现代化学将如何继续发展?

题目

现代化学将如何继续发展?

答案

代化学发展的特点和方向 经过约200多年的努力,化学进入现代时期.总结起来说现代化学有五大特点和两个发展方向.五大特点是 （1）化学家对物质的认识和研究,从宏观向微观深入.20世纪以来,化学家已用实验打开原子大门,深入地了解原子内部的情况,并且用量子理论探讨原子内的电子排布、能量变化等.就是对复杂的化学反应来说,也可以测量反应机理,了解反应过渡态的情况以及分子、原子间能量的交换.（2）从定性和半定量化向高度定量化深入.虽然近代化学也曾广泛地使用各种定量化工具,但是还只能说停留在定性和半定量化水平.本世纪60年代后,电子计算机大规模地引进化学领域,用它来计算分子结构已取得巨大的成功.如今任何化学论文如无详尽的定量数据就难以发表,发表了也难取得公认.而且如今化学实验的精密度愈来愈高,几乎所有仪器都是定量化的,有的还用电子计算机来控制.（3）对物质的研究从静态向动态伸展.近代化学对物质的研究基本上停留在静态的水平或从静态出发,推出一些动态情况.例如,从热力学定律出发,通过状态函数的变化,从始态及终态情况推断反应变化中一些可能情况.现代化学已摆脱这种间接研究推理,而采用直接的方法去了解或描述动态情况,特别是激光技术、同位素技术、微微秒技术、分子束技术在现代化学里的大规模应用.化学家目前已能了解皮秒内微粒运动的情况,反应中化学键的断裂以及能量交换等情况.特别值得一提的是有关动态薛定谔方程的研究,一旦成功它将会为动态研究开辟光辉前景.（4）由描述向推理或设计深化.近代化学几乎全凭经验,主要通过实验来了解和阐述物质.虽然也有一些理论如溶液理论、结构理论等可以指示研究方向,但总体来说近代化学基本上是描述性的.原来化学中四大学科（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学）彼此存在很大独立性.然而现代化学已打破传统的界限,化学不仅自身各学科相互渗透,而且跟物理、生物、数学、医学等学科相互交融和渗透.特别是近年量子化学的发展,已渗透到各学科,使化学摆脱历史传统,可以预先预测和推理,然后用实验来验证或合成.例如,当今许多高难度的合成工作都事先根据理论设计,然后决定合成路线.著名的维生素B12的合成工作就是一个典范,它标志着化学已从描述向设计飞跃.（5）向研究分子群深入.近代化学对化学的研究通常只停留在一个或几个分子间的作用.即所谓0级、1级、2级、3级反应,对多分子的反应是无能为力的.但是近代化学远远不能满足实际需要了,特别是研究生物体内的化学反应,就要研究多个分子甚至一大群分子间的反应了.例如,一个活细胞内往往需要几十种酶作催化剂,同时催化许多化学反应.因此研究分子群关系,已成为现代化学的一个特点.现代化学的发展方向,一是化学向分子设计方向前进.分子设计就是说化学家像建筑师造房子那样设计好再建造.由于电子计算机、各种能谱技术、微微秒技术、激光技术、同位素技术等在化学上的应用,使分子设计逐渐趋向现实.上面说过的著名有机合成大师伍德沃德合成难度极大的维生素B12,就是按他创立的前沿轨道理论出发,计算后设计出最佳合成路线和原料配比,一举成功并传为佳话.目前全世界每年合成几千种抗癌药,大都是先设计好合成路线,而后进入生产的.现代化学第二个发展方向是向分子群研究进军.在自然界中生物的活动常常同时发生几十个甚至几百个化学反应,才能使生物体生命延续.就是完成一项简单工作也必须是多个分子同时工作才能实现.例如,根瘤菌体内的固氮酶,就有两种蛋白质分子,一种是含铁的,另一种是含钼的,这两种分子必须同时工作才能把氮气固定下来.目前化学家已合成主要生命基础物质,并引进酶技术、仿生技术、膜技术等,使研究分子群的情况成为可能.这也是为揭开生命秘密做好基础工作.总之,现代化学的特点决定现代化学的发展方向,反过来现代化学的发展方向也决定现代化学的五大特点,它们是相辅而成、相得益彰的.