合成化学的未来论文2000字

今日化学何去何从？对于这个问题有两种回答：第一种回答：化学已有200余年的历史，是一门成熟的老科学，现在发展的前途不大了；21世纪的化学没有什么可搞了，将在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡。第二种回答：20世纪的化学取得了辉煌的成就，21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉，相互渗透，相互促进中共同大发展。本文主张第二种回答。 一、20世纪化学取得的空前辉煌成就并未获得社会应有的认同 在20世纪的100年中，化学与化工取得了空前辉煌的成就。这个“空前辉煌”可以用一个数字来表达，就是2 285万。1900年在Chemical Abstracts(CA)上登录的从天然产物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有55万种。经过45年翻了一番，到1945年达到110万种。再经过25年，又翻一番，到1970年为万种。以后新化合物增长的速度大大加快，每隔10年翻一番，到1999年12月31日已达2 340万种。所以在这100年中，化学合成和分离了2 285万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要，而在1900年前的历史长河中人们只知道55万种。从上面的数字还可以看出，化学是以指数函数的形式向前发展的。没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中创造出如此众多的新化合物。这个成就用“空前辉煌”来描述并不过分。但“化学家太谦虚”（这句话是Nature杂志在2001年的评论中说的，参见文献〔1〕），不会向社会宣传化学与化工对社会的重要贡献。因此20世纪化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。 二、20世纪发明的七大技术中最重要的是信息技术、化学合成技术和生物技术 报刊上常说20世纪发明了六大技术： 1.包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络等的信息技术； 2.基因重组、克隆和生物芯片等生物技术； 3.核科学和核武器技术； 4.航空航天和导弹技术； 5.激光技术； 6.纳米技术。 但却很少有人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥和农药的化学合成（包括分离）技术。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口中的30亿就会饿死。没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类平均寿命要缩短25年。没有发明合成纤维、合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大影响。没有合成大量新分子和新材料的化学工业技术，上述六大技术根本无法实现。这些都是无可争辩的事实。 但化学和化工界非常谦虚，从来不提抗议。我们应该理直气壮地大力宣传20世纪发明了七大技术，即化学合成（包括分离）技术和上述六大技术。这七大技术发明可以按照人类需要的迫切性和由它们衍生的产业规模的大小来排序： （1）从人类对七大技术发明的需要迫切性来看，化学合成和分离技术应当排名第一，已如前述，因为它是人类生存的绝对需要，没有它，全世界一半人口要饿死。它还为其余六大技术发明提供了不可或缺的物质基础。国外传媒把哈勃（Haber）的合成氨技术（Haber process）评为20世纪最重要的发明，是很有道理的。 排名第二的是信息技术，第三是生物技术，以下依次是航空航天技术，核技术，纳米技术和激光技术。也许有人会问汽车产业不是比飞机还重要吗？但第一辆内燃机汽车是德国人在1886年发明的，所以汽车、火车、炼钢等都是19世纪发明的重大技术。而合成氨技术是哈勃在1909年发明，在1918年因而获得诺贝尔化学奖。高分子合成技术是20世纪50年代发展起来的。新药物、新材料的合成更是近50年的事。因此合成化学技术是20世纪的重大发明。 （2）从20世纪的七大技术发明衍生的产业规模及其对世界经济的影响来看，排名次序如下：第一是信息产业，第二是由化学合成（包括分离）技术衍生的石油化工、精细化工、高分子化工和药物、农药工业等产业，以及从空气中分离出氧气和氮气，从电解水中分离出氢气，作为电动汽车的燃料，为解决将来水资源缺少的海水淡化产业等。 第三是飞机、航天、人造卫星及导弹产业，第四是核电站和核工业。这4个产业都是非常大的产业。其中在核产业中，有很大一部分是化工产业，如核燃料的前处理和后处理工业，重氢、重水工业、稀有元素冶炼工业等，又如信息产业和航空航天导弹卫星产业中，都依靠冶金、稀有元素冶炼和高分子等化学合成产业。 相对于前述4个产业而言，排在第五的生物技术产业、排在第六的纳米技术产业和排在第七的激光技术产业这3个现在还是小产业。其中纳米产业实际上是化学家发明C60等巴基球和碳纳米管等衍生出来的合成化学产业，以及用各种方法把化学物质制成纳米尺度的合成产业。 所以20世纪和21世纪上半叶理应称为信息和化学合成时代，要到21世纪下半叶才能称为生物技术时代，因为目前生物技术的实际应用和产业规模还很小，远远不及信息产业和合成化工产业。 三、化学是一门中心科学 化学是一门中心科学，化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系，产生了许多重要的交叉学科，但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。 1.化学是一门承上启下的中心科学。科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游，化学是中游，生命、材料、环境等朝阳科学是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可收事半功倍之效。化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地，永远不会像有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡。 2.化学又是一门社会迫切需要的中心科学，与我们的衣、食、住（建材、家具）、行（汽车、道路）都有非常紧密的联系。我国高分子化学家胡亚东教授最近发表文章指出：高分子化学的发展使我们的生活基本被高分子产品所包围。化学又为前述六大技术提供了必需的物质基础。 3.化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学（sun-rise sciences)都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学。 化学与八大朝阳科学之间产生了许多重要的交叉学科，但化学家非常谦虚，在交叉学科中放弃冠名权。例如“生物化学”被称为“分子生物学”，“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”，“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”，“固体化学”被称为“凝聚态物理学”，溶液理论、胶体化学被称为“软物质物理学”，量子化学被称为“原子分子物理学”等。 又如人类基因计划的主要内容之一实际上是基因测序的分析化学和凝胶色层等分离化学，但社会上只知道基因学，看不到化学家在其中有什么作用。再如分子晶体管、分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机等都是化学家开始研究的，但开创这方面研究的化学家却不提出“化学器件学”这一新名词，而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景，并称之为“分子电子学”。 又如化学家合成了巴基球C60，于1996年被授予诺贝尔化学奖，后来化学家又做了大量研究工作，合成了碳纳米管。但是许多由这一发明所带来的研究被人们当作应用物理学或纳米科学的贡献。 内行人知道分子生物学正是生物化学的发展。在这个交叉领域里化学家与生物学家共同奋斗，把科学推向前进。但在中学生或外行看来，“分子生物学”中“化学”一词消失了，觉得化学的领域越来越小，几乎要在生物学与物理学的夹缝中消亡。 这样，化学这门重要的中心科学（central science）反而被社会看作是伴娘科学（bridesmaid science）而不受重视。世界著名的Nature杂志也为化学家鸣不平，在2001年 发表了社论说：“化学的形象被其交叉学科的成功所埋没”。但化学家仍然很谦虚，居然不喊不叫也不抱怨。化学家的谦虚本是美德，但因此而在社会上造成化学是落日科学（sunset science）的印象，吸引不到优秀的年轻学生，这个问题就大了。 四、化学有没有理论 有人说：“化学没有理论，只是一堆白菜，21世纪的化学没有什么可搞的了”。这也是化学不被认同的理由之一。对于这个问题，我国著名化学家唐敖庆院士有很好的回答，他指出19世纪的化学有三大理论成就： 1.经典原子分子论，包括建筑在定比、倍比和当量定律基础上的道尔顿原子论，以及包括碳4价及开库勒提出的苯分子结构等工作为中心内容的分子结构和原子价理论。 2.门捷列夫的化学元素周期律。 .古尔德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律是宏观化学反应动力学的基础。 道尔顿的原子论和门捷列夫的化学元素周期律对于20世纪玻尔建立原子的壳层结构模型具有十分重要的借鉴作用。所以化学和物理学这两个姐妹学科是互相促进的。 20世纪的化学也有三大理论成就： 1.化学热力学，可以判断化学反应的方向，提出化学平衡和相平衡理论。 2.量子化学和化学键理论，量子化学家鲍林提出的氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型，为1953年沃生和克里克提出DNA分子的双螺旋模型奠定了基础，后者又为破解遗传密码奠定基础。所以化学与生物学也是互相促进的。 世纪60年代发展起来的分子反应动态学。 没有这三大理论，要取得合成2 285万种化合物的辉煌成就是不可能的。因此，“化学没有理论，只是一堆白菜”的说法，是不公正的。 到了21世纪，世界数学家协会提出七大数学难题，筹集了700万美元，悬赏100万美元给每一个难题的解决者。 物理学提出了五大理论难题： 种作用力场的统一问题，相对论和量子力学的统一问题。 2.对称性破缺问题。 3.占宇宙总质量90%的暗物质是什么的问题。 4.黑洞和类星体问题。 5.夸克禁闭问题等。 21世纪的生物学也有重大难题和奋斗目标： 1.后基因组学和人类疾病的消除。 2.蛋白质组学。 3.脑科学。 4.生物如何进化？生命如何起源等。 但化学家又比较谦虚，好像没有人明确提出哪些是化学要解决的世纪难题。这样与物理学和生物学相比，就会显得化学没有什么伟大的目标了。其实化学家心目中是有自己的奋斗目标的，只是不愿多说。但这又造成“化学无理论”的错误印象。这是近年来在世界范围内出现的淡化化学的思潮的主观原因之一。那么化学果真提不出重大难题吗？作者曾经初步提出21世纪化学有四大难题。 五、21世纪化学的四大难题 1.化学的第一根本规律（第一个世纪难题）：建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。 化学是研究化学变化的科学，所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。19世纪.古尔德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律，是最重要的化学定律之一，但它是经验的、宏观的定律。 H.艾林的绝对反应速度理论是建筑在过渡态、活化能和统计力学基础上的半经验理论。过渡态、活化能和势能面等都是根据不含时间的薛定谔第一方程来计算的。所谓反应途径是按照势能面的最低点来描绘的。这一理论和提出的新概念虽然非常有用，但却是不彻底的半经验理论。 近年来发展了含时Hartree-Fock方法，含时密度泛函理论方法，以酉群相干态为基础的电子-原子核运动方程理论，波包动力学理论等。但目前这些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。 所以建立严格彻底的微观化学反应理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径？等等，是21世纪化学应该解决的第一个难题。 2.化学的第二个世纪难题：分子结构及其和性能的定量关系。 这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。虽然从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质，但实际计算困难很多，现在对结构和性能的定量关系的了解，还远远不够。要大力发展密度泛函理论和其他计算方法。这是21世纪化学的第二个重大难题。例如： ① 如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？ ② 如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个数量级，但还远未达到金属-金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。又如目前高分子纤维达到的强度要比高分子中的共价键的强度小两个数量级。这就向人们提出如何挑战材料强度极限的大难题。 ③ 溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。 ④ 具有单分子和多分子层的膜结构和性能的关系。以上各方面是化学的第二个根本问题，其迫切性可能比第一个问题更大，因为它是解决分子设计和实用问题的关键。 3.化学的第三个世纪难题：生命现象中的化学机理问题。 充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律，无疑是21世纪化学亟待解决的重大难题之一。例如： ① 研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础。 ② 化学遗传学为哈佛大学化学教授Schreiber所创建。他的小组合成某些小分子，使之与蛋白质结合，并改变蛋白质的功能，例如使某些蛋白酶的功能关闭。这些方法使得研究者们不通过改变产生某一蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能，为开创化学蛋白质组学，化学基因组学（与生物学家以改变基因密码来研究的方法不同）奠定基础。因此小分子配体与生物大分子受体的相互作用的机理，是一个重大的理论化学问题，值得人们关注。 ③ 光合作用的机理——活分子催化剂叶绿素如何利用太阳能把很稳定的CO2和H2O分子的化学键打开，合成碳水化合物〔CH2O]n，并放出氧气，供人类和其他动物使用。 ④ 生物固氮作用的机理。 ⑤ 搞清楚牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。 ⑥ 人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。 ⑦ 了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。 ⑧ 了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。 ⑨ 如何实现从生物分子（biomolecules）到分子生命（molecular life）的飞跃？如何制造活的分子（make life），跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。 ⑩ 蛋白质和DNA的理论研究。 4.化学的第四个世纪难题：纳米尺度的基本规律。 当尺度在十分之几到10 nm的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界（fuzzy boundary）中，有许多新的奇异特性和新的效应，新的规律和重要应用，值得理论化学家去探索研究。下面举例说明纳米效应： ① 如以银的熔点和银粒子的尺度作图，则当粒子尺度在150 nm以上时，熔点不变，为 ℃，即通常的熔点。以后熔点随尺度变小而下降，到5 nm时为100 ℃。又如金的熔点为1 063 ℃,纳米金的熔化温度却降至330 ℃。在纳米尺度，热运动的涨落和布朗运动将起重要的作用。因此许多热力学性质，包括相变和“集体现象”（collective phenomena）如铁磁性、铁电性、超导性和熔点等都与粒子尺度有重要的关系。 ② 纳米粒子的比表面很大，由此引起性质的不同。例如纳米铂黑催化剂可使乙烯催化反应的温度从600 ℃降至室温。这一现象为新型常温催化剂的研制提供了基础，有非常重要的应用前景。纳米催化剂能否降低反应活化能？这是值得研究的一个理论问题。 ③ 当代信息技术的发展，推动了纳米尺度磁性(nanoscale magnetism）的研究。 ④ 电子或声子的特征散射长度，即平均自由程，在纳米量级。当纳米微粒的尺度小于此平均自由途径时，电流或热的传递方式就发生质的改变。 ⑤ 与微粒运动的动量p=mV相对应的de Broglie波长l=h/p，通常也在纳米量级，由此产生许多所谓“量子点”（quantum dots）的新现象。所以纳米分子和材料的结构与性能关系的基本规律是21世纪的化学和物理需要解决的重大难题之一。 六、化学家缺少品牌意识，没有在社会上树立化学的美好品牌 化学没有树立品牌，化学与化工被认为是污染源，这也是缺少生源的原因之一。其实，造成环境污染的不仅仅是化学，更重要的是森林破坏，水土流失，沙漠化和沙尘暴，汽车尾气排放，煤燃烧等。而分析、监测、治理环境污染的正是化学家。化学家已提出绿色化学的奋斗目标。化学家不但要认识世界、改造世界，还要保护世界。在于增强自身对化学污染的防护意识在于习得应对化学品伤害的急救措施更在于提高自身在极端恶劣环境下的存活能力……据上海某著名高校F化学系一位搞有机化学的老教授Y自称一次生病住医院，开刀，要全身麻醉医师们按常规量开出的麻醉处方竟然毫无效果double之后他还意识清醒，没有晕过去楞是加到三倍剂量才把他摆平教授Y最后总结道，“老子玩了一辈子乙醚，还怕那些个？”

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。”

浅析塑料摘要：从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。经历了天然高分子加工阶段， 合成树脂阶段，19世纪70年代聚烯烃塑料系列成为了重中之重，同时出现了多品种高性能的工程塑料，到70年代末塑料工业趋于稳定增长阶段，生产技术更加合理完善，性能优异的材料开始问世。塑料以其优异的性能在人类的生产和生活中发挥了不可估量的作用，推动了整个世界的进步. 关键词：塑料的合成 分类 降解与节能 发展前景正文：20世纪以来，在人类生活的深刻变化中，塑料材料革命发挥了极其重要的作用。特别是近50年，各种塑料由于具有广泛的用途及良好的使用性能在农业，包装，轻工，纺织，建筑，汽车，电子电气乃至航空航天，国防军工等各个领域中，与钢铁，木材，水泥构成现代工业的四大基础材料。进入21世纪，随着信息技术等高新技术的不断渗透，合成树脂即塑料性能进一步改善，应用更加广泛，对国民经济和社会发展以及人民生活水平的提高将产生越来越重要的影响。一、塑料的合成塑料的定义：塑料是以合成或天然高分子化合物维基本成分，附加填料和各种助剂，在一定的条件下塑化成行，最终能保持形状不变的材料。原料：制造塑料的原料是树脂，而单体是构成高分子化合物即合成树脂的基本结构单元。单体的来源经历过从易到难的发展过程：动物，植物，煤，石油和天然气。至今四种单体来源同时存在，石油和天然气是目前各工业国家制造塑料的最重要原料来源。制造: ：从单体到塑科制品要经过聚合和加工二大步骤。聚合的方法来说有本体、悬浮、乳掖、镕液聚合法四种。通过一定的温度、压力、催化剂使单体分子活化聚合成大分子，聚合后得到没有一定的形状和强度从而无实用性粉粒状聚合物，通过挤压、注射、压延、砍塑、压制(模压、层压)等各种加工方法变成有实用价值的塑料制品，加工之前必须根据制品的使用要求添加适当的助剂最常见的有增塑剂、稳定剂(热、光稳定剂)、抗氧剂等。 二、塑料的分类塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也有所交叉。以下就结构和使用性质进行简单的分类介绍。按结构分：塑料高分子的结构基本有两种类型。第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物。线型高分子制成的是热塑性塑料，加热可熔融可再造，常见的热塑性树脂有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、橡胶等。其优点是加工成型简便，具有较高的机械能。缺点是耐热性和刚性较差。第二种是体型结构 ，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物，由体型高分子制成的是热固性塑料，因其形成键与键之间的不可逆共价键从而不能再熔融和流动而无法从新塑造。它包括大部分的缩合树脂，热固性树脂的优点是耐热性高，受压不易变形。其缺点是机械性能较差。热固性树脂有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯以及硅醚树脂等。 按使用特性分：1、通用塑料：一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。2、工程塑料：一般是指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺过稳定性较好，可以用作工程结构件的塑料。如聚酰胺、聚砜等。在工程塑料中又将其分为通用工程塑料盒特种工程塑料两大类。三、塑料的应用：国内塑料制品市场未来需求主要集中在包装、建筑、农用、工业交通及电子通讯等几个方面;体育健身器材和医疗器械行业应用将大幅增长;玩具行业有可能转为使用具有环保特性的塑料;ABS树脂在建材管材和管件、医疗器械和合金共混物等的应用上也有良好前景。工程塑料仍将是增长最快的领域。工程塑料是电子信息、交通运输、航空航天、机械制造业的上游产业,在国民经济中占据着重要的地位,其发展不仅对国家支柱产业和现代高新技术产业起着支撑的作用,同时也推动传统产业改造和产品结构的调整。近年来,随着我国制造业的快速发展,工程塑料的应用领域日趋广。评价：由其具有强烈抗腐蚀能力，重量轻且坚固，加工方便又高效，原料广而廉还可以用于制备燃料油盒燃料气从而降低的原油的消耗，用途广泛立于材料之林，但是塑料也有不足之处，这是创造一系列改性品种的动力，总起来说塑料尺寸不稳定，容易老化，可燃，必须加各种不同助剂来改善。某些塑料制品有毒性，普通塑料具有抗氧化，难腐蚀，难降解使回收利用废弃塑料时十分困难，生态环境危害极大。此外塑料是由石油炼制的产品制成的，而石油资源是有限的。 随着人类文明的进步，人们开始重视自然环境以及人类的可持续发展，这凸显了废旧塑料所带来的环境问题，白色污染”成为了一个全球性问题，而且由于石油等资源的有限性，人们开始注重资源更加有效的利用。这些都为塑料的发展即带来了挑战也带来了机遇，随着可降解塑料和废旧塑料的回收利用技术的研发，在逐渐减少对生态环境的危害的同时，塑料在材料生产与应用中，目前和将来的能耗、材料成本以及材料使用中的节能优势使其有了更大的发展空间。 四、发展方向：将来最主要的是充分利用具有多种性能和加工工艺优越性的现有材料。增强其在较高温度下使用保持较高强度，降低塑料强度和变形性能的时间和温度的依赖关系，加强研究塑料的燃烧特性，在老化影响因素下使塑料稳定。白色污染主要是由废旧塑料高分子的难降解性以及添加剂的毒害性引起的，目前，世界各国都在大力投入可降解塑料的研发和废旧塑料的回收利用技术的研发。在积极开发塑料回收利用技术的同时，研究开发生物降解塑料成为当今的研究热点。而且为了适应市场需求和高科技发展的需要，开发高性能，功能性材料也将成为热点。塑料的降解和节能1可降解塑料制品研究现状一般来说，塑料除了热降解外，在自然环境中的光降解和生物降解都比较慢。用C14同位素跟踪考察塑料在土壤中的降解，结果表明，塑料的降解速度随着环境条件的不同而有所差异，但通常都需要200~400年 为了解决这一问题，世界各国投入了大量的研发力量来开发和应用可降解塑料。可降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料，从而对环境进行保护 塑料的降解主要是高分子化学键断裂所引起的，其降解的方式和程度与环境条件有关。其主要降解方式有：水解降解、氧化降解、微生物降解和机械降解。但从实际应用的角度，一般是运用光降解、光-生物双降解和生物降解等方式 2节能：在用塑料等合成材料同样可以制造出与传统材料效用相同或相近的制品上替代使用，以求节省材料生产、加工能耗；在使用等合成材料后可以让用能过程或设备节约能源。 实例：据估算，美国1978年使用了150，000吨塑料用于创造冰箱和冶藏箱的部分绝热作用的部件，节约了60%重量的金属或玻璃。不用塑料而用玻璃或金属则需耗能23万亿英热单位，二用塑料部件耗能万亿英热单位，节约了能量万亿英热单位，相当于120万桶原油。 五、结尾：随着能源危机的时隐时现带来的压力，节能已成为主流话题，而塑料以其在生产及使用中的节能优势将必定获得更大的发展。而且各国对可降解塑料的研发和废旧塑料的回收利用技术的大力支持，白色污染的危害性逐渐减少，绿色塑料的出现指日可待。源于自然，归于自然，塑料的前景无限光明！

TbCl3-CdCl2-HCl-H2O()的相平衡 学 生： 指导老师： 年级： 专业： 班级：摘 要 测定了四元体系TbCl3-CdCl2-HCl-H2O（）的相平衡溶度数据，绘制了相应的溶度图。该四元体系是复杂体系且有1个新物相化合物4CdCl2· TbCl3·14H2O生成。关键词 四元体系,相平衡,TbCl3 ,CdCl2 一 前 言稀土卤化物与稀碱卤化物所形成的化合物具有特殊的光学性质。文献[1-3]研究了稀土卤化物与稀碱金属卤化物在盐酸介质中的相平衡关系，且发现新化合物CsEuCl8·14H2O、Cs2EuCl5·4H2O、3CsCl·CeCl3·3H2O、CsCl·CeCl3·4H2O具有上转换发光性能。文献[4-6]分别研究了DyCl3-CdCl2- H2O和DyCl3-CdCl2-HCl-H2O（）的相平衡，YCl3-CdCl2-H2O和YCl3-CdCl2 -HCl-H2O()的相平衡，在时CeCl3-CdCl2-H2O和CeCl3- CdCl2-HCl-H2O的相平衡，均发现了新的化合物，并且也具有上转换发光性能和较强的荧光性能。为比较过渡元素/稀土氯化物与稀碱金属/稀土氯化物盐水体系中相关系间的差异，丰富盐水相化学，和为合成新的化合物寻找可能的途径，本文在前述研究的基础上研究了在时四元体系TbCl3-CdCl2-HCl-H2O的相平衡关系，发现了1个未见文献报道新物相化合物。 二 实验部分1、试剂及仪器配制TbCl3·6H2O试剂：（1）称取适量Tb2O3固体，放在小烧杯中，加少量水。（2）量取适量浓度为35%的盐酸溶液，缓慢加入到盛有Tb2O3试剂的小烧杯中，搅拌。（3）加热至溶解成无色透明的液体，将其自然冷却。（4）过滤。将滤液加热至产生结晶膜后，自然冷却。（5）抽滤，晶体放入干燥器中自然干燥[1]。化学反应方程式： Tb2O3+6HCl＝2TbCl3+3H2O。CdCl2、EDTA、AgNO3、六次甲基四胺、甲基红、二氯荧光黄、二甲酚橙、邻二氮菲均为分析纯试剂。使用蒸馏水。使用仪器：恒温搅拌装置（自制）。2、实验及分析方法设定一系列递变点，按四元体系斜截面布点配样，密封于塑料管中，在的恒温条件下进行搅拌。五天后调整试样的酸度，调节酸度，使各试样酸度一致。将调节过酸度的各试样封闭，继续恒温搅拌。待平衡后，取样，分析液体与湿渣组成。分析方法如下：以甲基红为指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定试样中盐酸的含量；用邻二氮菲掩蔽Cd2+后,以二甲酚橙为指示剂，六次甲基四胺为缓冲溶液，用标准EDTA溶液滴定试样中的三氯化铽的含量；以二氯荧光黄为指示剂，加稍过量碳酸钙固体中和盐酸，加糊精，用标准硝酸银溶液滴定氯离子；用差减法可求得试样中二氯化镉的含量。 三 结果与讨论1、四元体系TbCl3-CdCl2-HCl-H2O的溶度图表1为四元体系TbCl3-CdCl2-HCl-H2O在时的溶度数据及其在底面三角形TbCl3-CdCl2-H2O上的投影数据。图1为相应的溶度图。 由图一知，该体系的溶度曲线由三段构成，分别对应化合物CdCl2·H2O、4CdCl2·TbCl3·14H2O（4:1型）和TbCl3·6H2O。其中4:1 型化合物是固液同成分溶解的化合物，可从体系中直接得到，是未见文献报道表1 四元体系TbCl3-CdCl2-HCl-H2O在时的溶度数据及其在底面三角形TbCl3-CdCl2-H2O上的投影数据液相（%） 湿固相（%）四面体 三角形 四面体 三角形序号 HCl CdCl2 TbCl3 CdCl2 TbCl3 HCl CdCl2 TbCl3 CdCl2 TbCl3 平衡固相平均酸度 = 0 0 --- --- --- --- --- A 2 A 3 A 4 A+B 5 B 6 B 7 B 8 B 9 B 10 B 11 B 12 B+C 13 B+C 14 B+C 15 C 16 C 17 C 18 C 19 C 20 0 0 --- --- --- --- --- C 双饱点组成（平均值）：E1: , ; E2: , ·H2O ; B: 4CdCl2·TbCl3·14H2O; C:TbCl3·6H2O图1 四元体系TbCl3-CdCl2-HCl-H2O在三角底面TbCl3-CdCl2-H2O的溶度图的新物相化合物。2、四元体系RECl3-CdCl2-HCl-H2O（RE=La、Ce、Nd、Dy、Tb）间的比较轻稀土元素之间或重稀土元素之间，其相化学行为具有相似性及相异性。如轻稀土元素均有4:1型化合物和9:1型化合物。而重稀土元素有9:2型化合物。本文研究的铽属中稀土元素，其新化合物的类型却为4:1型，说明中稀土元素与轻稀土相比，具有相似性也具有相异性，而与重稀土元素具有相异性。这充分说明稀土元素具有“分组效应”。 四 结论研究了氯化铽与氯化镉在盐酸介质中相关系，绘制了相应的溶度图，在体系中发现和得到了新化合物4CdCl2·TbCl3·14H2O。本文的研究结果为合成新化合物提供了相关系依据。参考文献[1]Wang Hui,DUAN Jin-Xia,TAN Xin-Quan,Study on phase diagram of (cesium chloride+europium trichloride+hydrogen chloride+ water)quaternary system at T= and the fluorescence spectra of its compounds. J. , 2002,34,1495～1506[2]Wang Hui,DUAN Jin-Xia,TAN Xin-Quan,Study on phase diagram of (CsCl-CeCl3-HCl-H2O system and the propertier of the Journal of Chemistry,2002，20（9）：904-908[3]Wang Hui,DUAN Jin-Xia,TAN Xin-Quan,Phase equilibrium system of CsCl-YCl3-HCl-H2O at T= and its Journal of chemistry,2004，22（10）：1128-1132[4]乔占平,卓立宏，王惠.三元体系YCl3-CdCl2-H2O和四元体系YCl3-CdCl2-HCl-H2O()的相平衡及其固相新化合物的研究[J].无机化学学报，2004，20（8）：929-932[5] 乔占平，卓立宏，王惠.四元体系LaCl3-ZnCl2-HCl(7%)-H2O()和三元体系ZnCl2-HCl-H2O()相平衡的研究[J].无机化学学报，2003，19（3）：303-306[6] 卓立宏，乔占平，郭应臣，王惠. CeCl3-CdCl2-H2O和CeCl3-CdCl2-HCl-H2O的相平衡.物理化学学报,2005,21(2):128-131Phase Equilibrium of the System TbCl3-CdCl2-HCl-H2O at : The equilibrium solubilities of the quaternary system TbCl3-CdCl2-HCl-H2O was determined at and the corresponding equilibrium diagram was systems is complicated with one new compounds 4CdCl2· TbCl3·14H2O. Keywords: quanternary system, phase equilibrium, cadmium chloride, terbium chloride