化学与生活论文的前言

浅谈现代生活与化学的联系 摘 要：21世纪人类的生活与化学有密切的关系，化学在信息与生命科学中有着及其重要的作用，化学学科 与这些学科交叉，会给人类的生活带来深刻的变革。化学与国民经济各个部门、各尖端科学技术领域以及人 民生活各个方面都有着密切联系。21世纪人们越来越多 地享受和依赖化学带给我们生活的方便和高质量。 关键词：化学与生活；生物技术；信息技术 生活中处处有化学，日常生活以及材料、能 源、环境、生命科学等诸多问题，都体现了化学与 人类、社会发展的密切关系以及化学发展的最新 成果 。随着生活水平的提高，人们越来越追求健康、高品位的生 活，化学与生活的联系也日趋密切。只要你留心观察、用心思 考，就会发现生活中的化学知识到处可见。 化学是一门自然科 学，有着丰富的实验内容。化学本应是一门生动的、贴近生活 的、探求自然奥秘的一门学科。生活中充满着化学的踪影，化学 就在我们身边，用化学知识可以解决生活中的实际问题。化学可 以服务于社会，服务于其它学科，服务于人类自身。 21世纪的生活对化学的要求和利用会日益 加大，人们对衣、食、住、行等各个方面新的需求都 与化学紧密相连。基因疗法、转基因食品、干细胞 技术、生态环保型服装、智能材料、生物质洁净能 源、纳米生物技术等，人们要用化学方法不断创造 新的化学产品；创造新药品战胜癌症、艾滋病、 SARS等病毒性疾病；战胜老年性痴呆、心脏病与 中风等影响健康长寿的顽疾。 在21世纪，生物化学领域对于生物结构的研 究已经从静态进入动态，从分子结构进入分子以 上甚至细胞层次的复杂结构研究，对生物功能分 子的结构、性质、功能三者关系的研究从单一分子 进入多分子体系以至细胞体系的研究。现代技术 已经能够分离和鉴定对制造特殊蛋白质有指令作 用的基因，然后把这些基因结合到生物体如酵母 菌中以制造人们所期望的蛋白质。例如对人类有 重要作用的胰岛素或人体生长素，科学家可以通 过化学的方法来改变基因以修饰其序列，生成更 好性质的蛋白质。二十一世纪有一个特别受到关 注的领域，即人体基因组的序列化问题，人体中所 有重要蛋白质都是在基因的指导下制造出来的， 基因组指在细胞核中的遗传性DNA 的全部物 质，它携带着成千上万单独的基因，每一个都包含 有数百个或更多的DNA单元，起着密码信的作 用；人体中有数以亿计的这种单元，要找出人体这 种基因序列并对每种基因中的化学序列进行测 定。进一步了解生命的化学本质和重要性以及对 健康的重要性是十分重要的。在二十一世纪医疗 卫生领域内可能最令人感兴趣的新领域之一是基 因疗法。人体有些疾病并不是由于某种微生物的 侵害而引起的，而是和我们自身的基因缺陷有关。 药物化学家正在尝试着发展一种用向细胞释放 DNA片段的方法，使其替代有缺损的部分；这是 在二十一世纪充满竞争的领域，未来的基因疗法 将有助于目前尚不能解决的与健康有关的问题。 美国前总统克林顿曾向公众展示了未来个性化医 疗的蓝图：如果你到了医院，经过医生和系列化验 诊断为某种疾病，医生只给你提供一组治疗信息 供选择，你只要将带有自己遗传档案的软盘插入 电脑，同时输入疾病和治疗相关信息，电脑就会提 示应该选择什么药、最佳剂量和剂型、服用的效 果。这样，人们将会获得最佳的治疗效果，药物的 毒副作用避免到最小。 进入21世纪，我们正在经历着一场新的技术 革命，其核心和主流是信息科学技术革命，它必将 对我们的生活产生巨大的影响。在信息科学和信 息技术中比较典型的是传感技术、通信技术和计 算机技术。它们大体相当于人的感觉器官、神经 系统和思维器官。将传感、通信和计算机技术连 接成网，融为一体，标志着信息化社会的到来。 传感技术的任务是要精确、高效、可靠地采集 各种形式的信息。因此，需要努力发展遥感、遥测 及各种高性能的传感器、换能器和显示器，如卫星 遥感技术，红外遥感技术，次声和超声检测技术， 各种热敏、声敏、味敏、嗅敏及智能传感系统。 信息技术的发展正日益改变着人们的生活水 平。信息技术与化学的紧密联系集中表现在通过 各种化学合成手段，制造出功能各异的信息材料， 主要包括电子材料和光电子材料。各种电学、磁 学和光学性能不断改进的新材料推动着电子学的 发展。计算机的功能和速度将来会变成什么样 子，是否真的有一天能够达到和人脑相比拟，甚至 于超过人脑的水平?这恐怕要取决于是否能够把 计算机电路的微型化继续做下去，同时不断提高 芯片的集成度。以半导体硅为基础的微电子技 术，遵循着一个非常著名的定律：摩尔定律，即每 经过18至24个月，电路的运算速度大约翻一番， 历经40年的变化后，固态微电子学已经发展到在 面积小到几个平方厘米的硅片上，可以做出几百 万个尺寸为0．18(微米)的晶体管的水平。但是 如果和分子器件相比，它仍然是太大了。假设现 在的晶体管相当于布满文字的一页纸，分子器件 大约只相当于其中的一个句点，即使像现在技术 界提出的，12年内硅晶体管的尺度可能缩小到 12Ohm(纳米)的水平，但是硅芯片和分子器件相 比，仍然要大60o00倍!再者，没有人认为传统的 硅基微电子学会继续按照摩尔定律发展下去，这 和芯片制造专家认为继续做下去经济上不再合算 有关。当把更多的晶体管做在一张芯片上时，杂 散信号、因为器件过于密集而带来的芯片散热问 题以及制造器件本身的困难等等，都将影响到这 项技术的进展。事实上，制造有效的超小型硅晶 体管以及它们之间的连接等技术的革新，已经是 越来越困难了。不少专家认为，当晶体管达到0．1 微米的水平时，挑战将变得更加激烈，因为集成电 路加工技术所遇到的困难是随着晶体管密度的增 加呈指数增长的，但是它的经济效益却不一定能 够达到同样的增长速度。不少专家认为在2015 年左右，芯片的产值将达到2000亿美元，此时它 的不断小型化的势头也将停滞，因为这时用来提 高芯片能力的成本实在太高了。近年来在分子计 算机研究方面的巨大进步，为解决这个问题提供 了另一个可能的方向。虽然目前预言它的成功还 为时过早，但是近年来在这个领域内取得的许多 成果所展示的前景却是极其鼓舞人心的。 总之，在21世纪，化学与国民经济各个部门、 尖端科学技术各个领域以及人民生活各个方面都 有着密切联系。它是一门重要的基础科学，它在 整个自然科学中的关系和地位，正如[美]Pi— mentel GC在《化学中的机会——今天和明天》一 书中指出的“化学是一门中心科学，它与社会发展 各方面的需要都有密切关系。”化学与其他学科的 交叉将是21世纪科学发展的必然趋势，生命科 学、材料科学、环境化学、绿色化学、能源化学、药 物化学、计算化学、纳米化学等众多新兴的交叉领 域将大大地改变传统的化学科学的范畴与意义， 并已经改变且将更大程度上改变社会和个人的生 存、发展及生活方式。

这周轮我晚上应该有很多怎样远程就自己写吧？

炸药提升了战争等级，药物提升了人类的健康水平，等等等等。总的来说，化学促进了人类的生活水准。

化学是一门基础的自然科学，对人类有着重大意义，跟我们的日常生活也有着密切关系。随着生产力的发展，科学技术的进步，化学与人们生活的关系越来越密切，化学在人类的生产和生活中发挥了不可估量的作用。高品质的生活离不开化学，我们丰富多彩的生活许多就是化学与生活的完美结合。我们的衣、食、住、行、用，化学无所不在。先说衣方面，很久以前，棉纺织品单调色彩就已不能满足人们的需要，于是出现了早期的化学染色，丰富了我们生活的色彩。棉、毛、丝织物虽然给我们生活增添了温暖，但各种质地化纤织品和化学合成织物的出现，使我们的穿衣发生了质的变化，使穿衣由多彩进一步向多元发展，从而大大丰富了我们的衣橱。在食方面，化学就更重要了。大家对“咸鱼”一定不陌生。可为什么鱼加上点盐就可长期放置，而不腐蚀、变质呢？食物腐败的原因是由于微生物细菌的作用。食盐就能控制生物细菌的生长，防止食物腐败。食盐的主要成分是氯化钠，氯化钠是电解质，它的饱和溶液渗透压大于非电解质溶液的渗透压，微生物细菌中的细胞中蛋白质溶液就属非电解质溶液。当渗透压大的溶液和渗透压小的溶液间隔以细胞膜等半透膜隔开时则溶剂分子将从渗透压小的一方渗透到渗透压大的一方。即在食盐溶液存在下，微生物细菌细胞中的水分子将不断进入食盐溶液中去，导致细胞干枯致死，而起到防腐的作用。还有用纯碱发面制出的馒头，松软可口；经粮食等原料发生一系列化学变化酿制的各种饮用酒；用小苏打做出的各种可口饼干；用二氧化碳加压溶解制成的各类爽口的碳酸饮料等等。在住的方面，考古工作者在湖北省枣阳市的雕龙碑氏族公社遗址发现早在距今6000年左右的新石器时代中晚期，我们的祖先就在建筑上使用了的人工烧制的石灰。石灰最早被广泛用于修筑城墙和坟墓，后来人们将生石灰浸在水中做成熟石灰，既扩大了石灰的使用范围，又方便了保存。熟石灰干后变成洁白坚硬的碳酸钙，在古代石灰就广泛用于建筑，我国古建筑中的“粉墙黛瓦”的“粉墙”就是将熟石灰粉涂在墙上，覆盖了泥土和砖块的色彩，使房子显得美观牢固、整洁明亮。化学炼出钢铁，我们才有钢材和铁制品使用；化学加工石油，我们才能用上轻便的塑料；化学锻烧陶土，才能使房屋有漂亮的瓷砖表面。如今，各种化学建材举不胜举，PVC、UPVC、PPR、彩塑、彩铝、彩钢等各种化学板材、型材、管材、石材层出不穷，使用范围越来越广，我们的居住、学习、休闲、消费环境变得多姿多彩。化学反应是交通工具得以行驶的动力。没有燃料的燃烧放出热量，车辆根本无法开动。化学能是它们得以行动的最原始的能量来源，即使用了电做动力，也不能忘记化学能伟大的贡献。在现在，化学仍是交通工具的生命，仍对人们出行起重大作用。用的方面，我们学生平常所用的纸、笔、墨无一不与化学有关。纸是用木头做成的，又粗又脏的木头怎么会变成又白又细腻的纸呢？那就是化学的奥秘所在。发明造纸术的蔡伦，当年耗费了大量的精力造纸，最终如愿以偿，但是由于造价高，历时长，无法广泛采用。如今，只要把大量木头放进专用的池中，加入腐蚀性的药品和催化剂，便可使反应速度加快制成纸浆，然后采用化学手段，造出我们需要的各种质地、各种色彩的纸制品。化学与医学的关系就更密切了，供氧器就是利用过氧化钠与二氧化碳反应来制氧，挽救了许多人的生命。人们还应用科学的方法制造生理盐水，减轻病人的痛苦。近代，人类发明了青霉素等许多新药品，攻克了许多不治之症。在医学方面，人体缺碘会引发甲状腺肿大，缺碘还会影响儿童智力。据报道，全球10亿人生活在缺碘区，而我国就占4亿。碘缺乏的危害是关系到民族兴衰的大事。我国政府已向国际社会做出庄严承诺：在中国大地上将消除碘缺乏症，并从1995年起实现全国食盐全部加碘，全国城乡只能销售加碘食盐。又如，维生素C，又名抗坏血酸，在空气中特别是在日光下易被氧化。维生素C易溶于水，其水溶液不耐热，所以食物在烹饪时易破坏维生素C。食物变质的重要原因之一是食物被氧化，使用抗氧化剂能阻止或延缓食物氧化，以延长贮存期。维生素C是对人体有利无害的抗氧化剂，故在各种饮料、罐头等制作中广泛应用。维生素C有一定的防癌效果，它可还原致癌物亚硝酸盐。在一些重大的科学领域里，化学的作用也不小。火箭发射所需燃料，就是利用了氢氧燃烧得水的原理。在自然世界中，水受热变为水蒸气，水蒸气又上升到高空中，遇冷成为水滴，小水滴聚集成云，有了云就会降水。过去，遇到旱灾，人们束手无策。现在，人们研究出了用人工的办法降雨，采用化学手段增雨，以解除干旱现象。雪在接近地面时，遇到较暖的空气，融化成雨，落到地面上。反之，空气中的小水滴不一定能结成冰晶，于是人们就想办法，使用冷凝剂使水滴结冰。干冰是最常见的冷凝剂，还有碘化银也是。派飞机飞到云层上，将干冰或碘化银撒在云层中，就可以使冰晶形成，进而降雨。化学给人类生活带来了变化，有利也有弊，人类又把化学带入战争。日本帝国主义毫无人性地利用人做化学试验，研制化学武器。庆幸的是，现代人类已采取了措施，禁止使用核武器和化学武器。还有汽车尾气排放，造成大气污染，酸雨在警告我们，臭氧层空洞威胁着我们，环保成了化学给人们生活带来的一个重大问题。如果不注意使用化学元素，常会出现一些事故，如食物中毒。平常的酒中含有乙醇，而工业酒精中含有甲醇，甲醇是有毒的，如果使用工业酒精配酒，轻则头晕、呕吐，重则失明，甚至引起死亡。在我们的平常生活中，如一些防腐剂等用于保鲜食品类的东西，都是通过一些化学手段制出来的化学产品。如果不是这些药品起作用，怎么可能一年四季都有苹果吃呢，但是也有危害的地方，它含有一定的毒性，威胁着我们的健康。我们中学生只有好好学习科学文化知识，改善人类生活，让化学更好的为我们服务，将来让化学的益处更多些，弊处少一些。

人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中不断排放出大量有毒物质，化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理，已开始从治标，即从末端治理污染转向治本，即开发清洁工业技术，消减污染源头，生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。 绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。 化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质，但是在许多场合中却既未有效地利用资源，又产生大量排放物，造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学，它的主要特点是“原子经济性”，即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，因此既可以充分利用资源，又不产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝，可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起，它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。1 采用无毒、无害并可循环使用的新物料 原料选择 工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平，又不破坏环境，我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。 以塑料为例，据统计，到1989年美国在包装上使用的塑料就超过亿kg（20世纪90年代数量进一步上升），打开包装后即被抛弃，这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题：掩埋它们将永久留在土地里中；焚烧它们会放出剧毒。 我国也大量使用塑料包装，而且在农村还广泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料，目前国际上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目，已取得一些进展。 溶剂的选择 大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质，分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此，在无溶剂存在下进行的有机反应，用水作反应介质，以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。 固相反应 固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应，有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。 以水为溶剂的反应 由于大多数有机化合物在水中的溶解性差，而且许多试剂在水中会分解，因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性，因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的，有时可提高反应速率和选择性，更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。 水相有机合成在有机金属类反应，水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中，开发利用以水作溶剂是大有可为的。 超临界流体作为有机溶剂 超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点（℃，7 ）以上的CO2流体。它通常具有流体的密度，因而有常规常态溶剂的溶解度；在相同条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度，溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。 催化剂的选择 许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是：对设备腐蚀严重，对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境，多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手，大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟，这种催化剂选择性高，乙苯收率超过，而且催化剂寿命长。2 化学反应的绿色化 为了节约资源和减少污染，合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面，一是选择性（化学、区域、非对映体和对映体选择性），另一个就是原子经济性，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废物的“零排放”。为此，化学化工工作者在设计合成路线时，要减少“中转”、增加“直快”、“特快”，更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子，减少中间产物的形成，少用或不用保护基或离去基，避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多，在些不作赘述。3 生物技术的应用 生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分，生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一，它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发，它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程，其产品常常又具有特殊性能。因此，生物技术的研究和应用倍受青睐。 绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响，而且将为我国的企业与国际接轨创造条件。