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1、中学化学精品资料9.2 现代化学发展的趋势分析现代化学发展的趋势分析一、新世纪的化学科学主要研究的物质层次化学是什么？化学的传统定义：研究物质的组成、结构、性能和变化规律的科学。或者：化学是研究分子的科学。现代化学定义：研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离和分析、结构形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。新世纪化学主要研究的物质层次（1）原子层次的化学：核化学、放射化学、同位素化学、元素化学、单原子操纵和检测化学等。（2）分子片层次的化学：原子只有一百多种，但是分子数已达三千多万种，因此，在原子和分子之间引入一个新层次“分
2、子片”。（3）分子层次的化学：三千多多万种化合物（分子），通常分为无机、有机和高分子化合物，但是近些年合成的金属有机化合物、元素有机化合物、原子簇化合物、金属酶、金属硫蛋白等等，已不能适应传统非分类方法，新世纪将研究分子结构类型和结构方式。（4）超分子层次的化学：受体和给体的化学、锁和钥匙的化学、分子间的非共价作用力、范德华引力、各种不同类型的氢键、亲水与疏水基团及其相互作用、分子的堆积、组装、位阻及包括各种空间效应等。（5）生物分子层次的化学：生物化学、分子生物学、化学生物学、酶化学、脑化学、神经化学、基团化学、生命调控化学、药物化学、手性化学、环境化学、生命起源认知化学等。（6）宏观聚集态
3、化学：固体化学、晶体化学、非晶体化学、流体和溶液化学、等离子体化学、胶体化学和界面化学等。（7）介观聚集态化学：纳米化学、软物质化学、胶体化学（胶团胶束化学和气溶胶化学）等。二、新世纪化学科学的主要研究领域1环境相容性化学绿色化学 研究的核心问题： 绿色合成技术方法和过程 可再生资源的利用和转化中存在的一系列问题的研究。 矿物质资源高效利用中存在的关键科学问题的研究。2新材料化学科学 新材料的研究主要有以下几个方面： 复合型材料 新型能源材料 可生物降解高分子材料 有机物体系膜分离及膜材料的研究 生物材料化学3化学中的生命科学 生物超分子功能的研究 模拟生物体系的自由基化学和物理有机化学研究
4、无机化合物药用的研究无机药物的手性选择问题、抗癌配合物的研究、利用微量金属离子有效地预防疾病、对无机药物跨膜运送机制、无机 药物载体和靶向药物的研究、核药物及中药复方中使用矿物的问题。4化学工程技术 从液滴反应器的尺度范围内对化学转化影响下的某些重要的物理现象进行研究就形成了化学工程。 具有经济、环境优化性的化学过程集成智能方法 化学反应的原子经济 飞秒激光控制化学反应 微系统（MEMS）的新型活性加工技术及微流量系统的研究。5农业化学科学 粮食问题的解决，除了不断发展其他领域的农业（如海洋蓝色农业、微生物白色农业等）之外，化肥工业是支撑农业发展不可动摇的基石 重要研究内容：固氮工程、光合作用
5、、长效缓释化肥等 其他重点研究领域：植物激素及生长调节物质、昆虫激素及生长调节物质、昆虫信息素、生物活性发展的分离和鉴定等。6催化化学 新世纪的催化化学是以消除有害物质为目的的新的能源环保为特征的催化化学 研究各种形式的催化过程，如化学催化、生物催化、择形催化、电催化、光催化等在绿色合成中的作用。 研制开发家电用环保催化剂、烹调器用自净化催化剂、光催化空气净化剂、催化燃料电池、汽车尾气净化剂等。7计算机化学科学 一方面电子信息产业需要大量的化工原料，其中有基材、光刻胶、掺杂剂、封装材料及专用清洗剂等。 另一方面，随着分子生物学的不断兴起和发展，人们发现在生物大分子之间遵循化学和生理规律发生相互
6、作用过程中，能形成具有类似于计算机的信息传输和处理、甚至逻辑运算功能的“生物电路”，从而诞生了生物计算。 计算机化学科学的另一领域是发展理论化学计算及微观过程模型的软件。三、21世纪化学科学的四大难题1化学反应理论建立严格的微观化学反应理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径等。2结构和性能的定量关系 理论上说，一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算很困难。要优先研究的课
7、题：分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律；超分子结构的类型、生成和调控的规律；给体受体作用原理；生物大分子的结构以及与生物和生理活性的关系；分子自由基的稳定性和结构的关系；掺杂晶体的结构和性能的关系；如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？如何使宏观材料达到微观化学键的强度？3生命现象的化学机理研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础。搞清楚光合作用、生物固氮作用，牛羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理。人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机，彻底了解大脑的结构和功能，是多学科共同面对的难题。 了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。 如何实现从生物分子到分子生命的飞跃？如何制造活的分子，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟？ 研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状态，分形现象等非线性问题4纳米尺度的基本规律尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，导致物质性能及其运动规律和原理的质的区别。纳米尺度的热力学性质，例如金的熔点1063，而纳米金（510nm）的熔化温度为330 ；银的熔点为960.3 ，而纳米银（510nm）为100 。纳米磁性：量子隧穿效应、量子相干效应等 纳米粒子比表面很大，由此引起性质的不同。例如，纳米铂黑催化剂可使乙烯催化反应的温度从6000 降至室温。