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1、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, ,空气空气中的气体中的气体, ,海洋里的水和盐，在动物身上找到的化海洋里的水和盐，在动物身上找到的化学物质学物质, , 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化它涉及自然界的变化，与生命相关的化学变化, ,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。一、化学对人类的贡献一、化学对人类的贡献二、对中学化学教育的思考二、对中学化学教育
2、的思考三、高中学生创新意识的培养三、高中学生创新意识的培养一、化学对人类的贡献一、化学对人类的贡献二、对中学化学教育的思考二、对中学化学教育的思考三、高中学生创新意识的培养三、高中学生创新意识的培养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、能源等科化学能为信息、材料、能源等科学提供关键支撑学提供关键支撑3.3.化学与环境：对化学应给予公正化学与环境：对化学应给予公正合理的评价合理的评价一、化学对人类的贡献一、化学对人类的贡献100亿年，恒星生成46亿年前行星形成34亿年前微观生命形成10亿年前宏观生命形成10亿30亿年，由原子、分子气云形成原星
3、系超高温、超高密的超统一场宇宙大爆炸时空起源10-44 s.超统一相变引力场10-36 s.大统一相变 10-6 s. 核子合成 3 min，轻核合成3 万年，原子合成强 场弱 场宇宙爆炸 10-34 s. 10-12 s. 电弱相变电磁 场辐射场中子，质子氦、氘等轻核电子 夸克原 子物理进化分 子生物大分子化学进化生物进化社会进化人 类动物、植物病毒，原始细胞微生物 均匀分布于宇宙的2.7K微波段辐射精神，科技，上层建筑150亿年，现在人工智能，信息 原星系（早期恒星）（原银河系） 恒星（太阳）太阳系 地球 自然资源 和环境 工农业产品（包括计算机，机器人）超星系团星 系 团天体演变地质演变
4、人工自然进化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
5、、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世纪化学取得的空前辉煌世纪化学取得的空前辉煌成就成就: : “22852285万万” 1900年在年在Chemical Abstracts(CA)上登录的从天然产物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。经过过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，年，又翻一番，到又翻一番，到1970年为年为236.7万种。万种。 以后新化合物增长的速
6、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，年翻一番，到到1999年年12月月31日已达日已达2340万种万种。所以在这。所以在这100年中，年中，化学合成和分离了化学合成和分离了2285万种新化合物、新药物、新材料、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的需要新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要 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中，在人类多姿多彩的生活中，化学可说是无处不在的化学可说是无处不在的.著名有机化学家，诺贝尔著名有机化学家，诺贝尔奖获得者奖获得者R.
7、 BWoodward 在讲述化学合成时曾说过：在讲述化学合成时曾说过：化学家在老的自然界旁边化学家在老的自然界旁边又建起了一个新的自然又建起了一个新的自然界界R. BWoodward1965年因在有机物年因在有机物合成方面的成就合成方面的成就 获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖徐光宪徐光宪: 如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第如没有发明合成氨、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，三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口亿人口中的中的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，在年发
8、明，在1918年因年因而获得诺贝尔化学奖。人们而获得诺贝尔化学奖。人们把哈勃的合成氨技术评为把哈勃的合成氨技术评为20世纪世纪最重要的发明最重要的发明，是很有，是很有道理的。道理的。N2 +3H2 2NH31.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技术，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望寿命只年在美国出生的一名男子的期望寿命只有有47岁，但是上世纪末出生的美国男子的期望岁，
9、但是上世纪末出生的美国男子的期望寿命大约是寿命大约是75。这个难以置信的进步相当程度。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上要归功于药物化学家的贡 献。其中最重要的献。其中最重要的例子是抗菌素的开发。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 2020世纪人类的期望寿世纪人类的期望寿命大大延长，这在相当命大大延长，这在相当程度上得益于化学家一程度上得益于化学家一方面协助实现了诸如青方面协助实现了诸如青霉素类抗菌素的化工规霉素类抗菌素的化工规模的批量生产，有人估模的批量生产，有人估计，计，仅青霉素一个药物仅青霉素一个药物的使用便使人类的平均
10、的使用便使人类的平均寿命延长了大约寿命延长了大约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。 Penicillin is very effective in killing bacteria, but some of them have developed enzymes that can destroy penicillin. Work is going on to develop variations of the penicillin chemical structure that will not be
11、destroyed by bacterial enzymes; other work is going on to find drugs that will block those bacterial enzymes, and permit penicillin itself to function.1939 Nobel Prize in Physiology and Medicine to Domagk 1920 1920前发生细菌感染经常是致命的，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如染当时，化学们合成了许多化工产品如染料，包括磺胺类产品。料，包括磺胺类产品。 德国科
12、学家德国科学家Gerhard Domagk 采用采用各种新的方法制备这些化学产品，期望各种新的方法制备这些化学产品，期望它们能有杀菌功能，它们能有杀菌功能，1932 年发现了年发现了 红红棕色染料棕色染料 called Prontosil. Prontosil：百浪多息百浪多息-偶氮磺胺偶氮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细菌要制造基本的维生素制造基本的维生素叶酸，而磺胺能够阻碍叶酸，而磺胺能够阻碍细菌中制造叶酸的酶细菌中制造叶酸的酶；没有叶酸细菌不能；没有叶
13、酸细菌不能存活人体内没有这种酶，存活人体内没有这种酶，我们可从食物中我们可从食物中获取叶酸获取叶酸从某种从某种 意义上来看，因为人在生意义上来看，因为人在生物化学方面的缺陷物化学方面的缺陷(我们不能制我们不能制 造一种重要的造一种重要的维生素维生素,但是我们可以从食物中得到它但是我们可以从食物中得到它) ，反，反而使人得到安全。而使人得到安全。producedbysynthetic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。中国化学家傅鹰说：化学给人以知识，化学史给人以智慧。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、分子电子回路或网络的组
14、合体。恩格斯高度评价元素周期律的发现传出了国界，在西班牙广为宣传。2001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。以色列科学家获2011年诺贝尔化学奖当氢原子中的电子从n=3的轨道跃迁到n=2的轨道是可计算出发射光的波长为656.2002年的诺贝尔化学奖试问：它们的键能为什么依次下降？DDT的合成是1874年由德国化学家Zeidler完成的。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。发现磺胺药物的过程称做随机筛选过程.Lewis酸和Lewis碱可以形成酸碱复合物。Random screening vs rational drug design 发现
15、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.称之为随机，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种衣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用染料会是一种选择性的杀菌剂 Random screening is still used extensively today. 但是如果有了更多的生物化学信息，药物化学家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用以设计和制造具有所期望的生物效应的特殊分子子
16、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红豆杉中分离出来的化合物物，1971年报道了其结构。年报道了其结构。该化合物于该化合物于1992年被美国年被美国食品和药品管理局食品和药品管理局 (FDA)批准为批准为抗乳腺癌和抗卵巢抗乳腺癌和抗卵巢癌的药物癌的药物。紫杉醇在红豆。紫杉醇在红豆杉树皮中含量很低，又表杉树皮中含量很低，又表现出独特的抗癌机制。可现出独特的抗癌机制。可以不用以不用紫杉树皮，而用其紫杉树皮，而用其针叶作原料合成。针叶作原料合成。Nicolaou小组和小组和Holton小小组于
17、组于1994年率先报道了其年率先报道了其全合成全合成.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说过一段经常被引用的说过一段经常被引用的话话:“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
18、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药现代化学药物物人类与人类与疟疾疟疾的抗争：西方的抗争：西方医药的光辉实例与中国故事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，因为这，因为这种疾病造成了城邦人口的大量减少，古希腊名医希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波克拉底记录了这种疾病的主
19、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苏斯鲁塔集集认为，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“瘴瘴气气”，意大利语中疟疾意大利语中疟疾“malaria”的意思是的意思是“坏空坏空气气”(bad air)，表明中西方对这种疾病有相似的认，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识。人类对付疟疾的药物分别源于两种植物青青蒿和金鸡纳树蒿和金鸡纳树。从金鸡纳从金鸡纳(cinchona) 到奎宁到奎宁 ：西方科学致：西方科学致力于
20、解开植物治疟的秘密力于解开植物治疟的秘密 1717世纪时，世纪时，印第安人开始用这种树印第安人开始用这种树皮治疗疟疾。这种树就是金鸡纳树。皮治疗疟疾。这种树就是金鸡纳树。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，治好了治好了西班牙驻秘鲁总督夫人安娜西班牙驻秘鲁总督夫人安娜辛可辛可(Cinchon)伯爵夫人的疟伯爵夫人的疟疾。疾。公元公元1639年这个消息由夫人的侍臣威加年这个消息由夫人的侍臣威加(Juan de Wega)传出了国界，在西班牙广为宣传。这种树的树皮根据总督传出了国界，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夫人的名字被命
21、名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(Pierre Pelletier)和约瑟夫卡文顿和约瑟夫卡文顿(Joseph Caventou)从金鸡纳树皮中从金鸡纳树皮中提取出奎宁提取出奎宁。 1907年，德国化学家年，德国化学家P拉拉比推导出奎宁的化学结构式。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，
22、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”（）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
23、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”。他会怎样想？你会怎样想？producedbysynthetic宇宙进化链的层次结构图1939NobelPrizeinPhysiologyandMedicinetoDomagk各种高分子产品的广泛应用已经对世界经济产生了巨大影响，在美国它们已占国内生产总值(GDP)的4，而且其产量将继续增加。overwh
24、elmingroleinhome硫酸盐Se2(SO4)3H2N-NH2247青蒿素的结构被写进中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物合成的基础。对于鼠疫、发疹热、黃热等其他的昆虫媒介性传染病，也证实有抑制效果。2011年9月12日屠呦呦教授获得了“拉斯克奖”中的临床医学奖。从金鸡纳(cinchona)到奎宁：西方科学致力于解开植物治疟的秘密中国的青蒿比西方的金鸡纳早得多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。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Berry教授说:”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，农药
25、是人类与饥饿斗争的主要武器。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
26、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。 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对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
27、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
28、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
29、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这是一个罕见的含有过氧
30、基团的倍半萜内酯结氧基团的倍半萜内酯结构，而且，这个药物的构，而且，这个药物的分子中不含氮，突破了分子中不含氮，突破了60多年来西方学者对多年来西方学者对“抗疟化学结构不含氮抗疟化学结构不含氮(原子原子)就无效就无效”的医学观的医学观念。青蒿素的结构被写念。青蒿素的结构被写进中国有机化学合成的进中国有机化学合成的教科书中，奠定了今后教科书中，奠定了今后所有青蒿素及其衍生药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代表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青随后又合成了一系列现已作为正式
31、抗疟药物的青蒿素的衍生物蒿素的衍生物。中国科学院上海药物所将天然的青。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蒿素转化为更适合于药用的蒿甲醚(3)等药物。青蒿等药物。青蒿素的合成成功地促进了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. 之之后又有人从天然植物后又有人从天然植物(例如甘松等例如甘松等)分离到抗疟活性分离到抗疟活性化合物化合物(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
32、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，整整装满吨，整整装满一小间体育馆。一小间体育馆。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。开动，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高纯硅族元素与半导体化学研究等方面的成果：成果：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倍的硅蕊片罗辑电路倍的硅蕊片罗辑电路A
33、 portion of a logic circuit on a siliconbased computer chip, magnified 23,000 times. 1958：以化学过程：以化学过程为基础的光刻技术为基础的光刻技术：第一块第一块集成电路集成电路板板将多个晶体管构成将多个晶体管构成的整个电路集中到的整个电路集中到一小块硅芯片上一小块硅芯片上 1971 ：将一整套计：将一整套计算机中央处理机做算机中央处理机做成一块芯片（成一块芯片（微处微处理器理器）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磁带、无机化学材料提供
34、了磁带、磁盘等磁性存储材料磁盘等磁性存储材料70年年代发展为以化学感光记录代发展为以化学感光记录层为基础的光盘存储技术层为基础的光盘存储技术和采用光致变色聚合物作和采用光致变色聚合物作光盘记录层的能反复使用光盘记录层的能反复使用的可擦洗的光盘。的可擦洗的光盘。Modern chemical materials make compact discs possible, used both for music recording and for computer information storage.1995年蒿甲醚被WHO列入国际药典，这是我国第一个被国际公认的独创新药。随后又合成了一系列现已
35、作为正式抗疟药物的青蒿素的衍生物。其中最重要的例子是抗菌素的开发。气体相对分子质量测定原理BWoodward在讲述化学合成时曾说过：化学家在老的自然界旁边又建起了一个新的自然界CH3-CH3346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、分子电子回路或网络的组合体。疟疾的传播非常广泛，中国古代称之为“瘴气”，意大利语中疟疾“malaria”的意思是“坏空气”(badair)，表明中西方对这种疾病有相似的认识。1907年，德国化学家P拉比推导出奎宁的化学结构式。只是没想到数十年后竟会造成生态上的浩劫。1777年他正式把这种气体命名为氧。除了在设计概念上分子计算机不同于通
36、常的计算机外，在信息载流子、体系的技术和组装等方面也存在着差异。徐光宪谈20世纪化学取得的空前辉煌成就:“2285万”发现磺胺药物的过程称做随机筛选过程.1971年10月4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100%。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
37、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、
38、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。高分子产品的广泛应用高分子产品的广泛应用目前，目前，全球一年生产大约全球一年生产大约2 2亿吨塑料供世界亿吨塑料供世界6060亿人口使用亿人口使用。各种高分子产品的广泛应用已经对。各种高分子产品的广泛
39、应用已经对世界经济产生了巨大影响，在美国它们已占国内世界经济产生了巨大影响，在美国它们已占国内生产总值生产总值(GDP)(GDP)的的4 4，而且其产量将继续增加。，而且其产量将继续增加。高分子化工的产值已占整个石油化工产值的近高分子化工的产值已占整个石油化工产值的近7070。衣衣 Dyes and fabrics are produced by synthetic chemistry. 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 Products of the chem
40、ical process industries play an overwhelming role in home construction and home furnishings. 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。行行没有石油的开采没有石油的开采及加工成有优良燃及加工成有优良燃烧性能的各项产品，烧性能的各项产品，从而便利了交通，从而便利了交通，很难使人类在较短很难使人类在较短时间内到达世界各时间内到达世界各地地。 Essentially eve
41、rything in an airplane, or in an automobile, is made from products of the chemical process industries.（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、地热和生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界晶体硅太阳能电池是世界市场上的主导产品。市场上的主导产品。1997
42、年年84的太阳能的太阳能电池及组件是采用晶体硅制造的。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，目因此成本高，目前主要用在航天器上。前主要用在航天器上。 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具有特别好的抗辐照性能，因此在航天应用方面受到重视。照性能，因此在航天应用方面受到重视。蓄电池蓄电池 化学电源是将物质化学反应所产生的能量直化学电源是将物质化学反应所产生的能量直接转化成电能的一种装置接转化成电能的一种装置. 1839年年Willam-Grore发明燃料电池发明燃料电池 1859年年Plante研制铅酸电池研制铅酸电池 18
43、68年年Leclanche研制以氯化铵为电解液的锌二研制以氯化铵为电解液的锌二氧化锰电池氧化锰电池 1888年年Gassner制备锌二氧化锰干电池制备锌二氧化锰干电池 1895年年Junger发明镍镉电池发明镍镉电池 1900年年Edison创制了镍铁电池创制了镍铁电池 在在20世纪后期世纪后期,形成产业化的镍氢电池和锂形成产业化的镍氢电池和锂(离子离子和高分子和高分子)电池。电池。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芯片及半导体照明白光源制造技术源制造
44、技术”，如果中国的大城市的夜景灯都用，如果中国的大城市的夜景灯都用这种产品的话，这种产品的话，一年可以省下一座三峡一年可以省下一座三峡。 只是没想到数十年后竟会造成生态上的浩劫。化学与人类的生存、繁衍与健康Nicolaou小组和Holton小组于1994年率先报道了其全合成.氯仿在苯中的溶解度明显比1,1,1-三氯乙烷的大，请给出一种可能的原因1772年2月他读到达尔赛的研究报告“在高温下烧得炽热的金刚石会消失得无影无踪，连一点灰都没有残留下。疟疾是最严重的传染病之一，全球每年有2亿-3亿感染者，死亡200万-300万。徐光宪谈20世纪化学取得的空前辉煌成就:“2285万”1904年汤姆逊设想
45、：在1939年发现了DDT的杀虫作用。疟疾是最严重的传染病之一，全球每年有2亿-3亿感染者，死亡200万-300万。徐光宪谈20世纪化学取得的空前辉煌成就:“2285万”“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，仅这些已足以令人赞叹.processindustriesplayan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。Barrons曾说：“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。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
46、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 Mull
47、er1932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194
48、8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可以抑制昆虫媒介性疾病，如疟疾。疾病，如疟疾。 对于对于鼠疫、发疹热、黃热鼠疫、发疹热、黃热等其他的昆虫媒介性传染等其他的昆虫媒介性传染病，也证实有抑制效果。病，也证实有抑制效果。 在当时的确是拯救了数以在当时的确是拯救了数以万人的生命。万人的生命。 只是没想到数十年后竟会只是没想到数十年后竟会造成生态上的浩劫。造成生态上的浩劫。 人类的出路在何方人类的出路在何方? 具有对因饥具有对因饥饿致死的尸体进行剖检的饿致死的尸体进行剖检
49、的特权特权的英国皇家医学协会的英国皇家医学协会Berry教授说教授说:”任何人只要看到这些因饥饿死亡的尸体，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，农药是人类与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。饥饿斗争的主要武器。” 如果马上全面停止化学农药的使用，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这个世界将会是一幅什么样的景象?鼠鼠害横行、害虫猖獗、病菌肆虐、杂草丛害横行、害虫猖獗、病菌肆虐、杂草丛生、蚊蝇肆无忌惮，这些都是毫无疑问生、蚊蝇肆无忌惮，这些都是毫无疑问会出现的后果。会出现的后果。 食物不足和缺乏营养是当今世界面临食物不足和缺乏营
50、养是当今世界面临的最大问题。的最大问题。Barrons曾说曾说：“有面包有面包吃的人会有很多的忧虑，没有面包吃的吃的人会有很多的忧虑，没有面包吃的人只忧虑面包。人只忧虑面包。” 人类的出路在何方人类的出路在何方?人类应当拒绝化学人类应当拒绝化学吗吗?对农药的毒性要有一个正确的认识对农药的毒性要有一个正确的认识 流行病学专家的调查结果表明日常食品致癌流行病学专家的调查结果表明日常食品致癌的可能性最大。日常生活中我们每天食用的蔬菜一的可能性最大。日常生活中我们每天食用的蔬菜一般均含有天然毒素，只是含量较低而已，因为蔬菜般均含有天然毒素，只是含量较低而已，因为蔬菜本身具有制备毒素来驱赶害虫和病菌的机