中学生应该了解的化学发展历程与趋势

摘 要：当代中学生是21世纪的主宰者，也是21世纪科学发展的主要驱动力。化学作为科学的重要一部分，虽然在中学阶段只是一些基础知识，但中学生也应该了解其发展历程及未来趋势。化学经过萌芽时期、形成时期、发展时期和成熟时期，至今为止，化学的发展进入了一个高新技术阶段。化学处于材料化学、生命化学、环境化学、绿色化学等新兴交叉学科的中心地位，化学的原理和研究方法广泛使用于其他学科。功能材料的应用成为社会生产、国民经济、国防建设的先导。但社会生活中仍然存在许多食品不安全因素、环境污染问题、资源的不合理开发和能源浪费等一系列问题，这些需要化学工作者及当代中学生继续进一步去解决。

关键词：中学生 化学 发展 发展趋势

21世纪的社会主角是当代的中学生，21世纪的化学发展还要靠当代中学生的努力。要想在化学方面有所建树，中学生就应该了解化学的发展历程及未来的发展趋势。

自人类出现后，化学便与人类结下了不解之缘。远古时代的钻木取火，用火烧煮食物，制陶，冶铜和铁器等等，这些化学技术的应用极大地促进了当时社会生产力的发展，标志着人类社会的进步。今天，化学作为一门基础学科，在科学技术和社会生活的各个方面起着越来越大的作用。那么，从古至今，伴随着人类社会的进步，化学历史的发展经历了哪些时期呢？

一、化学学科发展历程的回顾

1、远古的工艺化学时期

在远古的工艺化学时期，人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是凭借几千万年的实践经验摸索出来的，当时化学虽然知识还没有形成，但已经有了萌芽，这便是化学发展的萌芽时期。

2、炼丹术和炼金术时期

大约到了公元前1500年，人们开始对长生不死向往，战国时期的方士认为只有金石之类的不朽之物方能成就人们的不死之身。于是，炼丹术便由此开始。由于丝绸之路的开通，中国的炼丹术逆向传入欧洲的波斯和阿拉伯地区。这时的波斯已经伊斯兰化，伊斯兰教徒没有得道成仙、长生不老的观念，他们只有对金的崇拜，于是人们想把其他金属皆变作黄金，因此炼丹术在该地区演化成炼金术。这便是最早的化学实验，化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当的应用。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy（炼金术）。

3、燃素化学时期

从1650年到1775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。

4、定量化学时期

气体化学的定量方法的应用，从化学科学内部不断地冲击着陈旧的燃素学说。而在十八世纪后期的工业革命和资产阶级民主革命，推动整个自然科学进入了一个空前的发展时期。这就又在化学科学外部提供了推翻燃素学说，建立科学燃烧理论的条件。综合这些因素，就使得化学家能够把从气体性质中推导出来的物理概念应用到传统的化学中去，建立了新的氧化学说。1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期，实现了一场深刻的化学革命。这样，化学也就从传统的经验技术性的学科，转变为可以用数学进行定量计算的学科了。

二、化学学科发展的现状

20世纪初化学已深入到原子、分子层次，化学成为在原子、分子层次上研究物质结构和性能的科学，建立了一套物质分子的研究方法(包括理论研究和计算，分子层次上的测量，微观结构和宏观性质的研究)。这些科研成果如约里奥-居里夫妇用人工方法创造出放射性元素、在费米领导下成功地建造了第一座原子反应堆、化学键和现代量子化学理论的建立、合成化学、高分子科学的建立和发展等等使化学发生了深刻地变化。

在进入21世纪的今天，人们在谈论科学的发展时指出，“这将是一个生命科学和信息科学的世纪。”那么化学还有什么用呢？如诺贝尔获得者H.W.Kroto在回答这个问题时所述，“正是因为是生命科学和信息科学的世纪，所以化学才更为重要。”因为这是一门承上启下、渗透于各种新兴交叉学科的中心科学。化学的原理和这些研究方法广泛使用于其他学科，使化学渗透到其他学科形成许多新的交叉前沿学科，从而使化学处于中心学科的地位。

材料化学、生命化学、环境化学、绿色化学等均属于新的交叉前沿学科。

1、材料化学

材料科学的发展十分迅速，它是物理、化学、数学、生物、工程等一级学科交叉而产生的新学科领域。材料化学处于核心地位，它的应用目的性很强。它是人类衣、住、行、用的原料，也是社会生产的最根本的物质基础。比如新型高分子薄膜材料及其多层膜形成技术的研发成功，才使得举世称誉的“水立方”游泳馆的设计得以实现，为2008年北京奥运会增添了色彩。

功能材料是新材料领域的核心，是社会发展、国民经济及国防建设的基础和先导。它不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造、实现跨越式的发展起着重要的促进作用。

当前国际功能材料及其应用技术正面临着新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

目前已发现上千种超导材料，但是实际上只有铌基超导体[1]真正投入使用。以NbTi[2]、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化。以铌为基础的导体做成线材、电缆和复杂结构的导体已经成为高磁场领域必不可少的工具。

铌基超导体最突出的用途是医疗诊断上的磁性共振成像技术(MRI)。 在医疗器械领域，超导体已经开辟出约2.5 B$ 的市场。MRI的一个典型的功能例子是脑成像，因血液中氧的含量不同，因而其磁特性不同，从而可探测大脑的活动。

第二个重要用途是核磁共振(NMR)的光谱技术，NMR 光谱在化学，生物学，医学和材料研究领域已成为有力的分析工具。在NMR光谱方面，被研究的某一同位素共振线的光谱被记录下来和分析，可以得到试样中分子结构的信息。商业用NMR光谱的范围现在300 MHz(7T)和900 MHz (18.8T)之间。磁场达到400 MHz(9.4T)以上时，只能采用NbTi导体。对于500 MHz (11.8T) 和更高磁场的磁体, 其内部高磁场部分采用的是Nb3Sn导体制成, 因此是NbTi/Nb3Sn的复合体。

另一个应用领域是核熔融技术。电能不仅可以由重核分裂产生， 而且可以用氢同位素核融解来生产。熔融反应只能发生在非常高的温度下，此时必须采用加入粒子的等离子体。该等离子体必须包容在高磁场内，该高磁场必须用超导磁体产生，应用Nb3Sn材料的熔融装置具有很高的磁场。核熔融为今后电力生产提供了另一种选择。

2、生命化学

生命化学是运用化学原理及方法研究生命现象及其运动规律的学科。它是从分子水平来研究生物体的：研究其成分及它们如何按严密特定的方式组合而成；研究其各部分为什么具有其特殊的生理功能；研究生物体是如何进行物质与能量新陈代谢的；研究生物体如何繁殖，遗传的原因等等。生命化学对于改良和创造新生物品种，充分利用资源，丰衣足食，提高生活质量和健康水平以及改善环境均具有极其重要意义。

3、环境化学

环境化学是环境科学的一个分支，就其基础来看更多的属于化学范畴，它使用化学的基本原理和方法来研究环境问题。环境化学是研究环境中物质相互作用的学科。环境化学的研究任务主要指分析检测环境介质中存在的有害物质，追踪它们的来源以及在环境介质中化学物质的行为，了解有害物质对生物和人体产生不良影响的规律，由此会推动环境分析化学、大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学等三级学科的发展。

4、绿色化学

绿色化学是指化学反应过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的原料的每个原子，实现零排放。这样不仅充分利用了资源，而且不会产生污染，并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，生产出有利于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产品。化学家不仅要考虑化学品生产的可行性及其用途，还要设计出不产生或减少污染的化学过程。绿色化学将会改变化学工业的面貌。

三、化学学科发展的趋势

1、化学仍是提高人类生存质量和生存安全的有效保障

不断提高生存质量和生存安全是人类进步的标志。化学研究至少可以从三方面对保证生存质量的提高做出贡献：

① 通过研究各种物质和能量的生物效应的化学基础，特别是搞清楚两面性的本质，找出最佳利用条件；

② 研究开发对环境无害的化学品和生活用品，研究对环境无害的生产方式。提供安全有防病作用的食物和食物添加剂(特别是抗氧化剂)，改进食品储存加工方法，以减少不安全因素，有效防止“三聚氰胺”、“瘦肉精”、“有色馒头”、“奶茶塑胶”、“有毒黄瓜”等类似事件发生。

③ 研究大环境与小环境中不利因素的产生、转化与人体的相互作用，提出优化环境建立洁净生活空间的途径。

健康是重要的生存质量的标志，预防疾病将是21世纪医学发展的中心任务。化学可以从分子水平了解病理过程，提出预警生物标志物的检测方法，建议预防途径。

2、化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用

21世纪初期，我国重点能源仍然为煤碳、石油、天然气等能源。这就要求研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应，使之既能保护环境又能降低成本。此外还要开发新能源，新能源必须满足高效、经济、洁净、安全的要求。太阳能、新型的高效洁净电源与燃料电池都将成为21世纪的重要能源。

3、化学将继续推动材料科学发展

2l世纪电子信息技术将向更快、更小、功能更强的方向发展。目前正在致力于量子计算机、生物计算机、分子电路、生物蕊片等高新技术，进入分子信息技术阶段要求化学家设计、合成所需的物质和材料。

化学家还应该研究各种与电子信息有关的材料的性质和功能以及与各个层次结构的关系，特别是物质与能量的相互作用的化学特征，创造具有特殊功能的新物质和新材料。

最后希望学生们努力学习化学，将来为化学的发展作出贡献，加快社会发展，提高人们的生活质量，让化学改变整个世界!

参考文献：

[1] Helmut Krauth. FABRICATION AND APPLICATION OF NbTi AND Nb3Sn SUPERCONDUCTORS.

[2] 李建峰等.磁体用NbTi超导体的研究进展[J]. 材料导报：综述篇，2009,(23):90

[3] 朱增惠 编译.对化学发展新方向的设想[J].国际化工信息, 2004,(12):16