化学与生活论文研究现状

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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。

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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。

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。中国论文网 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。