无机化学的发展趋势

中国无机化学概况

在1932年化学会成立之前，无机化学方面发表的研究论文仅有数十篇，大多数为无机

原料的分析和分离，以及若干简单无机物的制备与定性的表征。至于无机化学的基础理论研

究可以说是空白。在1949年之前的17年中，无机化学的研究虽然有了良好的开端，但在

战争期间，无机化学和其他学科一样也遭受严重的挫折。 1949年之后，科学研究得到重视。1956年中国制定了“十二年科学技术发展规划”，有

力地促进了各门学科的发展。无机化学研究不再以无机原料的分析和定性测定为目标，而转

入对无机化合物进行较有系统的定量的和基础理论的研究。在无机合成、配位化学和稀有元

素三个方面发表的研究论文就有340余篇，其中一些已达到国际水平。在1963年制定的“十

年科学技术发展规划”公布实施后，无机化学和其他学科一样有了更加迅速的发展，不幸是

未及3年，即遭十年动乱，致使无机化学科研水平与国际的差距又拉大了。1976年粉碎了“四

人帮”，1977年举行了全国自然科学学科规划会议，科学研究又呈现欣欣向荣的景象。回顾

过去，中国无机化学研究，虽然两经挫折，但总的趋势仍是不断前进并取得了一定成就。

中国的无机合成工作是以工业为先导的，其中又以盐碱工业处于领先地位。1921年，

中国杰出的化学家兼化学工程师侯德榜受聘后与实业家范旭东合作，从事建设当时为亚洲第

一大碱厂的天津塘沽永利碱厂，接着于1922年创办了黄海化学工业社，开创了中国独立自

主的化学工业的新纪元。侯德榜精湛地运用并发展了索尔味制碱法从而研究成功“侯氏碱

法”，为中国制碱工业的发展做出了重大贡献。 1949年以前，中国没有化学试剂生产厂，各行业使用的化学试剂全部进口。1949年

10月后，清华大学高崇熙教授率先在北京化学试剂研究所(北京化工厂前身）开展了一系列

化学试剂的生产，开始填补了空白。随后，上海、天津出现了一些小化学试剂厂家，生产一

些规格不高的试剂。为适应科研、教学和工业生产对化学试剂和纯度不断增长的要求，中国

白春礼：对化学未来的发展趋势的阐述以及对于广大化学工作者的期望

发布时间：2011-06-07 【字号： 小 中 大 】

谈一下化学未来的发展，有四点趋势。化学将向更广度、更深层次的方向延伸；新工具的不断创造和应用促进化学创新发展；绿色化学将引起化学化工生产方式的变革；化学在解决战略性，全局性，前瞻性重大问题当中将继续发挥更大的作用。

化学向更广更深的层次延伸体现在几个方面，对原子，分子的认识将更为深入，多层次分子研究更为系统，创造新分子，新材料的基础上更加注重功能性。超分子是一个分子结构与宏观性能的关键纽带，是产生更高级结构的基础。如何设计超分子结构和材料，对复杂生命体系的理解和模拟及调控都是前沿的课题。这是化学向更深层次，更复杂拓展的延伸。

新工具的创造和应用会促进化学的发展，随着技术能力和仪器设备的不断进步，空前准确和灵敏的仪器不断被创造和应用，科学家不仅能在原子，分子甚至电子层次观察并研究微观世界的性质，而且能够对其物质结构和能量过程进行操控。1981年，人类实现了观察单个原子的愿望，实现了移动单个原子和单个分子，促进了化学的创新和发展。同步辐射及各种实验方法和技术的改进，使同步辐射光源在化学研究领域中发挥重要的作用，比如真空紫外辐射光可以在量的水平上观察化学共振态。原位气固反应X射线吸收精细结构谱实验新方法，各种应用促进了化学向更深层次的发展。

绿色化学将促进化学化工生产方式的变革，绿色化学不仅是对现有过程的改进和新过程的研究，未来化学的研究将更加注重绿色产品设计的理念。绿色化学将注重经济，高效，制备与人类生活相关的物质，绿色化学不仅是创造可持续的化学产品，也需要变废为宝，将今天的废弃物变为明天有用的资源，将引起化学化工的变革。美国在1995年设立了总统绿色化学挑战奖，07年通过了绿色化学研究和发展法案。日本在上世纪90年代旨在防止全球气候变暖，在21世纪重建绿色地球的新阳光计划开始实施，主要内容为能源和环境技术研究开发。97年德国提出为环境而研究的计划。化学家开发了大量的化学合成反应，制备人类息息相关的物质，超过80%的化学生产需要催化剂，70%以上的化学化工过程使用溶剂。我们现在考虑如果从合成方法学来讲，原子经济学，计算化学，绿色化学结合，合成方法学的角度上进行绿色化学的研究。80%化学品的生产需要催化剂，如何通过发展新型的高效催化剂高稳定性，并且在制造的过程中对环境是无害，使用的过程可以回收再利用，使催化剂不污染环境这也是一个非常重要的方面。70%以上的化学化工过程要使用溶剂，我们要采用绿色的溶剂，二氧化碳做溶剂，离子液体，聚乙二醇等等使之更加清洁和可持续。绿色化学还需要变废为宝，把引起气候变暖的二氧化碳转化利用，通过开发新的技术进行转化应用。前不久我们曾经在宝钢与新西兰研究一个新的技术，利用钢厂的尾气对二氧化碳进行转化研究。秸秆，树木，藻类转化为燃料，重要化学品核材料，木质素，纤维素为原料的新化学反应，粘土等天然无毒原料在材料科学中的应用，不仅是创造新一代的可持续的化学产品，还要考虑如何变废为宝，这是下一步发展的重要方面。

化学物质的分类

化学物质是化学运动的物质承担者，也是化学科学研究的物质客体。这种物质客体虽然从化学对象来看只是以物质分子为代表，然而从化学内容来看则具有多种多样的形式，涉及许许多多的物质。因此，研究化学物质的分类就显得非常重要。

按照物质的连续和不连续（分立的）形式，首先可以把化学物质分为连续的宏观形态的物质，如各种元素、单质与化合物，以及不连续的微观形态的物质，如各种化学粒子等两大类物质。

一、化学元素的分类

化学物质的宏观连续状态，可以分为单质和化合物两大类，而它们又都是由元素组成的。人类认识的元素目前已达109种，其中有94种是在自然界中已找到的天然元素，15种是人造元素。对元素的分类早在19世纪初就开始研究了。在门捷列夫之前已有不少化学家从事过化学元素的分类研究。例如波登科弗、格拉法斯通、杜马、尚古都等人从各个角度出发对元素进行分类。或以元素电化序为分类标准，或以原子价，或以相对原子质量顺序为分类标准等，其中比较重要的分类成果是“三素组”“八音律”和“迈尔曲线”。

“三素组”是1829年由段柏莱纳创立的。他把已知元素中的十五种分作五组，每组中包含着三个性质相似的元素，故称“三素组”。他指出在三个同组的元素中，中间元素的相对原子质量等于前后相邻的两个元素相对原子质量的算术平均值。而英国人纽兰兹则试着把元素按相对原子质量大小的顺序排列起来。1865年他发现“第八个元素是第一个元素的某种重复，就像音乐中八度音程的第八个音符一样”，被称为元素分类的“八音律”。德国化学家迈尔经过细致的分类研究，指出“元素的性质为相对原子质量的函数”。他把相对原子质量作为横坐标，以原子体积为纵坐标，绘成了原子体积曲线，结果是相似的元素在曲线上都占据着类似的位置。如此，显示了原子体积和相对原子质量的函数关系。这就是著名的迈尔曲线。

1869年，门捷列夫在前人工作的基础上，着重研究了对元素的综合性分类。他指出：“不管人们愿意不愿意……在元素的质量和化学性质之间一定存在某些联系……因此就应该找出元素特性和它们相对原子质量之间的关系。”他把当时已知的63种元素进行分类，首次创立了元素周期表。

有机化学的发展前沿

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有机化学的研究对象是有机化合物, 它研究有机化合物的组成、结构、性质、合成、变化，以及伴随这些变化所发生的一系列现象。

20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，显示出蓬勃发展的强劲势头和活力。世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、营养、石油化工、交通、环境科学等与人类生活密切相关的行业中，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同时，人们也面对着天然的和合成的大量有机物对生态、环境、人体的影响问题。展望未来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反应过程，有机化学将会得到更迅速的发展。

有机化学的迅速发展产生了不少分支学科，包括有机合成、金属有机、元素有机、天然有机、物理有机、有机催化、有机分析、有机立体化学等。下面就其中的一部分分支学科来说，了解有机化学的发展前沿和研究热点。

(1)有机合成化学

这是有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论是有机合成的创新所在。1828年德国化学家维勒用无机物氰酸铵的热分解方法，成功地制备了有机物尿素，揭开了有机合成的帷幕。100多年来，有机合成化学的发展非常迅速。

有机合成发展的基础是各类基本合成反应，不论合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法分解为若干基本反应，如加成反应、重排反应等。每个基本反应均有它特殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。在化学文献中经常可以看到某一有机化合物的全合成同时有多个工作组的报导，而其合成方法和路线是不同的。那么如何去评价这些不同的全合成路线呢?对一个全合成路线的评价包括：起始原料是否适宜，步骤路线是否简短易行，总收率高低以及合成的选择性高低等。这些对形成有工业前景的生产方法和工艺是至关重要的，也是现代有机合成的发展方向。