化學的內涵和定義
化學的內涵隨時代前進而改變,在19世紀,恩格斯認為化學是原子的科學,因為化學是研究化學變化,即改變原子的組合和排布,而原子本身不變的科學。到了20世紀,人們認為化學是研究分子的科學,因為在這100年中,在《美國化學文摘》上登錄的天然和人工合成的分子和化合物的數目已從1900年的55萬種,增加到1999年12月31日的2340萬種。沒有別的科學能像化學那樣製造出如此眾多的新分子、新物質.現在世紀之交,我們大家深深地感受到化學的研究對象和研究內容大大擴充了,研究方法深化和延伸了,所以21世紀的化學的內涵有很大的變化。
泛分子的定義及分類
21世紀的化學是研究泛分子的科學泛分子的名詞是仿照泛太平洋會議(PanPacificConference),泛美航空公司(PanAmericanAirline)等提出的。泛分子是泛指21世紀化學的研究對象,它可以分為以下10個層次:
1、原子層次
例如近來受到重視的鹼金屬原子的Bose-Einstein
凝聚態。
2、分子片層次
分子片是指組成分子的碎片,例如,一價分子片:CH3OH,Mn(CO)5,Co(CO)4;二價分子片:CH2,NH,Fe(CO)4,Ru(PR3)4;三價分子片:CH,Co(CO)3,NiCp等。
3、結構單元層次
例如芳香化合物的母核,高聚物的單體,蛋白質的胺基酸,DNA的A,C,G,T。高級結構單元,如蛋白質的α-螺旋,β-片層等。
4、分子層次
研究分子層次的問題有如分子周期律,單分子光譜,單分子監測和控制,分子的激發態,吸附態等。
5、超分子層次
超分子是2個分子通過非共價鍵的分子間作用力結合起來的物質微粒。例如環糊精[γ-CD]是一個分子,形似花盆,它的尺度略大於C60的直徑,可以把C60包進去,生成1∶1和2∶1的超分子,愛滋病病毒HIV是一個生物大分子,其活性部位形似環糊精,大小與C60十分接近,它們可以形成超分子。因此,C60可以抑制愛滋病病毒HIV。環糊精分子還可作為主體,把其他小分子包在裡面,又可作為客體,插人Zr(HPO4)(H2O)晶體的結構層之間,組裝成複雜的超分子體系。
6、高分子層次
7、生物分子(biomolecules)層次
8、納米
分子和納米聚集體層次,例如碳納米管、納米金屬、微乳、膠束、反膠束、氣溶膠、納米微孔結構、納米厚度的膜、固體表面的有序膜、單分子分散膜等。
9、原子和分子的巨觀聚集體層次
如固體、液體、氣體、等離予體、溶液、熔融體、膠體、表面、界面等。
10、複雜分子體系及其組裝體的層次
(1)複合和雜化分子材料;(2)分子器件,例如在金絲尖端裝上經過巰基化修飾的單層碳納米管(SWCNT),可以作為STM的針尖,又如分子導線、分子開關、分子探針、分子晶片、分子電晶體等;(3) 分子機器,如分子馬達在UV光下,能通過4種同分異構體進行旋轉,又如分子計算機等;(4)巨觀組裝器件如燃料電池,太陽能電池等。
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研究方法和目的
化學的研究方法和它的研究對象及研究內容一樣,也是隨時代的前進而發展的。在19 世紀,化學主要是實驗的科學,它的研究方法主要是實驗方法。到了20世紀下半葉,隨著
量子化學在化學中的套用,化學不再是純粹的實驗科學了,它的研究方法有實驗和理論.現在21世紀又將增加第三種方法,即模型(Modeling)和計算機模擬的方法。
化學的目的和其他科學技術一樣是認識世界和改造世界,但現在應該增加一個“保護世界”。化學和化學工業在保護世界而不是破壞地球這一偉大任務中要發揮特別重要的作用。