1．1 化學研究的對象和特點
　　化學是自然科學中一門基礎學科。自然科學的研究對象是運動的物質，即研究物質的運動形式。物質的運動形式具有多樣性，化學主要研究物質的化學運動，即物質的化學變化。物質的化學變化具有自身的特殊性，這種特殊性主要是組成物質的分子、原子或離子的分解和化合，并常伴有能量、顏色、物態(tài)等物理性質的變化。
　　物質的化學變化基于物質的化學性質，而化學性質與物質的組成和結構密切相關，因此，物質的組成、性質、結構和反應成為化學研究的主要內容�；瘜W還研究物質的化學變化與外界條件的關系以及化學反應的規(guī)律性。所以，化學是在分子、原子或離子層次上研究物質的組成、性質、結構和反應及其相互關系的科學。
　　化學作為一門科學，雖只有三百多年的歷史，但在自然科學中占有重要的地位，并且這種地位隨科學的發(fā)展不斷得到加強。特別是20世紀以來，由于化學發(fā)展的高度分化和高度綜合，與其他科學的相互滲透、相互交叉，使得化學與多種學科關聯(lián)，化學科學的發(fā)展大大地促進了其他科學的發(fā)展。物理學為近代化學的發(fā)展提供了現(xiàn)代化的研究方法和測試手段，物理學的發(fā)展與新材料的合成和研究密切相關，化學和固體物理是材料科學的基礎，可以說材料科學是這兩門科學相互滲透的結果�；瘜W與生物學相結合，在分子水平上研究生物體，給生命科學以及醫(yī)學和農業(yè)帶來新的發(fā)展�；瘜W與地理學相結合，對于探索天體的起源和演變都有重要意義。20世紀末提出可持續(xù)性發(fā)展這一人類的基本戰(zhàn)略，其基本化學問題是綠色化學和環(huán)境化學。這對保證人類生存質量和生存安全有著重要的意義。
　　應該指出的是，由于化學是研究物質及其變化的科學，化學不僅與其他科學密切相關，而且在自然科學中起著舉足輕重的作用。
　　各門科學都有自身的特點，化學科學的特點可以概括為如下幾方面。
　�。�1）實驗性
　　任何一門自然科學都是以科學實驗（包括觀察和測試）作為直接的基礎，科學實驗是自然科學賴以建立、檢驗和發(fā)展的動力。由于化學是從物質自身特點的變化中了解物質的組成、結構和性能，又要從物質的組成、結構和性能的分析中進一步認識物質自身的特點和變化。這一方面說明化學的實驗性能，另一方面表明化學實驗的手段和技術要先進。1967年合成冠醚化合物，由于這類化合物對金屬離子具有選擇性的配合性，因此引起了世界上有關科學家的興趣和重視，而這類化合物的合成和研究都是以化學實驗為基礎的。1987年諾貝爾化學獎獲得者就是三位合成了這類具有特殊結構和性能的環(huán)狀化合物的化學家，他們?yōu)閷崿F(xiàn)人們長期尋求合成類似具有天然蛋白質功能的有機化合物取得了開拓性的成就。對于冠醚化合物及其配合性能的研究，不僅要合成有關化合物，而且還要測定其組成和配合性能，這就需要有多種先進的儀器和實驗技術。如果要進一步研究冠醚配合物的結構，還必須在實驗室培養(yǎng)出單晶，然后用四圓衍射儀作結構分析。當然最后結構的分析判斷，不僅要綜合各種實驗結果，還要從理論上加以分析。
　　（2）理論性
　　化學的發(fā)展來自于實踐和社會的發(fā)展�；瘜W雖然要應用其他科學的有關理論，但是在長期的發(fā)展中化學形成了自身的概念、定律和理論。這些定律和理論不僅可以用來說明物質的性質、結構和反應以及它們之間的關系，而且可以指導某些新化合物的合成。1962年，巴特列根據(jù)理論分析和計算認定具有相似的電離能；具有相似的品格能，因此合成了第一個稀有氣體化合物。
　　由于化學變化的特殊性，使用特定的概念、定律和理論是化學學科的一個重要特點。例如，1661年提出元素概念，正是由于這一概念的提出，才為化學元素的相繼發(fā)現(xiàn)及其系統(tǒng)化直至物質組成理論的建立奠定了基礎。質量守恒定律（1789年）、定比定律（1799年）、倍比定律（1803年）等化學基本定律的發(fā)現(xiàn)，不僅反映了物質組成的定量關系和化學反應的質變和量變特點，而且為近代化學原子論的建立打下了基礎。量子理論的提出和發(fā)展，對從微觀上認識物質的結構具有劃時代的意義。
　�。�3）應用性
　　科學變?yōu)橹苯拥纳�產(chǎn)力是近代科學技術的特點。從化學的發(fā)展來看，化學的產(chǎn)生、研究來源于生產(chǎn)的需要，又走在生產(chǎn)的前面。在古代，化學知識和化學工藝都是以原始的實用化學形式相結合；在近代，化學主要是化工生產(chǎn)、化工技術與化學理論化的形式相結合；在現(xiàn)代，化學則以理論與化工技術進而與化工生產(chǎn)轉化的形式相結合。
　　1．2 化學的發(fā)展和展望
　　化學的發(fā)展可分為三個時期。從化學的萌芽到17世紀中期為古代化學時期；從工7世紀后半期波義耳把化學確立為科學至19世紀90年代中期為近代化學時期；從19世紀90年代末至20世紀以來為現(xiàn)代化學時期。
　　在古代，除數(shù)學、力學和天文學具有一定的相對獨立性外，科學并沒有分化，化學沒有具體的研究對象，科學的化學也不存在。化學只是以知識的形態(tài)存在著，在實際生活中積累化學知識，這個時期的化學知識主要來源于4個方面。①古代實用化學，這是一些具體工藝中的化學知識，如陶瓷、冶金、釀造等。②古代的物質觀，即人類對自然萬物的本原、構成及其變因的認識。③煉金術，即煉丹術，這是化學最原始的形式。④冶金、醫(yī)學的出現(xiàn)，它們在從煉金術到科學化學的轉變中起到了橋梁作用。古代化學時期，化學雖經(jīng)歷了漫長的歲月，但只是積累了一些零散的化學現(xiàn)象和事實，并未建立嚴格的化學概念和理論，化學并未成為一門科學。但古代化學的萌芽和發(fā)展在人類認識自然和改造自然的歷史長河中仍起著重要作用。
　　近代化學時期，歷時兩個半世紀。在以往積累的事實和經(jīng)驗的基礎上，加之實驗化學又有許多新的發(fā)現(xiàn)，化學成為一門科學，逐漸提出一系列的概念、定律和理論。在科學的發(fā)展中，建立起以研究元素及其化合物性質為主要內容的無機化學；以研究碳氫化合物及其衍生物為主要內容的有機化學；以研究物質化學組成的鑒定方法為主要內容的分析化學；以應用物理方法和數(shù)學處理研究化學熱力學、化學動力學和物質結構為主要內容的物理化學，并具備了一定的實驗基礎和理論基礎。在應用方面，興起了化學工業(yè)、化工生產(chǎn)、化工技術與化學理論相結合的研究方法。19世紀20年代，維勒人工合成了尿素，說明無機和有機之間沒有不可逾越的鴻溝。19世紀，化學已進入繁榮昌盛時期，成為帶頭的學科之一。
　　19世紀90年代末至20世紀以來為現(xiàn)代化學時期。在現(xiàn)代化學時期，化學開始從宏觀領域進人微觀領域，把宏觀和微觀研究結合起來，可以更深刻地揭示物質結構和化學現(xiàn)象的本質。微觀化學從量子化學、結構化學和核化學三個方向發(fā)展并向許多方面滲透，特別是表現(xiàn)在化學動力學、生命化學和元素的人工合成等方面。在實驗技術上，由于物理學、計算機的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，各種先進新型儀器設備相繼出現(xiàn)，從而促進化學實驗水平的全面提高。20世紀末提出可持續(xù)性發(fā)展這一人類進步的基本戰(zhàn)略，它包括保證人類生存、生存質量和生存安全三個方面。其基本化學問題歸屬于綠色化學和環(huán)境化學，二者是不可分割的。綠色化學是要從“源頭”上杜絕不安全的因素，環(huán)境化學是研究環(huán)境中物質間相互作用的科學。
　　20世紀的化學無論是在基礎研究、化學工業(yè)、實驗技術方面，還是化學理論等方面都有著高速的發(fā)展和創(chuàng)新。
　　綜觀化學科學的過去和現(xiàn)狀，21世紀化學科學發(fā)展總的趨勢是：
　　（1）微觀與宏觀結合。
　　以微觀結構研究為基礎的藥物和材料的計算機輔助設計將成為研究的熱點。但在研究微觀世界的同時不能忽視宏觀化學熱力學和化學動力學的研究。而微觀研究和宏觀研究相結合，在研究生命科學、材料科學和環(huán)境科學時是尤為重要的。
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