我国无机化学发展概况

我国无机化学发展概况


我国的化学发展史渊源流长。距今一万年的新石器时代我们的祖先已会制作陶器，后来还在世界上率先制作了瓷器，到了清代康熙时的素三彩、五彩，雍正、乾隆时的粉彩、珐琅彩更是大放异彩，名传海外。殷代(公元前2500～2000年)时已有高超的青铜器熔炼技艺；春秋时期(公元前770～476年)冶铁技术也迅速兴起，不仅较早炼出了生铁而且是世界最早的炼钢国之一。同时，对金、银等金属也开始应用，并有了鎏金技术。在本书扉页中复印出东汉的青铜奔马`西汉的金缕玉衣，以飨读者。

炼丹术、炼金术时期(公元前100年～公元1500年)我国唐代发明了黑火药，随着元朝蒙古铁骑西征传入阿拉伯地区及欧洲。东汉炼丹家魏伯阳(公元2～3世纪)所著的《周易同契》是世界现存最早的炼丹术专著；东晋葛洪(公元284～364年)专著的《抱朴子内篇》(20卷)，更是集汉魏以来炼丹术之大成，记载有很多丹药配方、炼丹设备和化学变化。明代李时珍(公元1518～1593年)的《本草纲目》(共52卷)载有药物1892种。明末清初宋应星(1587～1661)所著《天工开物》(共18卷)是16世纪世界罕见的化学工艺百科全书，17世纪传入日本，18世纪传入欧洲，成为世界科学名著。

如上所述，我国作为四大文明古国之一，早已有了丰富的经验、化学知识和技艺。但是，由于种种原因，我国的科技发展似乎存在一个历史断层，近代化学的知识、理论确是在19世纪中叶从欧洲传进来的。

1855年(清咸丰5年)时还出版了英人合信(B.HobSom,1816～1873年)所编的《博物新编》第一集，最早介绍了西方的近代化学知识。其后，我国近代化学的启蒙者徐寿(1818～1884年)等人先后译出多部化学著作，
例如：
《化学鉴原》： 概述化学基本原理和重要的元素性质
《化学鉴原续编》：　有机化学
《化学鉴原补编》：　无机化学
《化学考质》： 定性分析　
《化学求数》： 定量分析
《物质遇热改易记》：物理化学初步知识

1903年清政府开始允许国人出国留学并有少量公派名额；民国初年中国继续向西方派出少量留学生。这些学人回国后兴办化学教育，成立中国化学会(1932年8月)、筹办化学刊物、筹办化学工厂，成为我国现代化学学科的开拓者和化学工业的先驱者，如侯德榜(1890～1974, 图1-6)、张子高(1886～1976)、庄长恭(1894～1962)、曾昭抡(1899～1976)、黄鸣龙(1898～1979)、杨石先(1896～1985 )等化学界老前辈。1949年新中国成立后，大批热爱祖国的化学家、留学生纷纷归国，成为我国现代化学各分支学

科的带头人、奠基者。

无机化学是在原子和分子层次上研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学。从化学发展史看，无机化学史化学科学的基础和母体，其它化学分支大都是从其中分化、衍生、生长起来的。

我国无机合成是从盐碱化工开始的，1921年我杰出的化学家兼化学工程师侯德榜与化工实业家范旭东创建了当时亚洲最大的天津永利碱厂。1949年新中国成立后清华大学高崇熙(1901～1952年)创办了我国最大的化学试剂生产基地(后来发展为北京化工厂)。1964、1967年我国先后进行了原子弹和氢弹的爆炸试验，表明我国核化学。核化工技术达到国际水平。1957年南开大学申泮文教授(1916～，)在我国首次合成了金属氢化物并陆续生产出LiH、NaH、CaH2、LiAlH4、NaBH4。在我国稀有元素化学家复旦大学顾翼东(1930～1996)和盐湖化学奠基人柳大纲分别带领下，我国稀有元素和盐湖化学的研究成绩卓著。另外，目前我国在各种晶体生长方法、人造金刚石合成技术方面已接近国际水平。

在无机化学方面，由几位化学家的业绩是必须载入史册的。首先是南京大学戴安邦教授(1901～1999年)，他在配位化学、胶体化学、催化动力学、多酸多碱化学领域的研究硕果累累，发表论文400篇，1957年他主编了我国第一部高等学校无机化学通用教材---《无机化学教程》，几十年来培育出一批批的化学高级人才，在我国化学界享有崇高声誉。在结构理论方面，卢家锡(1915～)、唐敖庄(1915～)、唐有祺(1920～)、徐光宪(1920～)等著名教授都做出了突出贡献，饮誉海内外。在稳定同位素化学研究方面，张青莲教授(1908～)是世界上首次测出碳同位素丰度的科学家。

八十年代以来，在改革开放的形势下，我国无机化学学科得到迅速发展。正如国家自然科学基金委员会总结的那样：除了原来研究基础较好的几个分支学科领域如配位化学(南京大学),钨钼多酸化学(复旦大学)，稀土元素化学(北京大学、中国科学院长春应用化学研究所)和溶液热力学(南开大学)等做了更深入工作外，还开辟了一系列过去只初步涉足或尚无人问津的新领域，如固体无机化学、金属有机化学、原子簇化学、大环化学、生物无机化学、物理无机化学等。建立了开放性的重点实验室：南京大学“配位化学实验室”，北京大学“稀土材料化学及应用实验室”长春应用化学研究所“稀土化学和物理实验室”以及吉林大学“高压水热法合成实验室”，做出了一批国际水平的成果。但是从总体上看，与世界先进国家水平相比仍有一定差距。

当前无机化学的发展有两个明显的趋势：一是在广度上的

拓宽，二是深度上的推进。 为此我国无机化学学科发展战略研究组的专家们提出：我国无机化学基础研究所、中期战略目标应该是在若干已经有较好基础的研究方向上逐步深入发展，形成自己的特色，接近或达到世界先进水平；有重点的发展一些新的的国际前沿急促研究领域，在材料科学和生命科学这两个当代重要领域取得突出研究成果，以便逐渐提高我国无机化学整体水平，力争在国际上占有一席之地。


评论
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极端条件对化学反应的影响
以上根据热力学原理，讨论反应焓变、反应熵变和反应温度与热化学反应方向的关系。极端条件如超高压、超高温、超高真空、超低温、强电场、强激光、强磁场、超声场等离子技术以及摩擦的作用，对化学反应还会造成某些影响。下面略介绍几类反应。
1. 超高压化学反应
在极高压力下，不仅会压缩反应物分子、原子、离子之间的距离，甚至会影响到反应物电子层的结构，如使原子轨道出现重迭，以至会发生某些在一般条件下不会发生的反应，例如，石墨(s)─→金刚石(s)为焓增、熵减[(298.15K) = 2.9kJ·mol-1>?/font>0]在任何温度下均不能自发进行的反应，但在超高压、超高温作用下反应得以进行： 石墨(s)金刚石(s)
2. 光化学反应
反应物(分子、原子或离子)在光辐照下因吸收光子而诱发的反应。吸收了光子的反应粒子处于激发态，比基态有较强的反应能量，反应时易于越过最低势能垒，因而能发生有异于热化学反应的光化学反应。例如，水在光催化下能发生热化学反应所不能进行的水的光解反应： H2O(l) H2(g) + 1/2O2(g)； (298.15K) = 237.129kJ·mol-1 > 0
3. 等离子体化学反应
气体因电离产生大量带电粒子(离子、电子)和中性粒子(分子、原子)所组成的混合体系，因正、负电荷总量相等，称等离子体。处于称等离子体状态的物质具有特殊的反应活性。例如，1976年研究成功的用甲烷和氢气作原料人工合成金刚石薄膜的反应，就是在低压和较低的温度条件下采用等离子体合成技术实现的: CH4(g) + H2等离子态金刚石薄膜
等离子体技术在七十年代可以说是异军突起，作为当代一种高科技源，20多年来已在化学合成、新材料研制、表面处理等领域创造出一系列新工艺、新技术。
4. 摩擦化学反应
提起“钻木取火”，人们往往只想到“摩擦生热”。但是，自19世纪末科学家们陆续发现经过摩擦、研磨过的某些反应物系，其化学反应竟然与一般热化学反应有所不同。
（1）第一种情况：能进行某些无法实现的（ΔrHm > 0, ΔrSm < 0, ΔrGm > 0）热化学反应。例

如： 2Cu(s) + CO2(g)2CuO(s) + C(s)
Au(s) + 3/4CO2(g)1/2Au2O3(s) + 3/4C(s)
（2）第二种情况：反应产物与某些热化学反应有所不同。例如： HgCl2(s)
NaBrO3(s)
摩擦作用对化学过程的影响显然不能简单归纳为“生热”（或升高温度），即升高反应物分子热运动的平动能（或提供反应所需的活化能），而更重要的应该考虑反应物分子势能的升高可能使反应物系达到某种“摩擦等离子态”，以至于反应物系不仅能沿着热化学反应通道越过反应所需最低的势能垒（如第一种情况所示），甚至可能以比反应最低势能垒更高的能量状态开拓另一些反应通道并形成不同的反应产物（如第二种情况所示）。
摩擦化学反应目前在室温和低温固－固相合成中取得可喜的成果。
5、超声化学反应
“超声”是指振动频率高于16千赫(kHz)的声波。在超声作用下引起的化学反应称为超声化学反应。随着超声波声压的变化，溶剂受压缩和稀疏作用，使流体急剧运动而产生含大量振动能的微气泡─气穴，这些微气泡在长大以至突然爆裂时产生的冲击波在微小空间内相当于营造了高压（局部空间可产生高压1011Pa压力）和高温（气穴中心温度可高达104～106K）的反应条件。例如，超声波可使水分解为氢氧自由基(OH)和氢原子(H)，以至产生下列反应： 2H2O(l) H2O2(l) + H2(g)

除改变反应条件外，超声波还可能促进某些化学反应，提高产率，有些甚至会得到异于热化学反应的产物。目前超声技术主要应用在有机合成化学工业上。　

无助的小猫咪 2005-8-7 10:36



近代酸碱理论
随着化学科学的发展，人们对酸和碱的研究不断深入，提出了不同的观点。1887年阿仑尼乌斯根据电离理论提出：酸是在水溶液中电离出的阳离子仅仅是的物质；碱是在水溶液中电离出的阴离子仅仅是OH-的物质。由于水是最普遍的溶剂，所以百年来，这种观点至今仍为许多人采用。这种观念其缺点是立论仅局限于水溶液体系，不适用于水溶剂和无溶剂体系。
为了克服上述缺点，1905年富兰克林（Franklin）提出了溶剂理论：在特定溶剂中，凡能离解产生溶剂阳离子的物质为酸；凡能离解产生溶剂阴离子的物质为碱。该理论不仅概括了水溶液中的酸、碱要领, 而且把酸、碱概念引入非水溶剂中去。例如在液氨中： 2NH3 (l)NH4+ + NH2-
NH4Cl等铵盐表现为酸、NaNH2等氨基化物表现为碱。但酸碱溶剂理论只能描述溶剂中的酸、碱，不能概括气相和固相中的酸碱反应。
1923年布朗斯泰德（Bronsted）提出质子理论：凡能给出质子的物质称为酸，凡能接受质子的物质称为碱，并且质子酸与碱有共轭关系

，即质子酸质子碱 + H+, 酸碱反应的必是质子转移或传递的结果。如：
H+
┌────┐
│ ↓
HCl (g) + NH3 (g) → NH4Cl (s)


根据此观点，水溶液中解离、中和、水解反应等，都是质子传递（或转移）反应。显然该理论发展了阿氏理论，它所指的碱包括了所有显示碱性的物质，但对于酸仍限制在含氢的物质上，故酸碱反应也仅局限于包含质子转移的反应。
针对质子理论的不足，路易斯（Lewis）提出了酸碱电子理论（又称路易斯酸碱理论）：凡是能给出电子对的物质（分子、离子或原子团）为碱，凡能接受电子对的物质（分子、离子或原子团）为酸。酸碱反应不再是质子的转移而是电子的转移，是碱性物质提供电子对与酸性物质生成配位共价键的反应，如：


H
↑
HCl + H—:O:—H → [H—O—H]+ + Cl-

H
↑
HCl + H—N:—H → [H— N—H]+ + Cl-
│ │
H H

NH3
↓
Cu2+ + 4 :NH3 → [H3N→Cu←NH3]2+
↑
NH3

F F
│ │
F — B + F-─→ [F—B—F]-
│ │
F F
Lewis酸 Lewis碱





可见，Lewis酸碱是着眼于物质的结构。Lewis碱的概念与质子碱的概念类似，但Lewis酸的范围扩大了，作为Lewis酸的物质不仅是质子（含氢的物质），并且也包括了配合物的形成体--金属离子或原子，以及缺电子的中性分子。由于很多无机及有机化合物中都存在配位共价键，故其具有高度概括性。

为了区分各类酸碱性，确定酸碱强弱，皮尔逊（Pearson）于1963年提出了软硬酸碱理论，它是在Lewis酸碱理论的基础上，根据Lewis酸碱对外层电子松紧程度，即保持价电子能力的强弱将酸碱又划分为软硬酸碱，并总结出一个软硬酸碱（HSAB）规则：“软亲软，硬亲硬，软硬结合不稳定”。
总之，各种酸碱理论均有其优缺点，作为化学工作者，应该了解各理论中酸碱的概念及其适用范围，以便用其更好地说明问题。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:37



无机非水溶液中的无机化学反应
水是人们最常用的、价格最低廉的无机溶剂。

除此之外，NH3(l)、SO2(l)、H2SO4(l)等也是常见的无机溶剂。由于它们的物理、化学性质与水都有差异，决定了它们各自的适用范围及其作为一种溶剂的某些反应规律可能与水溶剂有所不同。
1. 酸碱反应
无机非水溶剂与水有类似的解离平衡: 2H2O(l) == H3O+ + OH-
2H2SO4(l) ==H3SO4+ + HSO4-
2SO2(l) == SO2+ + SO32-
2NH3(l) == NH4+ + NH2-
因此，在无机非水溶剂如液氨中也会发生类似于水溶液中的中和反应： H3+ + H- == 2H2(l)
NH4+ + NH2- == 2NH3(l)
根据酸碱质子理论，醋酸在水(极弱酸)中表现为弱酸，在液氨(比水更弱的酸)中表现为强酸，在无水 H2SO4(强酸)中则表现为碱。
HOAc、HNO3、HClO4在某些无机非水溶剂中的酸碱性
H2O(l)NH3(l) H2SO4(l) HF(l)
　HOAc 弱酸性 强酸性 碱性 碱性
　HNO3 强酸性 强酸性 弱酸性 酸性
　HClO4 强酸性 强酸性 弱酸性 酸性
2．沉淀反应
根据极性相似者相溶的规律，强极性离子性溶质是易溶于极性溶剂的。由于水分子的极性比分子极性弱，因而非极性或弱极性的物质在NH3(l)、SO2(l)中的溶解度和离子性强极性的物质在H2SO4(l)、HF(l)中的溶解度都比它在水中的溶解度大。例如: AgCl 的共价性成分比BaCl2大，极性比BaCl2小，所以：
2AgNO3 + BaCl2(s) == 2AgCl + Ba(NO3)3
3. 氧化还原反应
由于同一个氧化还原电对在不同溶剂中的标准电极电势(Eθ)值不同,因而同一反应在不同溶剂中进行的方向和程度要作具体考察、判断。某些电极反应在水中和液氨中的标准电极电势值如下表所示。
某些电极反应在水中和液氨中的标准电极电势值(298.15K)

电极反应 水中的Eθ/V 液氨中的Eθ/V
2H+ + 2e- == H20 0
Li+ + e-==Li -3.040 -2.34
Na+ + e- == Na -2.714 -1.89
Mg2+ + 2e- == Mg -2.356 -1.74
Zn2+ + 2e-==Zn -0.7626 -0.54
Pb2+ + 2e- == Pb -0.126 0.28
Cu2+ + e- == Cu+ 0.159 0.44
Cu2+ + 2e- == Cu 0.340 0.40
Cu+ + e- == Cu 0.52 0.36
Ag+ + e-==Ag 0.7991 0.76
Hg2+ + 2e- == Hg 0.8535 0.67
Cl2 + 2e- == 2Cl- 1.3583 1.91
F2 + 2e- == 2F- 2.87 3.50
从表中数据看出，大多数氧化还原反应在液氨中的标准电极电势值比在水中的有所升高，但也有些是降低的（如Cu+/Cu, Ag+/Ag)。
若绘出Cu的元素电势图： 水中的Eθ/V
液氨中的Eθ/V Cu2+ 0.159 Cu+ 0.52 Cu
Cu2+ 0.44 Cu+ 0.36 Cu

不难判断出铜元素在水中和在液氨中氧化还原反应的方向为： 2Cu+==Cu2+ + Cu

无助的小猫咪 2005-8-7 10:40



原子的观察和操纵
自从1803年道尔顿提出原子论开始，人类经过近两个世纪的努力探索，随着科学技术的发展，借助高科技手段，科学家们已经初步揭开原子、分子的面纱。

1982年国际商业机器公司苏黎世实

验室的葛·宾尼(G.binnig)海·罗雷尔(H.Rohrerohrer)研制成功世界第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜(简称STM)。对有这种具有原子极高分辨率的显微镜，中国科学院化学所白春礼形象比喻说：“可以假定说人站在月球上看地球，人的肉眼只能看到地球是一个球体；用可以放大2000倍的光学显微镜可以看到地球上的太湖；用可以放大几百万倍的电子显微镜可以看到地球上的楼房；用可放大亿倍的STM则可以看到建筑物水泥墙上的沙粒”。使用STM可以观察到单个原子、分子的形象，例如“图5-10”为硅表面原子排列图像排列图像。继STM之后，又有一批相似的显微镜问世。

1988年底中科院化学所研制成功国内受台有原子极分辨率的原子力显微镜(AFM),并利用自制的扫描隧道显微镜在石墨表面刻蚀出中国地图。

1994年中科院北京真空物理研究室利用STM针尖在硅表面上提走部分硅原子，从而获得一张硅原子整齐排列为背景的写有100字样的照片.表明我国已经掌握了原子级操纵和加工的高科技。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:41



分子组成、结构的测定和分子工程学
从自然界分离出或在实验室合成，要想知道其组成及结构，最快捷的方法是使用质谱仪(NMR)来进行测定，它可以测定出该分子的相对分子质量、确定其分子组成，揭示分子总各种原子的连接方式，推断出简单分子里原子的排列方式。此外，红外吸收光谱是鉴定功能团的常用方法；紫外吸收光谱特别用于鉴定含有不饱和键(π电子)的功能团。对于分子晶体物质，还可以用x-射线衍射来测定分子的结构。

“分子设计”是指根据某种特定需要，设计出具有该性能的分子结构。目前已积累了大量的的分子结构、晶体结构、能谱及各种物化数据并编制成数据库；量子化学、分子动力学、分子热力学等理论同光学计算机技术与图象显示技术相结合，为分子技术提供了进行高效理论计算和结构表达的条件，因而在化合物分子设计、药物设计、催化剂设计、材料设计、生物活性物质设计等方面发展较快。例如，天然蛋白质在人为条件下(如工业生产常用的高温高压条件)往往显示不出其在自然条件下的最佳功能，因而需要对蛋白质进行改性(如提高耐热、耐酸稳定性和活性，降低副作用等)设计。 据报道1993年北京大学结构化学研究室已着手研制蛋白质分子设计系统，内含蛋白质结构信息相关数据库和蛋白质分子设计程序包二部分。


“分子工程”泛指根据某种特定需要，在分子水平上实现结构的设计和施工(亦即从分子结构出发，研制乃至投产)。例如，吉林大学徐如人根据我国炼油工

业、石油化工与精细化工的实际需要，以及催化反应对催化材料微孔晶体结构的要求，设计出晶体孔道模型，在借孔道数据库的帮助来选择与制定晶体孔道理想结构模型及相应的理论图谱，并根据设计的合成方案在非水体系中合成出目前国际上具有极大环数孔道结构的磷酸铝(JDF-20)晶体，为进一步设计合成具有特大孔道结构的硅铝酸盐分子筛催化材料创造了条件

无助的小猫咪 2005-8-7 10:41



固相反应
传统的无机化学课程的重要使命之一是为分析化学课程中的定性分析和容量分析打基础，主要介绍无机物在水溶液中的性质和化学反应，这与“水”是最廉价、最易获得的溶剂也不无关系。但是，事实上除水溶液化学外，从古代陶瓷、瓦砖、玻璃的制作到现代的金属合金以及光、热、电磁性等材料却与固体化学密切相关。为此，有必要在此介绍一些固相反应的知识。

1. 固相反应的特点、分类及影响因素
固相反应是指那些有固态物质参加，而且至少有一种反应产物为固态物质的化学反应。
固相反应大致可归纳成几类：（1）一种固态物质的反应(如固体物质热分解、聚合)；（2）气－固相反应(如金属的锈蚀)；（3）液－固相反应；（4）固－固相反应；(如固体复分解反应、烧结反应)；（5）固态物质表面上的反应(如固相催化反应)。
固相反应不同于溶液反应，除了化学反应的一般规律外，还必须考虑固态反应物质的晶体结构类型、固体内部(又称体相)的缺陷、固体表面(又称表相)的结构、固体粒度以及反应温度等。
2. 固态物质热分解反应
固体表层的化学组成以及粒子(原子、离子、分子)的配位数和体相的是不同的。而且，从原子水平看，一般固体表面不可能像理想的二维点阵结构那样均匀、光滑，表层上粒子的活化状态也有所差别。再者，固体体相内大多存在点缺陷、位错、杂质等。正是在固体表相和体相中缺少对称性之处，容易成为分解反应的核心，先行形成固态产物的晶核。例如碳酸钙、高氯酸钾的热分解等即属于这类反应。
3. 固－固相反应
在任何聚集态的物质中，由于热运动的影响，即使是处于晶格结点上的分子、原子或粒子，或多或少都有可能瞬间偏离正常的平衡位置，这些粒子(甚至空穴)在浓差因素驱动下会产生扩散。例如两块经磨平抛光的铜锌片、在493K下紧密接触12小时后，发现在接触面上形成的0.3mm厚的扩散层。固态反应物粒子的接触和扩散，是固态产物晶核得以形成并不断生长的重要条件。
例如: 下列固─固相反应： MgO(s) + Al2O3(s)== MgAl2O4(s)
如图7-26所示。由于O2-半径

较大，扩散慢，可假定阳离子为扩散迁移主体。
在1773K下，首先在Al2O3和MgO晶粒界面上或邻近界面的反应物晶格中形成MgAl2O4晶核，然后反应物晶格中的Mg2+、Al3+相对扩散到MgAl2O4晶核附近使晶核不断生长，同时形成更多的晶核，随着产物层的加厚，固相反应进行完全。
非金属陶瓷功能材料的制作工艺，先是在室温下将固态氧化物充分粉碎、混合均匀，再在钢模中挤压成型，然后高温烧结反应。高温条件无疑有利于破坏固态反应物的晶格和促进反应物粒子的扩散，但是必须注意，对有些反应体系采用不同的反应温度，有时会得到不同的反应产物。
氧化物、硅酸盐等物质的原子、离子间主要以共价键或离子键结合，结构稳定，粒子扩散慢，因此它们的固相反应常要在高温条件下进行；而大多数有机化合物和配位化合物(下章介绍)在高温下不稳定，只能在室温或较低的温度(<100℃)下合成。过去室温或较低温度下的固相反应一直未引起重视，近来南京大学忻新泉教授等利用室温或较低温度固相反应法，已经合成出许多新的化合物。例如，20℃下将浅蓝色的CuCl2·2H2O(分析纯)和白色的对甲基苯胺(C7H9N)分别研磨、过筛(100目)后，按1/2的物质的量之比装入一带塞的小试管中，摇动试管数秒钟后固体反应物即转变为褐色的CuCl2(C7H9N)2： CuCl2·2H2O(s) + 2C7H9N(s)──→ CuCl2(C7H9N)2(s) + 2H2O
尽管许多室温或较低温度下的固相反应与溶液中发生的反应类似，但也有很多例外，例如：
(1)K3[Fe(CN)6] + KI== 不反应
2K3[Fe(CN)6](s) + 2KI(s)==2K4[Fe(CN)6](s) + I2(s)
(2) NiCl2(s) + [(CH3)4N]Cl(s)==[(CH3)4N]NiCl3(s)
NiCl2(s) + 2[(CH3)4N]Cl(s)==[(CH3)4N]2NiCl4(s)

固相反应不使用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单等优点，已成为人们制备新型固体材料的重要方法。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:43



配位场理论简介
配位场理论理论是晶体场理论的发展，它考虑到中心离子和配位体之间的共价成分，在处理方法上吸收了分子轨道理论的成果，在处理中心离子(或原子)在其周围配位体场作用下轨道能级发生变化时，以分子轨道理论为主，采用类似的原子轨道线性组合等数学处理方法，根据配位体场的对称性进行简化。并且吸收了晶体场理论的成果。
例如，配体CO和CN-等与形成体(M)形成配合物时，是CO和CN-的π* 分子轨道和M的t2g轨道形成π键，扩大了Δo，因此，它们是强场配体，如图8-8；而Cl-、F-等的p轨道和M的d轨道形成π键，缩小了Δo是弱场配体




并且，配位场理论中，Δo可视为配位体的贡献(f)和中心离子的贡献(g)的乘积，

即Δo=f×g 。因而，配位场理论对配合物的键能、稳定性、磁性和光谱等一系列物理化学性质做出了更精确的估算，成为当前配位化合物的主要结构理论之一。

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无助的小猫咪 2005-8-7 10:44



能源与化学
能提供能量的自然资源物质称为能源。能源按其开发生产过程分类如下：

┌再生能源──如水能、化学能
┌常规能源┤
│ └非再生能源──如煤炭、石油、天然气、核裂变燃料
┌ 一次能源┤
│ │ ┌再生能源──如太阳能、风能、海洋能、生物质能
能源┤ └新能源┤
│ └非再生能源──如核聚变燃料、油页岩、油砂
└ 二次能源──如煤制品、石油制品、电能、氢能、沼气、蒸汽　

一次能源是指从自然界直接取得、直接应用的能源。二次能源通常是指一次能源经加工或转换而得到的不同形态的能源。我国能源总储量丰富，但人均占有量却低于世界平均水平，且质量较差，分布不均。目前能源结构主要是煤，还有石油、天然气、核能等。到21世纪中叶，我国对能源的需求量将达40～50亿吨标准煤(为现在的4～5倍)，合理地利用能源资源和开发洁净而又充足的新能源是一个战略性问题。在此仅介绍几项带有方向性和前沿的研究。
　
1．氢能
在新能源的探索中，氢被认为是最理想的二次能源。
(1) 氢能的优点
(A) 资源丰富 石油的全球储量按现在消费水平大约只够开采30多年，煤也是有限的，而地球表面拥有丰富的海水资源(水中含氢达11.1％)，如能实现太阳能光分解水制氢，则经济上很有意义；
(B) 热值高 燃烧lkg氢可发热1.25×106kJ，相当于3kg汽油或4.5kg焦炭的发热量；
(C) 干净、无毒、无污染；
(D) 输送方便 与煤气、天然气一样，H2采用管道输送。德国每年用5千万马克进行氢的管道输送可行性研究，计划在北非沙漠地区建造制氢的“光电场”，然后用管道把生产的氢气输送回德国。美国肯尼迪角的液体氢储罐，容积达3390m3，美国发射“阿波罗”飞船，就是使用该处液氢，供给火箭和燃料电池使用；
(E) 应用范围广，适用性强 可作燃料电池发电，效率高达80％，是火力发电效率的两倍多；也可用于氢能汽车、氢能飞机。
氢气作为能源的一个难题是氢气的储存，储氢材料的出现可望解决氢气的储存问题，使氢能进入实用阶段。2000年2月25日由北京有色金属研究总院研制的我国第一辆高能密封镍氢电池(储氢材

料为LaNi5)动力轿车，首次实现北京一天津两地往返运行，平均时速70km，行程225km。太阳能—氢能综合能源系统有着十分美好的前景，科学家预言，21世纪将是氢能源时代。

(2) 利用太阳能光分解水制氢的探索 太阳能是太阳辐射能，每年地球上接受到的太阳辐射能，相当于地球上所贮藏的矿物燃料的12.5倍，是一个巨大的自然能源。光分解水制氢的研究已有时日，它是利用太阳能，在光催化剂作用下使水分解制取氢：
H2O(l)H2(g) + 1/2O2(g)
目前已选出如钙与联吡啶形咸的配合物、二氧化钛和某些含钙的化合物等较适用的催化剂。
但是，光分解水制氢技术目前仍处在试验阶段，实现工业化生产仍有很大的距离，一旦取得突破，将为人类最终解决能源问题打开了大门。
据报导，我国正在加快能源储备建设，制定符合本世纪国民经济发展的能源战略，以期基本满足经济和社会发展对能源的需要。我国能源的发展将继续实行开发与节约并重的方针，在能源开发上将以电力为中心，以煤炭为基础，大力开发石油和天然气，积极发展核电以及其他新能源和可再生能源。与此同时，我国能源工业将解决一系列重大战略问题。下世纪初我国将形成煤炭以山西、陕西、内蒙古西部、黑龙江、贵州为重点，水电以黄河上游、长江中下游为重点，石油以大庆、胜利等油田为重点的能源供应基地。在发展常规能源的同时，我国将因地制宜地发展地热能、风能、太阳能、潮汐能，以改善我国不尽合理的能源消费结构，保持能源、国民经济和环境的协调发展。
(3) 等离子技术分解水制氢的探索
此项研究是以高频放电方法使H2O分子失去外层电子，处于电离状态的水分子离子被电场加速而相互作用，最终被分解为H2和O2。此项研究若取得成功，将为工业制氢开辟了新的重要途径。
2．生物质能
生物质能蕴藏在动物、植物、微生物体内，是由太阳能转变而来的。通过光合作用使绿色植物生长，并将太阳能储存在其中。目前利用现代技术，可将生物质能转化为化学能。人工制取沼气就是其中一例，将有机物质(如人畜粪便、动植物遗体等)在沼气池中，在厌氧条件下，经过发酵，产生主要成分是甲烷的气体。沼气不仅可用作生活(煮饭、照明)燃料，也可作为煤气机燃料。沼气有毒，使用时要注意安全。
3．海水盐差发电的设想
海水含盐量高，若与淡水接触会以较大的渗透压力向淡水扩散，这种渗透压力差所产生的能量称为海水盐差能。若在江河入海处用一层多

孔质隔膜置于海水和淡水之间，两边插上电极，由于渗透压而产生电动势。这种设想将成为21世纪能源开发的研究课题之一。
4．利用可控热核反应提供能源的研究

无助的小猫咪 2005-8-7 10:46



制碱和盐湖资源的开发
氢氧化钠又称为烧碱、火碱、苛性碱，是国民经济中的重要化工原料之一，广泛应用于造纸、制革、制皂、纺织、玻璃、搪瓷、无机和有机合成等工业中，另外还常用NaOH　除去气体中的酸性物质如CO2、SO2、NO2、H2S等。存放NaOH时，必须注意密封，以免吸收空气中的酸性气体如CO2和水分。NaOH易于熔化，具有熔解某些金属氧化物与非金属氧化物的能力，在工业生产和分析工作中，常用于熔解矿物原料的试样。玻璃、陶瓷因含有SiO2，易被NaOH腐蚀，制备浓碱或熔融烧碱时一般采用铸铁、镍、银容器。盛放NaOH溶液的瓶子要用橡皮塞而不能用玻璃塞子，否则长期存放，NaOH便和玻璃中的主要成分SiO2作用而生成粘性的Na2[SiO2(OH)2](还能同CO2作用生成容易结块的碳酸钠)，把玻璃塞和瓶口粘在一起。

工业上制备氢氧化钠有隔膜电解法、水银电解法、苛化法和离子膜法。隔膜电解法和水银电解法均用石墨作阳极(现逐步改用涂RuCl3的钛网板)，而阴极前者用铁，后者用水银，其电极反应为：

阳极 2Cl- - 2e- ─→ Cl2↑
阴极 2H2O + 2e- ─→ H2↑　+　2OH-

总反应式为 2NaCl + 2H2O2NaOH + H2↑ + C12↑
阴 极 阳 极
所得碱液浓度较低，经蒸发、浓缩、冷却，即可得固体烧碱。水银法制得的烧碱纯度(可达99．5％)较隔膜法(96％)高，碱液浓度(45％)也较隔膜法(11％)高，其浓缩费用也较后者少，但由于水银的污染及汞资源的紧缺，目前烧碱生产仍以隔膜法为主。
苛化法是应用碳酸钠或碳酸氢钠与石灰乳作用来制取烧碱，其反应为：

Na2CO3(aq) + Ca(OH)2(aq) ─→ CaCO3(s) + 2NaOH(aq)
NaHCO3(aq) + Ca(OH)2(aq) ─→ CaCO3(s) + NaOH(aq) + H2O

该法的优点是无C12产生，但生产成本高，只适宜小规模生产。

目前世界上工业先进国家的烧碱生产已以离子隔膜法为主，我国也已逐渐改用此法。离子膜是由有机高分子化合物制成的薄膜，可使溶液中的离子选择性通过。离子膜分为阳膜和阴膜。阳膜的分子结构中带有阴离子基团，如磺酸根(R-SO3-)，只允许阳离子如Na+、K+等通过；反之，阴膜的分子中带有阳离子基团，如季胺型(R4N+)，只允许阴离子如OH-、Cl- 等通过，
图 http://202.113.13.85/webclass/wj ... p10/image/t10-5.htm
我国盐湖资源丰富，类型齐全(有氯化物、碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和硝酸盐五大类型)。盐矿种类近70种。尤其是青藏高原，如柴达木盆地24个盐湖盐

类储量就达6×1010t。这些盐湖位于3000米以上高寒地带，蒸发量大，降水量小，有利于盐卤蒸发成盐，如查尔干盐湖白天可以日晒含光卤石和水氯镁石的盐卤水，而冬天夜里(最低气温可达-30℃)又创造了理想的天然冷冻析晶条件，它已成为我国无机盐研究和生产的战略基地之一。青海盐湖研究所名誉所长柳大纲是中国盐湖化学的开拓者与奠基人，在他组织、领导下，在查尔干发现了我国最大的钾盐矿床；在柴达湖发现了我国最大的硼镁矿资源。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:48



化学震荡反应
一般的化学反应，反应物和产物的浓度单调地发生变化，最终达到不随时间变化的平衡状态。然而在某些反应体系中，有些组分的浓度会忽高忽低，呈现周期性变化，这种现象称为化学震荡。例如H2O2-HIO3-Mn2+—CH2(COOH)2(丙二酸)反应体系即为一例。先配制[A]、[B]、[C]三种溶液：

[A]──400ml 30％H2O2溶液加水稀释至1L
[B]──(42.8gKIO3 + 40ml 2mol·L-1H2SO4)加水稀释至1L
[C]──(15.6g丙二酸 + 3.38gMnSO4·H2O + O.3g淀粉)加水稀释至1L

把[A]、[B]、[C]在搅拌下等体积混合，溶液颜色呈现“无色→蓝黑色→无色→蓝黑色→……”的周期性变化，亦即反应体系在两种情况之间震荡。如果能不断加入反应物和不断排出产物(即保持体系远离平衡态)，其震荡将持续下去，反之震荡周期将逐渐变长，直至溶液维持蓝黑色。

此化学震荡的主要反应为：

5H2O2 + 2HIO3 I2 + 5O2↑+ 6H2O



(试分析H2O2与HIO3反应，H2O2为什么不作氧化剂? )

I2的形成积集到一定浓度会使淀粉变蓝，而过量的H2O2又会氧化I2：


5H2O2 + I2 ─→ 2HIO3 + 4H2O

使淀粉溶液褪色。HIO3的形成积集到一定浓度又引发与H2O2新一轮反应的发生。所以净反应为：

2H2O2 ─→ O2↑+ 2H2O

其间丙二酸的作用是可与I2反应产生少量I-：

I2 + CH2(COOH)2 ─→ ICH(COOH)2 + H+ + I-

I2 + ICH(COOH)2 ─→ I2C(COOH)2 + H+ + I-

I-对H2O2与HIO3的反应有阻化作用，过量的I-则被IO3-氧化：

5I- + IO3- + 6H+ ─→ 3I2 + 3H2O

另外，一些振荡反应还在反应容器中不同部位出现溶液浓度不均匀的空间有序结构，展现出同心圆形或旋转螺旋状的卷曲花纹波。无序怎么会自发走向有序? 1969年比利时化学家Prigogine经过近20年的研究，提出了耗散结构理论，全面、深入地揭示了化学震荡现象的本质。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:49



材料与化学
　能源、材料、信息是现代科学技术的三大支柱，而材料是发展高科技最根本的物质基础，化学则是材料发展的基础，可向科学技术各领域提供各种所需的材料，所以没有化学的进步，就没有材料的

发展。
随着现代科学技术的迅速发展，对新型材料的需求更加迫切，要求具有质轻、高强、耐热、耐磨、抗氧化、抗腐蚀、少污染、节能、长寿命以及对光、电、磁、热等特异功能的材料。
材料的品种很多，分类的方法也很多。按材料的化学成分和特性可将材料大致分为金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料和生物医学五大类，如表12-14所示。
根据材料的用途可将材料分为结构材料和功能材料两大类。新型结构材料包括高温结构材料（如超耐热合金、高温结构陶瓷）、轻型结构材料（如铝锂合金、纤维材料）、超低温材料、超硬材料（如硬质合金、超硬陶瓷）、超塑性合金、非晶态金属材料、开发的新材料（如纳米材料、快速凝固材料、单晶合金、高强耐热低合金）、工程塑料（ABS塑料、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚酯、含氟塑料）、复合材料等。
应用于高、新技术中，具有特定的光、电、声、磁、热、力、化学、生物学功能及其相互转化功能的材料，称为功能材料。功能材料的出现说明人类社会物质文明发展到一个新的阶段。功能材料种类繁多，包括热电、压电、光电、磁光、电光及声光等材料。主要有形状记忆合金、形状记忆树脂、减振材料、储氢材料、液晶材料、超导材料、光导纤维、分离膜、医用聚合材料及磁功能、声功能、光功能材料等。下面仅简单介绍其中几种：
1. 新型导电材料
⑴ 半导体材料
元素周期表中，在金属与非金属分界区内的B、C、Si、Ge、Sn（灰锡）、P、As（灰砷）、Sb（黑锑）、S、Se、Te、I等12种元素的单质具有半导体性能，其中尤以Si应用最普遍。另外，某些ⅢA族与ⅤA族的化合物（如GaAs、InSb等）、ⅡB族与ⅥA族的化合物（如ZnS、CdS等）以及ⅠB族与ⅦA族的化合物（如AgI、CuBr等）也都具有半导体性质，就综合性能而言，GaAs是很理想的半导体材料。
⑵ 超导材料
超导材料不仅限于合金和金属化合物，在一些有机化合物中也发现有超导现象。例如，据报道俄国人L.N.Grigoror发现经过氧化的聚丙烯体系能在300K呈现超导性。人们还发现MxC60（M为K，Rb，Cs）是超导体（如K3C60、RbCsC60），Tc低于液氮温度，但它们是球状结构，是有机三维超导体（前面叙述的无机超导体为二维超导体），是一类很有发展前途的超导体材料。
⑶ 有机导体
大多数有机化合物是绝缘体。日本人白川英树在1974年合成出具有金属光泽的高顺式聚乙烯薄膜，经掺杂AsF5（或I2）后发现具有导电性。随后人们又陆续发现如聚苯胺等一批导电高分子。1987年日本的Bridgestone和Seiko公司率

先开发了聚苯胺二次电池。
2. 非线性光学材料
具有非线性光学效应的材料，广泛用于倍频器件、彩色打印、激光唱片、激光打印、红外成像等高科技领域。例如偏硼酸钡（BBO）即为优质的紫外倍频晶体材料，广泛应用于激光技术中。


3. 纳米材料
纳米陶瓷发动机的工作温度比原来的合金材料发动机可提高200～300℃，热效率提高20%左右，纳米粉末在制造催化剂、橡胶添加剂、导电涂料、阻燃剂、特种陶瓷、磁记录、燃料电池等方面均有应用。
4. 复合材料
把基体材料和增强材料复合在一起，形成的一种多相固体材料，称为复合材料。金属、陶瓷、塑料、树脂等可作为基体，复合材料的性能要比其组分材料的性能好。复合材料的种类很多，目前应用较广的是纤维增强复合材料，主要有玻璃钢、碳纤维增强塑料、纤维增强金属基复合材料和纤维增强陶瓷基复合材料。
玻璃钢是以聚酯类树脂为基体，玻璃纤维为增强体的复合材料，具有强度高、质量轻、抗冲击、耐腐蚀、绝缘性好等优良性能，广泛应用于汽车、船舶、飞机、建筑和家具等方面。但玻璃钢的刚性不如钢铁、耐高温性能较差。
碳纤维增强塑料中，碳纤维为增强体，它具有轻质且硬、耐高温、强度高等优异性能，耐热性好的酚醛树脂为基体，该复合材料可用作宇宙飞行器外壳、火箭喷管的耐烧蚀材料。
纤维增强金属基复合材料主要以铝、镁、钛及某些合金为基体，以硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维为增强体。碳化硅纤维增强铝具有质轻、强度高耐热、高温抗氧化等性能，常用于汽车、飞机等制造业。
纤维增强陶瓷基复合材料比陶瓷的韧性强，可用于航天飞机上。
5. 生物医用材料
模拟和合成与人体生物相容性强的医用材料逐渐为人们所关注。例如，相对分子质量高的聚乳酸可用作类骨骼材料；聚氨酯材料用作人造皮肤；含氟人造血浆用于输血。人造血管、人造肾、人造心脏等都在研究系列，成为新功能材料研究的前言领域。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:50



信息与化学
材料是物质基础、能源是发展动力、信息是人类的智慧，因此，材料、能源、信息是构成现代科学的三大支柱。
21世纪是信息时代。所谓信息，通俗而言是指消息、情报、指令、数据、信号中所包含的内容，它具有可识别性(直接或间接)、可转换性(如可由语言、文字、图像等形式转化为代码、信息、电视信号等)、可储存性(可存入人脑、电脑和书刊中)、可传输性(可通过一定渠道和载体进行传输、扩散)、和可分享性等。
在信息科学技术

中，目前主要包括计算机技术、通信技术及传感技术，而这些技术所需要的各种功能材料，从设计和合成都与化学有关。例如，电子—信息技术，就经历过由电子管到半导体、到集成电路、再到大规模集成电路的发展过程。在每个发展阶段中，都是由化学家创造了必需的材料，诸如早期的单晶硅、半导体材料、电致发光材料、光导材料、光电磁记录材料、光导纤维材料等。
1. 微电子通讯材料
目前，半导体已从Ge、Si等元素半导体发展到GaAs等上千种半导体材料。以电子计算机技术为基础的信息产业已经能把世界信息存入电脑，几十万个晶体管或其它部件都可以光刻存2～3mm见方的硅片上。这需要光刻胶材料和技术，涉及光化学、有机化学、高分子化学及工程学。近年来正在研究和开发的DNA生物芯片其包容密度比目前的硅芯片高100万倍，其运行速度更快，这必然又会引起计算和信息产业的巨大变革。
2. 光学通讯材料
光导纤维是以光信号传递信息的玻璃纤维。由于光通讯多道(一根光缆可容纳上千个通道)、高清晰度和快捷(光速比电子流动速度快)，因而改变了电讯事业的面貌。而且一根光缆多用途，可以完成电话、电视传送和计算机联网的任务。目前光纤主要用高透明度的SiO2材料。近年来正在研制用三元素玻璃(即ZrF4、LaF3和BaF2的混合体)所制的光纤，其光信号传输可横跨太平洋而不许任何中继站，如何提高光纤的纯度是难点所在。
处理光信号的过程，需要一种光学装置用于开关、放大及储存光信号，目前这种光开关材料是铌酸锂、砷化镓铝等。今年研究表明，一些新材料如聚乙炔、液晶等显示出更优越的光学性能。
3. 传感器
传感器是能将各种非电量(含物理量、化学量、生物量等)转换成便于传输和处理的另一种物理量如电量的装置。它需要一些对某种变化反映敏感的物质或材料。例如显示热电效应的Pb、Pt-Rh、Cr-Ni等测监材料；光电效应的Si、GaAs、CdS等光学材料；压电效应的ZnO、CdS、BaTiO3等测压力材料。
化学传感器是指能把各种物质的浓度转换为电信号的装置。例如离子选择电极中的玻璃电极就是大家已熟悉的例子，它是对溶液的pH值敏感的元件。
21世纪电子信息技术将向速度更快、体积更小、功能更强的方向发展。目前科学家们正致力于量子计算机、生物计算机、分子电路、生物芯片等新技术的研究与开发，标志着信息科学进入“分子信息技术”阶段。这需要特殊功能的新物质和新材料，21世纪电子—信息技术的快速发展作出新贡献。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:51



核能的和平利用

核能是巨大的，裂变产生的能量相当于燃烧同量煤的250万倍。核聚变产生的能量更是同量燃料核裂变能量的四倍，由于其它能源如煤、石油、天然气等日益减少因此和平利用核能成为当前一些国家解决能源危机所采用的有效办法。

目前利用核能的普遍形式是利用铀裂变发出的核能发电。前苏联于1954年建成世界第一座发电站，我国自行设计、建造的第一座核电站—浙江秦山核电站装机容量为30万千瓦，已于1991年并网发电；广东大亚湾地区引进两套90万千瓦的核电站也已分别于1993、1994年投入运行，但在能源结构中比例甚小。至今世界上已有30 多个国家400多座核电站在运行中，其中法国1985年核电已占总发电量的64.8%。但是，核裂变所需的铀矿储量有限，而且核裂变废料有放射性，处理困难。因此，科学家们把注意力转向研究利用核聚变能。

核聚变原料丰富，海洋里含有23.4万亿吨氘，足够人类使用几十亿年；核聚变发电后废料的核辐射是核裂变的百分之一至万分之一，核废料较易处理，因此核聚变能是一种取之不尽的较洁净的能源。但是，利用核聚变能技术远比核裂变能要困难的多，现在看来等离子体是最有希望实现核聚变的介质，它有可能被加热到聚变反应所需的点火温度(上亿度)。目前世界各地建造的实验性核聚变反应堆正是使用氘(D)和氚(T)两种氢同位素构成的等离子体燃料，在极高温度下发生核聚变反应。受控制聚变技术尚处研究阶段，1995年核聚变反应已有发电1000万瓦(持续数秒)的实验记录，科学家们预计到21世纪中叶可望实现。另外，有的国家还开展冷核聚变的研究。

无助的小猫咪 2005-8-7 10:51



回顾与展望
在19世纪末，20世纪初，X射线、放射性 、电子的发现叩开了原子的大门，使化学的基础理论以及研究手段发生了根本变化，化学学科发展到近代化学的新阶段。百年来，化学不仅在基础研究中取得突破性成果，建立了新的化学理论体系，而且为人类创造物质文明做出巨大贡献。
20世纪初，化学研究深入到原子、分子、晶体的内部结构。例如，鲍林应用X-射线研究晶体结构，探索分子内部的结构信息把量子力学应用于分子结构，在经典化学中引入了杂化、共振、σ键、π键、电负性等新概念，创建了价键理论。美国人密立根(R.S.Mulliken)应用量子力学创立了分子轨道理论，阐明了分子的共价本质的电子结构。1952年日本人福井谦一提出了前线轨道理论，解释了一系列化学反应问题。1965年美国人伍德沃德(R.B.Woodward)和霍夫曼(R.Hoffmsnn)把量子力学由静态推进到动态提出了分子轨道对称守恒原理，从动态角度判断

化学反应的方向、难易程度及反应物的几何构型。最近美国人科恩(W.Kohn)发展了电子密度泛函数理论，把过去单个电子的波函数换成电子密度的概念来进行计算，从而开辟了计算分子性质的新途径。英国人波普尔(J.A.Pople)发展了一系列量子化学计算方法，可计算分子体系的能量，分子的光、电、磁及平衡性质，过渡态和反应途径。
电子显微镜、CT、及核磁共振(NMR)、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)以及计算机等技术的应用反应了20世纪结构化学研究、测试表征的水平。结构化学研究已从分子结构发展到研究物质的内部、表面及动态结构。化学研究进入试验和理论计算并重，可以进行分子设计并实施分子工程的阶段。
化学热力学在19世纪中叶已发展起来。在20世纪中，L.Onsager研究了不可逆过程热力学理论，I.Prigogine创立非平衡的不可逆过程热力学、提出耗散结构理论。前苏联人R.Semenov的化学链式反应理论；美国人D.R.Herschbach和美籍华人李远哲的微观反应动力学的研究；美国人A.H.Zewail的用飞秒激光技术对超快化学反应过程和过渡态的研究等，是20世纪化学动力学研究的重要成果。

1911年波兰人居里夫人（M.Curie, 1867-1934年）发现了放射性元素钋和镭；1935年居里夫人的女儿和女婿──约里奥·居里夫妇(I.Joliot-Curie和F.Joliot-Curie)首先合成了新的人工放射性元素；1951年美国人E.M.Memillan和G.Seaborg发现了超铀源。从1909年德国人F.Haber建立每小时生产80克氨的实验装置，到1922年日本千叶建成产45万吨案的世界最大单系列装置，反映了20世纪合成氨技术及规模的巨大变化。百年来合成出数百万种有机化合物，几乎又创造了一个新的自然界。合成纤维、塑料、合成橡胶使人类的衣、住、行及日常生活开辟了全新的世界。
展望21世纪，化学仍将是自然科学和提高人类生存质量的核心科学。科学家们将会更深入研究化学反应理论，寻找最佳的反应路线；继续研究由原子组合分子乃至多少分子体系的方法和技巧，创造新的聚集态构筑技术(如纳米技术、超分子凝聚态构筑、晶体工程以及极端条件下的合成技术)；以功能要求为导向，寻找或设计最佳的化合物、材料或体系；充分注意化学于其他学科尤其是生命科学、信息科学的相互渗透交叉。例如，无机化学学科在现代无机合成、特殊功能配合物、室温超导、特殊功能晶体材料、稀土材料、生物无机化学、无机药物、超重元素“稳定岛”方面将会成为研究热点。
20世纪下半叶世界性人口膨胀、环境恶化、资源匮乏、能源短缺等科技社会后遗症，给21世纪人类生存及生存质量带来了负面效

应，未来化学仍将是解决这些难题的核心科学之一。在21世纪里，研究开发绿色农药，高效饲料、肥料，解决食物短缺；治理“三废”，发展绿色化学，改善生态环境；合理开发、利用资源，保持可持续性发展；研究开发化学新能源以及用化学方法利用太阳能等方面发挥重要作用。