化学在国民经济中的作用及其展望

作者：黑龙江省化学研究院 王致禄

欢迎访问e展厅 展厅 8 化工机械展厅 炼油设备, 生物柴油生产设备, 煤化工设备, ... 摘要：本文论述了化学的早期进展、化学在国民经济中作用和化学在新世纪的展望，化学是最有生机的一门实用学科。 关键词：化学；材料科学；展望 1 化学的进展 化学是自然科学中最为实用的一门学科。早在上古经验化学时期，化学的实践已在制陶、炼铜、炼铁等技术为人类做出很多的贡献。19世纪前后化学实践已逐步上升到理论，理顺了当量和原子量的关系，确立了正确的化学式和分子式，建立起原子论，从而进入近代化学时期。与此同时，揭示了元素周期律和碳原子的四面体价健规律，从而开阔了对物质世界的论识，为天然资源的开发提供了契机。19世纪末，又揭示出原子内部结构和波—粒的二象性，将牛顿力学发展为量子力学。促使化学进一步与物理学融合，所以说化学不仅要借助其它学科和一系列新技术的推动，同时也在促进其它学科的发展，特别是在生物学方面。20世纪初，由于X射线衍射方法的出现，开拓了结构化学。从而对蛋白和核酸这些生物大分子的三维结构的研究和探讨成为现实。同时放射性元素的发现，导致原子能的利用和对原子核结构的认识。其后化学键理论和量子化学的发展，使化学的发展更加辉煌。 20世纪化学的最大的成就在于合成化学的发展，尽管化学家只掌握百多个化学元素，但却合成出两千多万个化合物，是为人类所依赖的物质宝库。这其中最为突出的是合成大分子化学产物，满足了人类生活的迫切需求，弥补天然资源的不足。 化学是研究物质的组成结构和性能及其相互转化的学科，也就是研究化学反应和化学转化的过程，这其中以揭示转化过程的机制和物质的结构为核心问题，有利于分子设计和创造出更多人类急需的物质。研究化学：反应如何进行，揭示化学反应的历程，这主要归功于化学反应动力学。近年来已取得很大的成就。 2 化学对国民经济的作用 随着近代工业化的进展，人口的不断增长，能源供应的紧张和环境污染的日益严重，已经构成当代社会的三大主要挑战。也就是说我们必须为增长的人口提供更多的粮食和衣着；必须为日益增长的能源需求开辟新的途径；必须为环境污染进行治理和为人类的身体健康提供大量的医药和保健品；还要为提高人类的生活水准提供新材料等等，这一切都离不开化学产业，说明化学在国民经济中的重要地位。 2．1 在农业方面 农业生产需要化学产业从天然资源中制取大量的高效低毒化肥，以及增加缓效、高浓和复合化肥的比重，以促进农业大幅度的增产，还需要大量高效低毒的农药，杀虫剂、除草剂，可减少劳力，增加农业收入，特别是生产与环境有关的生物化肥和生物农药，以利于人民的身体健康。农膜的生产也日益增长，但应生产日光能分解的农膜，防止造成灾害。 2．2在材料方面 人们历来用作防寒取暖的天然纤维早巳不敷应用，目前合成纤维已占据主导地位，但要发展吸水性高，透气性好的化纤，以满足人民更高生活的需要。塑料和合成橡胶的发展速度更快，打破了传统的棉花纺制衣着，砖瓦砂石建房子，木材做家具，以及玻璃、水泥、钢铁等的应用范围。已被三大合成高分子材料占据了主导地位。据早在1973年的统计全世界金属材料只有1660万m3，而高分子材料却发展到2000万m3，到80年代高分子材料年产量已超过一亿吨。此外，化学产业还在宇航技术、信息产业、能源工业、汽车工业、轻纺工业、生物技术等方面提供了大量的必要材料，已成为这些行业的重要支柱。 2．3在环保方面 化学产业在环保方面的作用更为突出，它既是污染的祸源，也是治理环境污染的必要途径，可以说地球上水系的污染、大气的污染、农副产品的污染等等都与化学产业有关，这正是由于化学产业在20世纪的大发展，人们在利益的趋动下，忽视了化学流程废物的排放和对某些化学品使用不当所引起的负面作用所致。又如汽车尾气排放的NO2和C．H化合物，在日光作用下可转化出多种自由基，参与各种化学和光化学过程；燃煤产生的SO2和煤烟，经化学转化产生硫酸型气溶胶，1952年伦敦大雾两周其烟雾事件竞造成4000人死亡，70年代提出了酸雨污染问题；氟里昂本是制冷设备用的重要材料，可是它被紫外光分解产生氯原子之后，竞会在南极的大气平流层产生巨大的“臭氧洞”，导致紫外线的危害；还有CO2的排放量的增加等等：这些都会危害人类的健康，目前已达到非治理不可的严峻地步。 2．4在能源方面 20世纪以来石油炼制和天然气的利用得到空前的大发展，由煤出发经催化剂取液体燃料，CO加氢合成汽油，核能发电等都取得了长足的进展，缓解了能源的紧张。 3 化学在新世纪的展望 化学今后的中心任务仍为揭示物质组成、结构、性能之间的关系和有关规律，籍以分子设计开创新物质，特别是功能性材料；研究化学反应机理和化学反应转化过程。在新世纪中世界面临的挑战仍将是人口控制、人类健康、环境保护的治理、能源开发、材料与资源等问题。这其中对食品安全和品质，以及排除化学的影响，已引起人们的高度重视。 3．1 合成化学大有作为 合成化学在上个世纪取得了空前的大发展，新物质C60富勒烯和Tc超氧化合物即为典型代表。在新世纪里合成化学将向高选择性和高效率的方向发展，选用新反应、新方法、新试剂研究高效催化合成。手性合成、生物合成等必将成为热点。所谓的高选择性和高效率，旨在寻找以催化剂为核心的最佳过程和设计最佳化合物，也就是要在合成中尽量减少反应步骤，从原料到产品要直达，要全部转化，这样可使反应产率高、耗能低、省原料、反应条件温和、不污染环境，符合原子经济性(Atom Economy)原则。在新世纪中化学最重要的是向合成材料和探讨生物体内的合成上发展。因为人类对材料有着无尽无休的要求，不仅要提高基础材料的功能和质量，更要创造各类新材料，推动各部门的发展。特别是要研究生物体内酶的高效催化合成尤为重要，例如蚕吃桑叶能吐丝、牛吃草能挤奶，都是由蛋白质酶催化完成的。它们犹如一个小工厂，能耗低、无污染、在极其温和条件下进行合成。这岂不是今后化学产业发展的大方向。同时必将揭示出基因组工程和蛋白组工程的诸多奥秘，向生命科学迈进。 3．2 化学反应的基础研究应继续深入 化学反应实质上为化学的核心，是研究物质的组成，结构和性能以及相互转化过程的学科，它虽已有一、二百年的历史，但我们对它认识并不十分清楚，比如化学键的断裂和重组，分子的吸收能量问题，尤其是生物体内，蛋白质酶所起的高效催化反应复杂得很，更是了解的不够，将来如以同步辐射和扫描隧道等新手段和新方法，再加以电子计算机的配合，总会找出酶催化的反应机制，打破化学发展的突破口。但是，在化学反应的基础研究中必须注意符合“原子经济”性的原则和绿色化学工艺的问题。 3．3 治理污染刻不容缓 当前对防治大气和水系污染以及污水的处理等环境治理问题均已迫在眉睫。必须高度重视各项工业的废物排放，排放废料的净化处理，燃烧废气的催化净化，饮用水和农副产品的污染处理，防治盐碱地、干旱和土地荒漠化的生态恶化，以水或超临界CO2为介质取代溶剂的生产等一系列问题，以确保人们的身体健康。 3．4 新能源的开发势在必行 世界上的石油资源已面临枯竭，开发太阳能发电、光解水制氢和CO加氢合成汽油等技术，已倍受重视，虽说太阳能的光电转换早已用于卫星，但大功率、大规模的应用尚在开发中，这其中以电化学将起重要作用。此外在燃料电池和改善煤燃烧的研究也在积极进行，但应注意开发的新能源应符合绿色环保的要求。 3．5 破解生命的奥秘期望化学的突破 新世纪最热点的学科莫过于生命科学，然在生命过程中本质上是化学反应，只不过生物体内的化学反应主要是由蛋白质酶专一高效催化在温和条件下进行的，其反应机制万分复杂，主要由化学动力学和动态学解决。有人说，酶的化作用机制好比一台万能的分子机器，并不为过。所以说生命的问题不能单靠生物学来解决，必须要多学科的大兵团作战，并利用电子计算机、激光、脉冲、磁共振、电子束等高新技术的大力配合，而且要以精通化学的生物学家为主导，才有可能奏效。 4 结束语 上述回顾了早期化学的发展和过去化学的贡献，以及化学在未来的重大作用，显示出化学的无限生机和光辉前景。那些认为化学已经过时的论调，岂不是无稽之谈。化学配合其它学科和技术真的有一天破解了生命的奥秘，那么几千年来生命的神秘色彩也就不消自灭了。 参考文献： [1] 唐有祺．大学化学,2000．15(6)3． [2] Barry M Trost．Scimce．1991．254．1471． [3] 唐有祺，大学化学．1992．7(1)1． [4] Rady M Banm Chen Eng News．Jan 1998，12：143． [5] 陈宗良．化学通报1992(8)14． [6] Noyli R J Org Synth Jpn 1998，56，863．(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (6/27/2005)