人类的祖先在与自然界的长期斗争中,很早就开始利用火。他们用火来取暖、烧烤食物,进而又用火来烧制陶器、炼铜、炼铁,等等。因此,我们可以说,人类的文明是从火堆中萌发的,火在人类的进化中起了很重要的作用!
化学研究的对象是自然界中的各种各样的物质。浩瀚的宇宙和地球上人类用肉眼能见到的和不能直接观察到的以原子或分子形态存在的物质,都是我们要了解和研究的对象。
随着科学技术的发展,人们已能通过先进的科学仪器观察一些物质的原子排列状况。1990年前后,美国等少数国家首先在-269℃的低温下移动了原子。1993年,中国科学院北京真空物理实验室的研究人员,在常温下以超真空扫描隧道显微镜(图1)为手段,通过用探针拨出硅晶体表面的硅原子的方法,在硅晶体的表面形成了一定规整的图形(见上图)。这种在晶体表面开展的操纵原子的研究,达到了世界水平。图中的“中国”两字就是这样形成,并经放大约180万倍在计算机屏幕上显示出来的。这两个字的“笔画”宽度约2nm①,是目前已知的最小的汉字。
我国是世界四大文明古国之一,在化学发展史上有过极其辉煌的业绩。冶金、陶瓷、酿造、造纸、火药等都是在世界上发明和应用得比较早的国家。如商代的司母戊鼎是目前已知的最大的古青铜器(图2);1972年在河北出土的商代铁刃青铜钺是我国目前发现的最早的铁器。我国古代的一些书籍中很早就有关于化学的记载。著名医药学家李时珍的巨著《本草纲目》(公元1596年)中,还记载了许多有关化学鉴定的试验方法。中华人民共和国建立以后,我国的化学和化学工业,以及化学基础理论研究等方面,都取得了长足的进步。1965年,我国的科学工作者在世界上第一次用化学方法合成了具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素(图3),到了20世纪80年代,又在世界上首次用人工方法合成了一种具有与天然分子相同的化学结构和完整生物活性的核糖核酸②,为人类揭开生命奥秘做出了贡献。此外,我国还人工合成了许多结构复杂的天然有机化合物,如叶绿素(图4)、血红素、维生素B12,以及一些特效药物等。
人类很早就开始使用材料,从石器时代到现代,人类所使用的材料不断地发生变化,材料的种类越来越多,用途也越来越广。我们对于材料的认识,应该包括为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质这两层涵义。也就是说,并不是所有的物质都可以称为材料。材料按其化学组成或状态、性质、效应、用途等可以分为若干类。例如,按化学组成分类,陶瓷属于非金属材料;合金属于金属材料;橡胶、化纤等属于有机高分子材料。历史的发展表明:没有新材料的出现,就没有工业的进步和大量新产品的涌现。因此,许多科学家都认为新材料是高技术的突破口,只有更好地开发和应用具有特殊性能的新材料,才能拥有更强大的经济优势和技术潜力。化学不仅在一般材料的研究、生产和应用中发挥了巨大的作用,而且在研制具有特殊性能的新材料方面也会继续发挥其独特的优势。总起来讲,适应科技迅猛发展所需的诸如耐腐蚀、耐高温、耐辐射、耐磨损的结构材料,以及敏感、记录、半导体、光导纤维、液晶高分子等信息材料和超导体、离子交换树脂与交换膜等高功能材料,它们的制取都是需要化学进一步参与研究的重要课题。
位于北京周口店的北京猿人遗址中的炭层,表明人类使用能源的历史已非常久远。人类社会的发展与能源消费的增长是密切相关的,我们现在使用的能源主要来自化石燃料——煤、石油和天然气等,但化石燃料是一种不可再生,并且储藏量有限的能源,而且在开采和燃烧过程中还会对自然环境造成污染。为了更好地解决能源问题,人们一方面在研究如何提高燃料的燃烧效率,另一方面也在寻找新的能源。这些都离不开化学工作者的努力。例如,核能和太阳能的发电装置离不开特殊材料的研制;用氢作为能源需要考虑贮氢材料和如何廉价得到氢,等等。
环境问题是当今世界各国都非常关注的问题。在世界人口不断增长、生产不断发展、人民生活水平不断提高的过程中,由于人们对环境与生产发展的关系认识不够,以及对废弃物处理不当,使环境受到了不同程度的破坏,如土地的沙漠化、水资源危机、酸雨、臭氧层的破坏、有毒化学品造成的污染等。因此,保护环境已成为当前和未来的一项全球性的重大课题之一,也是我国的一项基本国策。在这些关系到国计民生的环境问题中,化学工作者是大有作为的。因为污染问题的解决主要还得靠化学等方法。有的专家提出,如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合,使之变成CH4、CH3OH、NH3等的构想(图5)能够成为现实,那么,不仅可以消除对大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机。
对健康的关注也是人类面对的重要课题。我们知道,用以保证人体健康的营养、药物的研究、人体中的元素对人体生理作用的研究,以及揭开生命的奥秘等,都离不开化学。因此,如何在这些方面正确地运用化学知识,与其他学科协调研究就成为调节生命活动和提高人体素质的重要手段。
此外,在资源的合理开发和利用、提高农作物的产量,以及癌症治疗的研究等方面,化学也都扮演着极其重要的角色。
综上所述,在研究材料、能源、环境、生命科学等方面,以及在我们的日常生活中,我们不难看出,化学对社会的发展和人类的进步起着非常重要的作用。
从化学与生活的关系来看:
如果说人文和社会知识是从生活中提炼出的一种抽象的知识,那么,物理和化学知识作为自然科学中的重要组成部分,则是从生活中直接得到的常识,因而,其用之于生活的方面和领域更为广阔。掌握适当的物理和化学知识,不仅能帮助我们解释日常生活中的一些疑问,更能增加我们的生活常识,提高生活质量。例如肯得基的“苏丹红事件”便是化学知识运用于生活的很好明证——一个不懂化学的人,是断然不知道这件事的意义的。
化学与政治学科的关系。
政治学作为新兴学科,其学科前景和实用性固然不甚为人所知,但政治学科所研究的领域和意义却是不容被忽视的。政治学科主要研究人类精神文明发展的历史,以及从历史中结晶出的文化积淀。概而言之,政治学是以人的精神诉求为研究对象,并最终使人在精神领域达到更高的善的一门学科。因而,关注人的需求,指引人的发展,让人们在精神层面得到更好的发展是政治学科追求的目标之一。
化学与日常生活息息相关,人类也曾利用自己掌握的化学知识让自己所处的社会历史时期前进了许多年。但同时,化学就如同一把双刃剑,化学对人类积极和消极的方面都毫不隐讳地存在着。而如何扬长避短,让化学发挥更好的作用为人类社会进步服务,是人类需要关注的一个话题。例如美国拥有当今世界上最多的科学家和最先进的科学技术,他们用化学科学制造出了核武器,然而却将化学创造出来的这个“厉害角色”用到了屠杀伊拉克平民的战斗中;日本人运用生物、化学技术制造出了生化武器,同样,这些武器也只是在屠杀中国平民的战斗中露出了其“助桀为虐”的不光彩面目。当然,这样的例子还有很多。我们需要指明的是,化学在发展的过程中固然有人才和技术提高的必要,但同样也需要正确的方向的指引,否则,只可能陷入“越发展越落后”境地。政治学科正有对人们进行劝诫,进行价值观教育的作用。因而,正确地运用化学与政治学的知识在使人类生活水平提高的意义上来说,虽然方式不同,但殊途同归。
同时,化学实验的操作不当造成人类灾难的事例也不枚胜举。从广义上来讲,人类社会是一个整体,无论是物质文明,还是精神文明,无不是在一个整体中和谐共存和发展的,人类的任何社会活动都应该以与自然和谐共存,促进人类实质意义上的提高为目标的,因而,如何让化学服务于人类,真正做到以人为本,与自然和谐共存,树立科学发展观,是政治学科的重要任务,因此,从指引化学发展方向,使化学与社会和谐共存的角度来讲,化学与政治学科关系紧密。
四、从化学与个人发展的关系来看
信息时代,知识最为重要,无论是文盲,还是知识分子,在不断学习,充实、善自己知识结构的道路上,没有高低尊卑之分,作为社会精英的大学生,就更需要学习各方面知识,以充实自己,使自己成为各行业都能独当一面的人,无论是对自己的就业前景,还是对社会的贡献角度都大有裨益。因而,学习化学与社会,了解人类文明发展的历史,知晓文明之间的内部联系,促使人类文明不断向前发展,使科学发展在为人类福祉的不断增进的道路上发挥更大作用意义深远。我们要明白,“知识无止境,学习亦当不休止。”
化学是一门基础的自然科学,对人类有重大意义,跟生活也有很大关系。化学能帮人们做有用的事。衣、食、住、行、用,化学无所不在。
在衣方面,化学可谓给生活增添温暖。尼龙,分子中含有酰铵键的树脂,自然界中没有,需要靠化学方法得到;涤纶,用乙二醇、对苯二甲酸二甲酯等合成的纤维。还有类似的许多衣料,丰富了人们的衣橱。在食方面,化学同样重要。用纯碱发面制馒头,松软可口。各种饮用酒,经粮食等原料发生一系列化学变化制得。槟榔是少数民族喜爱的食物,在食用前,槟榔必须浸泡在熟石灰中,切成小块。到一定时间后,才可食用。
由于有了化学,我们的住房才有多彩的装饰。生石灰浸在水中成熟石灰,熟石灰涂在 上干后成洁白坚硬的碳酸钙,覆盖了泥土的黄色,房子才显得整洁明亮。化学炼出钢铁,我们才有铁制品使用。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。
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。
化学无时不在人们生活的各种活动中。洗涤剂是含磷的化合物,广泛应用于人们清洗器具、纺织、造纸、农药等部门。用磺铁矿燃烧制硫酸,作为重要的化工原料。用“王水”检验金子是否纯。用酸洗去水垢。用汽油乳化橡胶做粘合剂。用氢氟酸雕画玻璃。用泡沫灭火器灭火。用二氧化碳加压溶解制爽口的汽水,用小苏打做可口的饼干。用腐蚀性药品清除管道阻塞。生活中,化学的频繁使用不是举例能举完的,它已与生活紧密联系在一起。
化学本身是一面魔术镜,将一百多种元素巧妙地结合,组成神奇美丽的世界。它使碳这一元素形成了美丽高贵的金刚石和柔软廉价的石墨两种天壤之别的形态,跟人们开了玩笑。人们将在他的一个个玩笑中不断摸索进步。而我们的生活也将随着它的进步而进入美好的未来。
第二篇
生活丰富多彩,在不经意之中,人们经常遇见一些化学与生活的完美结合。但人们很少注意到其中的微妙与有趣。
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?其中的关键是食盐。食物腐败的原因是由于微生物细菌的作用。只要控制生物细菌的生长,就能防止食物腐败。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(微生物细菌中的细胞中蛋白质溶液)的渗透压。当渗透压大的溶液和渗透压小的溶液间隔以半透膜(如细胞膜)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。氯化钠不仅创造了“ 死海不死”的特例,而且在防腐领域也有良好的表现。
水乃生命的源泉,水的硬度高低跟人体健康关系极大。高硬度水中的Ca2+、Mg2+能跟SO42-结合,使水产生苦涩味,还会使人的胃肠功能紊乱,出现暂时性的腰胀、排气多、腹泻等现象,这就是“水土不服”的秘密。
了解化学,懂得生活,同时也可避免“大降横病”。
1938年3月14日,比利时的哈塞尔特城处在零下15℃的严寒中,横跨在阿尔伯运河上的一座雄伟壮丽的钢桥,突然间发生巨响,不到几分外钟即折成几段,坠入河中。此事故的肇事者是钢铁中的磷。磷是钢的有害元素之一,能使钢产生冷脆性,使钢在常温下轧制和加工时容易断裂,尽管它能提高钢的硬度,但显著降低了钢的塑性和韧性。可见,生活中了解化学是必要的。
生活的方式不断变化,化学与生活之间的联系是不断增多。请经常关注身边,关注化学与生活的联系。你参考一下
人类生活的各个方面,社会发展的各种需要都与化学息息相关。
首先从我们的衣、食、住、行来看,色泽鲜艳的衣料需要经过化学处理和印染,丰富多彩的合成纤维更是化学的一大贡献。要装满粮袋子,丰富菜篮子,关键之一是发展化肥和农药的生产。加工制造色香味俱佳的食品,离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、调味剂和色素等等,它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工产品。用以代步的各种现代交通工具,不仅需要汽油、柴油作动力,还需要各种汽油添加剂、防冻剂,以及机械部分的润滑剂,这些无一不是石油化工产品。此外,人们需要的药品,洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的用品也都是化学制剂。可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关,人人都需要用化学制品,可以说我们生活在化学世界里。
再从社会发展来看,化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用。农业要大幅度的增产,农、林、牧、副、渔各业要全面发展,在很大程度上依赖于化学科学的成就。化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品,不仅可以提高产量,而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农药的研制,长效、复合化肥的生产,农、副业产品的综合利用和合理贮运,也都需要应用化学知识。在工业现代化和国防现代化方面,急需研制各种性能迥异的金属材料、非金属材料和高分子材料。在煤、石油和天然气的开发、炼制和综合利用中包含着极为丰富的化学知识,并已形成煤化学、石油化学等专门领域。导弹的生产、人造卫星的发射,需要很多种具有特殊性能的化学产品,如高能燃料、高能电池、高敏胶片及耐高温、耐辐射的材料等。
随着科学技术和生产水平的提高以及新的实验手段和电子计算机的广泛应用,不仅化学科学本身有了突飞猛进的发展,而且由于化学与其他科学的相互渗透,相互交叉,也大大促进了其他基础科学和应用科学的发展和交叉学科的形成。目前国际上最关心的几个重大问题——环境的保护、能源的开发利用、功能材料的研制、生命过程奥秘的探索——都与化学密切相关。随着工业生产的发展,工业废气、废水和废渣越来越多,处理不当就会污染环境。全球气温变暖、臭氧层破坏和酸雨是三大环境问题,正在危及着人类的生存和发展,因此,三废的治理和利用,寻找净化环境的方法和对污染情况的监测,都是现今化学工作者的重要任务。在能源开发和利用方面,化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重大贡献,现在又在为开发新能源积极努力。利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题。材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学,它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能的新材料,如高温超导体、非线性光学材料和功能性高分子合成材料等。生命过程中充满着各种生物化学反应,当今化学家和生物学家正在通力合作,探索生命现象的奥秘,从原子、分子水平上对生命过程做出化学的说明则是化学家的优势。
总之,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〕Pimentel G C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,它与杜会发展各方面的需要都有密切关系。”它不仅是化学工作者的专业知识,也是广大人民科学知识的组成部分,化学教育的普及是社会发展的需要,是提高公民文化素质的需要。
化学与人类生活的方方面面息息相关,在生活中有着广泛的应用。本文从居家饮食、医疗卫生、农业生产、工业生产和环境保护几个方面介绍了化学的应用。在文章最后,提到化学带来的环境问题,需要我们共同努力,实现绿色化学。
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化学是一门与人们的生产和生活密切相关的自然科学,它的神奇之处在于将一百多种元素巧妙地结合起来,构成了一个五彩缤纷的世界。化学的重要性可以用一句话概括:化学是人类进步的关键。我们周围的事物都是由许许多多的化学元素组成的,化学在我们的日常生活的各个方面发挥着不可估量的作用。
一、居家饮食方面
化学在居家饮食中的应用比比皆是,许多生活现象都可以用化学原理去解释。例如:做馒头的时候我们用纯碱发酵,做出的馒头松软可口;饮用酒也是粮食等原料发生一系列化学变化制得的。我们通过闻是否有硫化氢气体的气味,判断鸡蛋是否变质;用明矾等混凝剂的净化水和液氯等消毒剂对水进行消毒;烧水的壶用时间久了,里层往往有一层白色的水垢,简单的去垢方法就是滴入食醋。很多家庭用作燃料的煤气,是煤在隔绝了空气的地方受热而分解出来的一种混合气体,包含氢气、甲烷、一氧化碳、乙烯、氮以及二氧化碳等成分。人们从乳类、豆类、蛋类、蔬菜等食物中,补充钠、钙、磷、铁等营养元素,饼干、火腿肠、方便面等食品中也使用一些化学添加剂。家庭常用的去污用品——洗衣粉和肥皂、洗洁精、洗涤剂,人们日常使用的化妆品、洗发剂、染发剂、消毒液,也都与化学相关。
二、医疗卫生方面
人类从诞生之日起,就面临着疾病的严重威胁。人类生存和进化的过程,也是一个与疾病不断抗争的过程。随着科学的发展,特别是医药科学的发展,人类利用化学方法人工制得针对各种疾病的治疗药物,延长了人类的寿命,百岁老人已不是很稀奇的事。人们谈之色变的癌症、艾滋病尽管现在还难以医治,但有些国家的研究人员已经找到了行之有效的方法遏制癌细胞再生并杀死癌细胞和预防艾滋病疫苗,给癌症和艾滋病患者带来了生命的曙光。人造假肢、人造骨骼、人造牙齿等人造器官的发明,给残疾人朋友带来了福音,使他们也能像正常人一样生活。而给适龄儿童注射疫苗,增强了儿童的疾病抵抗率,新生婴儿的死亡率大大降低。
三、农业生产方面
我们国家是一个农业大国,高产增收是农民朋友提高自身生活水平的重要因素。农民朋友采用农业科研人员研制的种子、化肥,促使了农业的高丰收;使用高效低毒的农药杀死影响或危害农作物生长的杂草、昆虫和病菌,减少了农作物病虫害的发生;使用生长调节剂改善农作物的生长条件,获得粮食果蔬的高产和丰收;人工合成的类天然昆虫保幼激素可以破坏幼虫的正常生长发育,杀死幼虫;人工降雨很大程度上解决了农作物生长旺盛期水分不足的问题。各种农业机械设备的制造,也与化学密不可分。用农作物秸秆和动物粪便密封发酵产生的沼气,是一种清洁能源,而且沼气残渣可以用作农作物的肥料和鱼的饵料,是一种循环利用的生产方式。在普通塑料薄膜里注入玻璃纤维,可以大大提高塑料温室的强度,人们在不同的季节也可以品尝到新鲜的蔬菜和水果,“围着火炉吃西瓜”已经不是难事。
四、工业生产方面
工业生产水平是一个国家综合水平发展的标志,与化学密不可分。比如,铁、铝、镁、锌、铜等金属材料的冶炼和制备,用化学方法对金属表面进行处理;高分子合成材料、复合材料的研发和制造;煤炭资源仍然是发电主要来源。随着我国机动车数量的不断攀升,机动车用油的需求加大,对石油冶炼的高效率、高产出率提出了要求。在大力提倡清洁能源的今天,用天然气做燃料无疑是不二的选择;化石燃料是不可再生资源,积极寻找无污染的新能源是化学工作者的一项艰巨任务。在航天工程中,如何找到重量轻、能量高的燃料是一个重要的科研课题。此外,硬水的软化,海水的淡化等都与化学工业紧密相关。
五、环境保护方面
化学处理技术在消毒和灭菌方面有着较长的历史和较广泛的应用。及时回收生产和生活废弃的垃圾,将其转化为可以使用的其他物品,可减少对环境的污染;在汽车排气口加铂铑催化剂装置,减少汽车尾气中有害物质的排放;在煤炭的燃烧过程中采用固硫的措施,减少二氧化硫的排放;采用可降解的塑料,减少白色污染。广大农村地区将用农作物秸秆和动物粪便密封发酵产生的沼气作为燃料,解决了秸秆焚烧和粪便乱倒对环境的污染问题。水污染问题是环境保护面临的主要问题之一,利用化学原理降低污染是一种行之有效的方法,也是目前普遍使用的方法。
总之,化学学科与人类的生活息息相关,它给人类生活带来了翻天覆地的变化。没有化学的地球,将是另外一种景象。但同时我们也要看到,化学也造成许多环境问题:汽车尾气排放,食物中农药残留,酸雨的侵蚀,臭氧层空洞越来越大。环保成了一个不可推卸的责任。化学学科本身也在积极地减少对环境的污染,提出绿色化学的概念。随着科技的进步,或许不久的将来,化学的益处更多些,弊处会少一些。