《化学史》——7近代化学的突破和化学发展的前沿

古代和近代化学史掠影1.我国有了青铜器；春秋晚期能炼铁；战国晚期能炼钢；唐代；有了火药。2.十八世纪七十年代，瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯里分别发现并制得了氧气；法国化学家锡最早用天平和为研究化学的工具，并推翻了燃素学说；英国化学家卡文迪许。雷利等陆续从空气中发现了惰性气体。3.1748年俄国化学家罗蒙诺索夫建立了质量守恒定律。4.1808年英国科学家道尔顿提出了近代原子学说。5.1811年意大利科学家阿佛加德罗提出了分子的概念。6.二十世纪奥地利和德国物理学家泡利。洪特分别提出了核外电子排布的“泡利不相容原理”、“洪特规则”。7.1869年俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律。8.十九世纪荷兰物理学家范德华首先研究了分子间作用力。9.1888年法国化学家勒沙特列提出了化学平衡移动原理。10.十九世纪英国物理学家丁达尔和植物学家布朗分别提出了胶体的“丁达尔现象”、“布朗运动”。11.1828年；德国化学家维勒第一次证明有机物可用普通的无机物制得。12.1890年德国化学家凯库蔓提出了苯分子的结构式。1911年英国的卢瑟福提出原子核模型（1908年因其在研究元素核衰变和原子结构上的成就荣获诺贝尔化学奖）1962年加拿大的巴特来合成了第一个惰气化合物（XePtF6）中国化学史上的“世界第一”公元前100年中国发明造纸术。公元105年东汉蔡伦总结并推广了纸技术，而欧洲人还在用羊皮抄书呢！公元700…800年唐朝孙思邈在《伏硫磺法》中归早记载了黑火药的三组分（硝酸钾、硫磺和木炭）。火药于13世纪传入阿拉伯，14世纪才传入欧洲。公元前200…后400年中国炼丹术兴起。魏伯阳的《周易参同契》和葛洪的《抱扑子》记录了汞、铅、金、硫等元素和数十药物的性状与配制。公元750年中国炼丹太传入阿拉伯。公元800年唐朝茅华是世界上第一们发现氧气的人。他比英国的普利斯特里（1774年）和瑞典的舍勒（1773年）氧气约早1000年。我国是“纤维之王”…蚕丝的故乡。公元前2000年中国己经养蚕。公元200年养蚕技术传入日本。公元前600年中国已掌握冶铁技术，比欧洲早1900多年。公元前200年，中国炼出了球墨铸铁，比英美领先2000年。1000多年前中国就能炼锌，早于欧洲400年。公元前2000年中国已会熔铸红铜。公元前1700年中国已开始冶铸青铜。公元900多年我国的胆水浸铜法是世界上最早的湿法冶金技术（置换法）。1700多年前，中国已能炼铅及铜铅合金。公元前8000…6000年中国已制造陶器。公元200年中国比较成熟地掌握了制瓷技术。3000多年前我国已利用天然染料染色。我国是世界上最早发现漆料和制作漆器的国家，约有7000年历史。公元前4000…3000年中国已会酿造酒。公元前1000年我国已掌握制曲技术，比欧洲的“淀粉发酵法”制造酒精早2000多年。3000多年前，我们祖先发现石油。古书载“泽中有火”即指地下流出石油溢到水面而燃烧。宋朝沈括所著《梦溪笔谈》第一次记载石油的用途，并预言：“此物必大行于世”。世界上最早开发和利用天然气的是中国的四川省邛和陕西省鸿门两地。我国祖先很早开始使用木炭和石炭（又叫黑炭，即煤），而欧洲人16世纪才开始利用煤。1939年，中国化工专家侯德榜提出“联合制碱法”，1939年侯德榜完成了世界上第一部纯碱工业专著《制碱》。1965年，我国在世界上第一个用人工的方法合成活性蛋白质…结晶牛胰岛素。(由于署名原因，诺贝尔化学奖与国人擦肩而过)七十年代，中国独创无氰电镀新工艺取代有毒的氰法电镀，是世界电镀史上的创举。1977年我国在山东发现了迄今为止的世界上最大的金刚石…常林钻石。全世界海盐产量5000万吨，其中我国生产1300多万吨，居世界第一。早在3000多年前，我国就采用海水煮盐了，是世界上制盐最早的国家。世界上已知的140多种有用矿，我国都有。是世界上冶炼矿产最早的国家。二十世纪化学的回顾诺贝尔化学奖情况从1901年到1999年总计91届，因战争等原因停发8次学科交叉性很强，有许多非化学家获得化学奖，同时也有许多化学家获得其它奖年龄最大者83岁，最小的35岁，平均55.5岁，研究成果或者重大发现通常在授奖之前10~20年做出的有机32项，物化26项，无机14项，生化11项，分析6项，高分子4项化学基础研究的五大突破放射性和铀裂变1g铀裂变能量=2.5t标准煤燃烧1903年居里夫妇获Nobel物理奖（打开了原子物理学的大门）1911年居里夫人获得Nobel化学奖（发现钋、镭）1908年卢瑟福（英）获Nobel化学奖（元素嬗变和放射性物质的化学研究）1935年约里奥-居里夫妇获得Nobel化学奖（发现人工放射元素）1938年费米（意）获得Nobel物理奖（创造新元素）1944年哈恩（德）获得Nobel化学奖（发现重核裂变）两门学科相互推动才有了突飞猛进的发展，放射性的发现才有了原子物理学以致量子力学和整个微观世界的研究，物理学关于原子结构和量子论的理论研究才使得化学开始真正成为一门现代意义上的科学，而不单纯是实验室的工作。物理学研究原子结构而化学研究原子的组合，是整个二十世纪科学史的主流。化学基础研究的五大突破化学键和现代量子化学理论1954年鲍林（美）获的Nobel化学奖（化学键本质研究和利用化学键理论阐明物质结构方面的贡献——这项工作对于沃森-克里克发现DNA双螺旋结构至关重要，并开拓了分子生物学的研究；1962年又因支持进步事业积极维护世界和平反对战争获得Nobel和平奖）1966年莫里肯R.S.Mulliken获得Nobel化学奖（用量子力学创立了化学结构的分子轨道理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构）1981年福井谦一（日）霍夫曼（美）共享Nobel化学奖（52年提出的前线轨道理论，分子轨道对称守恒原理——2004年另一位日本科学家因为在高分辨质谱研究生物大分子结构方面的贡献获奖，其工作开创于六十年代，几乎没有发表文章）1988年科恩（美）波普尔（英）共享Nobel化学奖（量子化学领域）由于这些化学理论的发展使人们能够真正开始分子设计去创造新的功能分子（如药物和新材料的设计、性质预测等）化学基础研究的五大突破创造新分子新结构——合成化学1912年格林尼亚（V.Grignard）获的Nobel化学奖（发明格氏试剂从而开创了有机金属在各种官能团反应的新领域）1928年A.Windaus合成甾体类生物分子获奖1937年W.N.Haworth合成抗坏血栓Vc获奖1947年R.Robinson合成生物碱类分子获奖1950年狄尔斯-阿尔德获得Nobel化学奖（1928年发现的Diels-Alder双烯合成反应）1955年VoduVigneand合成多肽类分子获奖1963年德国的齐格勒和意大利的纳塔分享Nobel化学奖（Ziegler-Natta催化剂用于有机金属催化烯烃定向聚合，实现了乙烯的常压聚合和丙烯的定向有规聚合）1965年R.B.Woodward合成了奎宁、可的松、叶绿素、胆固醇等一系列生物分子而获奖1973年英国G.Wilkinson和德国E.O.Fischer合成了用作高分子合成催化剂的茂金属化合物对金属有机化学和配位化学的贡献获奖1979年H.C.Brown（美）和G.Wittig（德）因分别发展了硼有机化合物和Wittig反应共享Nobel化学奖1984年R.BMerrifield发明固相多肽合成法对有机合成方法学的贡献获奖1990年E.J.Corey（哈佛大学）提出了“逆合成分析法”促进了有机合成化学的快速发展而获奖化学基础研究的五大突破高分子科学和材料1953年德国H.Staudinger因在高分子化学领域的开创性工作获奖（1920年提出高分子概念，创立聚合物分子结构学说，并随后发展了很多内容，但未被承认和重视，随着三大合成高分子材料的生产应用的发展，33年后才得到承认）1963年德国的齐格勒和意大利的纳塔分享Nobel化学奖（Ziegler-Natta催化剂用于有机金属催化烯烃定向聚合，实现了乙烯的常压聚合和丙烯的定向有规聚合）1974年Flory在研究高分子性质方面的卓越成就，为发展高分子理论作出的巨大贡献而获奖化学基础研究的五大突破化学动力学与分子反应动态学1956年前苏联化学家谢苗诺夫N.Semenov和英国S.Hinchelwood在化学反应机理、反应速度和链式反应的贡献获奖1967年德国埃根Eigen用驰豫法研究快速反应，英国G.Porter和R.G.W.Norrish用闪光分解法研究快速反应动力学分享奖项1986年李远哲、Herschach和J.G.Polany发展交叉分子束技术、红外线化学发光法对微观反应动力学的研究获奖1999年Zewail用飞秒激光技术研究超快化学反应过程和过渡态而获奖在化学基础研究推动下的化学工业的发展石油化工；催化剂使石油裂化重整成为现实并大量生产各种产品（依据馏分的成分和沸点不同命名为石油气、石油醚、汽油、溶剂油、航空煤油、煤油、柴油、重油-沥青）三大合成材料；Carothers发明了世界上第一个合成纤维尼龙-66，J.A.Nieuwland和R.T.Collins发明了世界上第一个合成橡胶氯丁橡胶，美国杜邦公司首先使其工业化合成氨工业；1909年德国化学家F.Haber实现了合成氨并在1918年获得NObel化学奖，德国BASF公司实现了工业化Bosh领导的科研小组改进了Haber的方法获得1931年的Nobel化学奖医药工业；1932年德国科学家内科医生G.Domagk发现磺胺类药物有抗细菌感染的能力，并获得1939年Nobel生理及医药奖，并由此引起化学合成药物的热潮二十一世纪化学的展望学科交叉与热点研究领域生命科学1953年Nature杂志发表了Watson-Crick用X-ray结构分析确定的DNA双螺旋分子模型，1962年荣获Nobel生理及医药奖。1963年完成了完整的密码子表（核酸碱基序列决定细胞功能的蛋白质）使生命科学有了真正的发展。需要化学家研究的领域：1.发现并研究新的生物活性分子2.DNA序列虽然测定已经解决，人类基因组（HumanGenomeProject，HGP）计划也已经完成，但其功能和作用还几乎属于空白3.酶结构和催化功能的关系研究4.通过化学方法合成生物活性分子并模拟生命过程和生命体系的合成学科交叉与热点研究领域材料科学没有化学就没有材料科学，是化学与物理的完美结合没有化学就没有材料，尤其就没有新的功能材料美国科学家AFHeeger，AGMacdiarmid和日本科学家HShirakawa因为发现聚乙炔（Polyacetylene）的导电性而获得2000年诺贝尔化学奖，此后又合成了一系列导电高分子材料（结构见下图）其他如液晶电视（被动显像）、电致发光显示屏（主动显像）、光纤、锂电池、镍氢电池、压电陶瓷等等学科交叉与热点研究领域环境化学1995年Nobel化学奖授予M.Molina（墨西哥）、S.Rowland（美）、P.Gutzen（荷兰），因为他们提出了平流层臭氧破坏的化学机制。并且直接导致了南极臭氧洞的发现和《蒙特利尔议定书》的签订环境分析化学。没有分析化学家就没有现代的环境科学大气环境化学水环境化学土壤环境化学元素化学循环化学污染控制环境计算化学学科交叉与热点研究领域绿色化学污染和废弃物大都来自化学并且极为迅速的消耗不可再生资源GreenChemistry的核心就是要利用化学原理从源头消除污染。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获得新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子实现“零排放”。改造或创新化学反应过程，能源和洁净煤化学技术，资源再生和循环利用，综合利用的绿色化学生化工程例如：PS聚苯乙烯泡沫生产中用二氧化碳代替氟氯烃、煤电厂采用等离子除硫技术防止二氧化硫排放产生酸雨，等等。学科交叉与热