優良、無毒無害。55研究如何使產品在其使用期間穩定，廢棄后可降解，不滯留在環境中或處于活動狀態。

開發絕對無毒并可降解的農藥。開發選擇性好的催化劑，使產品的制造過程無廢物排放、無額外能耗需求。開發能量產生及分配工藝，做到溫室氣體或有毒物質的零排放。563.生命與健康理解蛋白質、核酸以及微小生物體如何聚集裝配成顯示化學特征的功能性復合物，真正認識活性細胞的不同組分之間的復雜的化學反應，根據化學詮釋生命過程仍然是未來我們面臨的一大挑戰。開發出能夠快速、可靠的檢測疾病、危險的疾病生物體的測量裝置。開發出能夠治愈目前尚屬不治之癥的醫藥產品和治療方法。57例如在磁性納米顆粒的表面包覆葉酸，血液中的腫瘤細胞能夠將這些包覆葉酸的磁性納米顆粒吃掉，然后利用磁場將它們分離，利用這個方法，可以檢測出血液中極少量的腫瘤細胞，實現腫瘤的早期診斷。腫瘤細胞FolicAcid四氧化三鐵腫瘤細胞NS58針對SARS病毒的檢測方法以及治療方法？針對禽流感病毒的檢測方法以及治療方法？禽流感病毒H5N1在入侵紅細胞59盡管醫學化學在過去已經為戰勝疾病做出了很大的貢獻，但是：我們仍然沒有普遍的藥物來治療流感、埃博拉病毒、艾滋病。我們需要更好的藥物來治療癌癥、心臟病、阿爾茨