有关化学的论文800字
有关化学的论文800字
化学反应惠泽人类
2005年10月5日,今年的诺贝尔化学奖尘埃落定。法国化学家伊夫·肖万、美国化学家罗伯特·格拉布和理查德·施罗克三人分享了这一殊荣。
谈及此次获奖成果,中国科学院金属有机化学国家重点实验室主任麻生明研究员说:“化学界对这一研究的重要意义非常认可。我们的一些研究人员总是希望'大而全’,但是看看这次的获奖成果,再看看上次(2001年)有机化学家的获奖成果,就知道化学家一生有这样一个'反应’就很了不起了。”
该实验室的丁奎岭研究员告诉记者:“2002年,我和戴立信院士合写《中科院发展报告》中有关烯烃复分解反应的章节时,就曾提到格拉布催化剂的反应活性以及对反应底物的适用性,可与传统的碳-碳键形成方法如Diels-Alder反应和Wittig反应相媲美,而这两项研究都已经获得诺贝尔奖,我们也曾暗示格拉布等人的研究有问鼎诺贝尔奖的实力,现在他们果然获奖了。”
指挥烯烃分子“交换舞伴”
诺贝尔化学奖评委会主席佩尔·阿尔伯格将烯烃复分解反应描述为“交换舞伴的舞蹈”。授奖当天,在瑞典皇家科学院华丽的议事厅里,阿尔伯格和一位皇家科学院教授以及两位女工作人员一起,用舞蹈向听众诠释烯烃复分解反应的含义。最初两位男士是一对舞伴,两位女士是一对舞伴,在“加催化剂”的喊声中,他们交叉换位,转换为两对男女舞伴。
“用互换舞伴来解释这一获奖的化学反应很形象。”麻生明告诉记者。今年诺贝尔化学奖的三位得主,获奖原因就是他们弄清了如何指挥烯烃分子“交换舞伴”,将分子部件重新组合成别的物质。
一个碳原子可以通过单键、双键或三键方式与其他原子连接,有着碳-碳双键的链状有机分子被称为烯烃。丁奎岭说,研究碳-碳键的断裂与形成规律是有机化学中需要解决的核心问题之一。为了切断碳-碳键并使其按照人们希望的方式重新结合,需要寻找合适的催化剂,这也是化学家面临的挑战课题。关于金属催化的烯烃分子的切断与重组,即烯烃复分解反应的研究,可以追溯到上世纪50年代中期。但是刚开始时,科学家们所研制的催化剂均为多组分催化剂,“这么做是因为当时的科学家实际上没有认清反应的机理,不知道到底是哪种活性物质发挥了作用,只好使用多种混合物来进行催化。”这些催化体系还受到苛刻的反应条件等因素的限制,更加促使科学家们进一步认识和理解反应进行的机制。
20世纪70年代,法国石油研究所的伊夫·肖万实现了理论上的突破。他阐明了烯烃与金属卡宾通过〔2+2〕环加成形成金属杂环丁烷中间体的相互转化过程,这一机制后来被广泛认同。金属卡宾是指一类有机分子,其中有一个碳原子与一个金属原子以双键连接,如果用舞蹈的方式来简单解释,它们可被看作一对拉着双手的舞伴。而在烯烃分子里,两个碳原子也像双人舞的舞伴一样,拉着双手在跳舞。金属卡宾在与烯烃分子相遇后,两对舞伴会暂时组合起来,手拉手跳起四人舞蹈。随后它们“交换舞伴”,组合成两个新分子,其中一个是新的烯烃分子,另一个是金属原子和它的新舞伴。后者会继续寻找下一个烯烃分子,再次“交换舞伴”。
寻找更优秀的催化剂
有了漂亮的理论,下一步的重点就是确定哪种金属卡宾适合充当促成舞伴交换的“中间人”,理查德·施罗克和罗伯特·格拉布正是寻找优秀催化剂的“伯乐”。
1990年,在美国麻省理工学院工作的施罗克和合作者报告说,金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。实践也证明,钼卡宾用于催化烯烃的复分解反应,取得了比以往的催化体系更容易引发的、更高的反应活性,反应条件也更温和,同时为发现性能更优秀的催化剂奠定了基础。
1992年,美国加州理工学院的格拉布发现了钌卡宾络合物,并成功应用于降冰片烯的开环聚合反应,该催化剂克服了其他催化剂对功能基团容许范围小的缺点,不但对空气稳定,甚至在水、醇或酸的存在下,仍然可以保持催化活性。在此基础上,1996年格拉布对原催化剂作了改进,使其成为应用最为广泛的烯烃复分解催化剂。1999年,格拉布通过用氮卡宾配体代替膦配体,发展了第二代格拉布催化剂,其催化活性比第一代催化剂提高了两个数量级。丁奎岭说:“这点很重要,因为钌是贵金属。”在开环复分解聚合反应中,催化剂用量可以降低至百万分之一;在关环复分解反应中,催化剂用量也仅为万分之五,同时选择性更高,对底物的适应范围更加广泛,催化剂的成本也更低。
麻生明说:“如果没有肖万的理论,就没有施罗克和格拉布的成果;但是如果没有后者的工作,肖万也得不到这个诺贝尔奖。这恰好体现了理论和实践相辅相成的道理。”
奖励来得理所应当
对于此次诺贝尔化学奖的归属,很多人表示是理所当然、水到渠成的事情,这不仅是因为这一科研成果本身非常重要,更重要的是它在生产生活领域有着极其广泛的实际应用,每天都惠及人类。
诺贝尔奖的文告指出:烯烃的复分解反应是基础科学对人类、社会和环境做出重要贡献的例子。该方法现在被广泛应用于化工业,主要用于研发药品和先进塑料材料。通过肖万、格拉布和施罗克等人的工作,复分解法变得更加有效,反应步骤比以前简化,所需要的资源也大大减少;使用起来也更简单,只需要在正常温度和压力下就可以完成;对环境的污染也大大降低,使人们向着“绿色化学”又迈进了一大步,大大减少了有害废物对人们的危害。
丁奎岭说,由于格拉布催化剂的诞生,使得过去许多令化学家束手无策的复杂分子的合成变得轻而易举,如亲水性高分子、高分子液晶、抗癌药物、昆虫信息素等的合成,用乙烯和丁烯来制备丙烯等。麻生明还告诉记者:“上次格拉布教授来我们所访问,介绍了他做出的一种高分子材料,用子弹打也无法穿透,很适合做防弹材料。” 不过,麻生明认为,金属卡宾络合物催化的烯烃复分解反应还不是完全的绿色反应。就像做衣服时,如果能把所有的布料,包括边角余料都用上,才算百分百的经济;从原子的经济性来讲,很多烯烃复分解反应还没有达到百分百绿色的程度。丁奎岭认为只能说这种反应比较“符合绿色原则”,废物很少。他还指出,烯烃复分解反应的研究还面临不少挑战,工业的大规模应用还很少,主要还是用在精细化工领域。
记者问及我国在该领域的研究水平,两位专家都回答,我国这方面的研究还很薄弱。丁奎岭说,《科学观察》指出,从论文引用次数来看,这一领域在国际上是炙手可热的科学前沿。但中科院文献情报中心的统计表明,我国在该领域几乎没有大的课题和项目。“虽然也有科学家在使用这些催化剂进行天然气产物和复杂分子的合成研究,但是据我所知,国内可能还没有研究人员在致力于改进这种催化剂。”
化学与生活/环境论文,不少于800字,要原创的
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。
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化学是一门基础的自然科学,对人类有着重大意义,跟我们的日常生活也有着密切关系。随着生产力的发展,科学技术的进步,化学与人们生活的关系越来越密切,化学在人类的生产和生活中发挥了不可估量的作用。高品质的生活离不开化学,我们丰富多彩的生活许多就是化学与生活的完美结合。我们的衣、食、住、行、用,化学无所不在。先说衣方面,很久以前,棉纺织品单调色彩就已不能满足人们的需要,于是出现了早期的化学染色,丰富了我们生活的色彩。棉、毛、丝织物虽然给我们生活增添了温暖,但各种质地化纤织品和化学合成织物的出现,使我们的穿衣发生了质的变化,使穿衣由多彩进一步向多元发展,从而大大丰富了我们的衣橱。在食方面,化学就更重要了。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?食物腐败的原因是由于微生物细菌的作用。食盐就能控制生物细菌的生长,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的渗透压,微生物细菌中的细胞中蛋白质溶液就属非电解质溶液。当渗透压大的溶液和渗透压小的溶液间隔以细胞膜等半透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。还有用纯碱发面制出的馒头,松软可口;经粮食等原料发生一系列化学变化酿制的各种饮用酒;用小苏打做出的各种可口饼干;用二氧化碳加压溶解制成的各类爽口的碳酸饮料等等。在住的方面,考古工作者在湖北省枣阳市的雕龙碑氏族公社遗址发现早在距今6000年左右的新石器时代中晚期,我们的祖先就在建筑上使用了的人工烧制的石灰。石灰最早被广泛用于修筑城墙和坟墓,后来人们将生石灰浸在水中做成熟石灰,既扩大了石灰的使用范围,又方便了保存。熟石灰干后变成洁白坚硬的碳酸钙,在古代石灰就广泛用于建筑,我国古建筑中的“粉墙黛瓦”的“粉墙”就是将熟石灰粉涂在墙上,覆盖了泥土和砖块的色彩,使房子显得美观牢固、整洁明亮。化学炼出钢铁,我们才有钢材和铁制品使用;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。如今,各种化学建材举不胜举,PVC、UPVC、PPR、彩塑、彩铝、彩钢等各种化学板材、型材、管材、石材层出不穷,使用范围越来越广,我们的居住、学习、休闲、消费环境变得多姿多彩。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。用的方面,我们学生平常所用的纸、笔、墨无一不与化学有关。纸是用木头做成的,又粗又脏的木头怎么会变成又白又细腻的纸呢?那就是化学的奥秘所在。发明造纸术的蔡伦,当年耗费了大量的精力造纸,最终如愿以偿,但是由于造价高,历时长,无法广泛采用。如今,只要把大量木头放进专用的池中,加入腐蚀性的药品和催化剂,便可使反应速度加快制成纸浆,然后采用化学手段,造出我们需要的各种质地、各种色彩的纸制品。化学与医学的关系就更密切了,供氧器就是利用过氧化钠与二氧化碳反应来制氧,挽救了许多人的生命。人们还应用科学的方法制造生理盐水,减轻病人的痛苦。近代,人类发明了青霉素等许多新药品,攻克了许多不治之症。在医学方面,人体缺碘会引发甲状腺肿大,缺碘还会影响儿童智力。据报道,全球10亿人生活在缺碘区,而我国就占4亿。碘缺乏的危害是关系到民族兴衰的大事。我国政府已向国际社会做出庄严承诺:在中国大地上将消除碘缺乏症,并从1995年起实现全国食盐全部加碘,全国城乡只能销售加碘食盐。又如,维生素C,又名抗坏血酸,在空气中特别是在日光下易被氧化。维生素C易溶于水,其水溶液不耐热,所以食物在烹饪时易破坏维生素C。食物变质的重要原因之一是食物被氧化,使用抗氧化剂能阻止或延缓食物氧化,以延长贮存期。维生素C是对人体有利无害的抗氧化剂,故在各种饮料、罐头等制作中广泛应用。维生素C有一定的防癌效果,它可还原致癌物亚硝酸盐。在一些重大的科学领域里,化学的作用也不小。火箭发射所需燃料,就是利用了氢氧燃烧得水的原理。在自然世界中,水受热变为水蒸气,水蒸气又上升到高空中,遇冷成为水滴,小水滴聚集成云,有了云就会降水。过去,遇到旱灾,人们束手无策。现在,人们研究出了用人工的办法降雨,采用化学手段增雨,以解除干旱现象。雪在接近地面时,遇到较暖的空气,融化成雨,落到地面上。反之,空气中的小水滴不一定能结成冰晶,于是人们就想办法,使用冷凝剂使水滴结冰。干冰是最常见的冷凝剂,还有碘化银也是。派飞机飞到云层上,将干冰或碘化银撒在云层中,就可以使冰晶形成,进而降雨。化学给人类生活带来了变化,有利也有弊,人类又把化学带入战争。日本帝国主义毫无人性地利用人做化学试验,研制化学武器。庆幸的是,现代人类已采取了措施,禁止使用核武器和化学武器。还有汽车尾气排放,造成大气污染,酸雨在警告我们,臭氧层空洞威胁着我们,环保成了化学给人们生活带来的一个重大问题。如果不注意使用化学元素,常会出现一些事故,如食物中毒。平常的酒中含有乙醇,而工业酒精中含有甲醇,甲醇是有毒的,如果使用工业酒精配酒,轻则头晕、呕吐,重则失明,甚至引起死亡。在我们的平常生活中,如一些防腐剂等用于保鲜食品类的东西,都是通过一些化学手段制出来的化学产品。如果不是这些药品起作用,怎么可能一年四季都有苹果吃呢,但是也有危害的地方,它含有一定的毒性,威胁着我们的健康。我们中学生只有好好学习科学文化知识,改善人类生活,让化学更好的为我们服务,将来让化学的益处更多些,弊处少一些。
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