【最開始】古時(shí)候，原始人類為了他們的生存，在與自然界的種種災(zāi)難進(jìn)行抗?fàn)幹校l(fā)現(xiàn)和利用了火。原始人類從用火之時(shí)開始，由野蠻進(jìn)入文明，同時(shí)也就開始了用化學(xué)方法認(rèn)識(shí)和改造天然物質(zhì)。燃燒就是一種化學(xué)現(xiàn)象。（火的發(fā)現(xiàn)和利用，改善了人類生存的條件，并使人類變得聰明而強(qiáng)大。）掌握了火以后，人類開始食用熟食；繼而人類又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些物質(zhì)的變化，如發(fā)現(xiàn)在翠綠色的孔雀石等銅礦石上面燃燒炭火，會(huì)有紅色的銅生成。這樣，人類在逐步了解和利用這些物質(zhì)的變化的過程中，制得了對(duì)人類具有使用價(jià)值的產(chǎn)品。人類逐步學(xué)會(huì)了制陶、冶煉；以后又懂得了釀造、染色等等。這些有天然物質(zhì)加工改造而成的制品，成為古代文明的標(biāo)志。在這些生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學(xué)知識(shí)。　　古人曾根據(jù)物質(zhì)的某些性質(zhì)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類，并企圖追溯其本原及其變化規(guī)律。公元前4世紀(jì)或更早，中國提出了陰陽五行學(xué)說，認(rèn)為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)組合而成的，而五行則是由陰陽二氣相互作用而成的。此說法是樸素的唯物主義自然觀，用“陰陽”這個(gè)概念來解釋自然界兩種對(duì)立和相互消長的物質(zhì)勢(shì)力，認(rèn)為二者的相互作用是一切自然現(xiàn)象變化的根源。此說為中國煉丹術(shù)的理論基礎(chǔ)之一。　　【公元前4世紀(jì)】希臘也提出了與五行學(xué)說類似的火、風(fēng)、土、水四元素說和古代原子論。這些樸素的元素思想，即為物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其變化理論的萌芽。后來在中國出現(xiàn)了煉丹術(shù)，到了公元前2世紀(jì)的秦漢時(shí)代，煉丹術(shù)已頗為盛行，大致在公元7世紀(jì)傳到阿拉伯國家，與古希臘哲學(xué)相融合而形成阿拉伯煉丹術(shù)，阿拉伯煉丹術(shù)于中世紀(jì)傳入歐洲，形成歐洲煉金術(shù)，后逐步演進(jìn)為近代的化學(xué)。　　煉丹術(shù)的指導(dǎo)思想是深信物質(zhì)能轉(zhuǎn)化，試圖在煉丹爐中人工合成金銀或修煉長生不老之藥。他們有目的的將各類物質(zhì)搭配燒煉，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為此涉及了研究物質(zhì)變化用的各類器皿，如升華器、蒸餾器、研缽等，也創(chuàng)造了各種實(shí)驗(yàn)方法，如研磨、混合、溶解、潔凈、灼燒、熔融、升華、密封等。　　與此同時(shí)，進(jìn)一步分類研究了各種物質(zhì)的性質(zhì)，特別是相互反應(yīng)的性能。這些都為近代化學(xué)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，許多器具和方法經(jīng)過改進(jìn)后，仍然在今天的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中沿用。煉丹家在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)明了火藥，發(fā)現(xiàn)了若干元素，制成了某些合金，還制出和提純了許多化合物，這些成果我們至今仍在利用。【真正成為學(xué)科意義上的化學(xué)】　　【16世紀(jì)開始】歐洲工業(yè)生產(chǎn)蓬勃興起，推動(dòng)了醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展，使煉金術(shù)轉(zhuǎn)向生活和實(shí)際應(yīng)用，繼而更加注意物質(zhì)化學(xué)變化本身的研究。在元素的科學(xué)概念建立后，通過對(duì)燃燒現(xiàn)象的精密實(shí)驗(yàn)研究，建立了科學(xué)的氧化理論和質(zhì)量守恒定律，隨后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，為化學(xué)進(jìn)一步科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。　　【1775年前后】拉瓦錫用定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)闡述了燃燒的氧化學(xué)說，開創(chuàng)了定量化學(xué)時(shí)期，使化學(xué)沿著正確的軌道發(fā)展。19世紀(jì)初，英國化學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，突出地強(qiáng)調(diào)了各種元素的原子的質(zhì)量為其最基本的特征，其中量的概念的引入，是與古代原子論的一個(gè)主要區(qū)別。近代原子論使當(dāng)時(shí)的化學(xué)知識(shí)和理論得到了合理的解釋，成為說明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。接著意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出分子概念。自從用原子-分子論來研究化學(xué)，化學(xué)才真正被確立為一門科學(xué)。這一時(shí)期，建立了不少化學(xué)基本定律。俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，德國化學(xué)家李比希和維勒發(fā)展了有機(jī)結(jié)構(gòu)理論，這些都使化學(xué)成為一門系統(tǒng)的科學(xué)，也為現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。　　通過對(duì)礦物的分析，發(fā)現(xiàn)了許多新元素，加上對(duì)原子分子學(xué)說的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)典性的化學(xué)分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價(jià)概念的產(chǎn)生、苯的六環(huán)結(jié)構(gòu)和碳價(jià)鍵四面體等學(xué)說的創(chuàng)立、酒石酸拆分成旋光異構(gòu)體，以及分子的不對(duì)稱性等等的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立，使人們對(duì)分子本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更加深入，并奠定了有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)。　　【1 9世紀(jì)下半葉】熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)之后，不僅澄清了化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的概念，而且可以定量地判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的誕生，把化學(xué)從理論上提高到一個(gè)新的水平。 【二十世紀(jì)至今】　　二十世紀(jì)的化學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴、彼此促進(jìn)的兩個(gè)方面。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于受到自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測(cè)試等方面都有了長足的進(jìn)展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。　　近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學(xué)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。19世紀(jì)末，電子、X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)在20世紀(jì)的重大進(jìn)展創(chuàng)造了條件。　　在結(jié)構(gòu)化學(xué)方面，由于電子的發(fā)現(xiàn)開始并確立的現(xiàn)代的有核原子模型，不僅豐富和深化了對(duì)元素周期表的認(rèn)識(shí)，而且發(fā)展了分子理論。應(yīng)用量子力學(xué)研究分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了量子化學(xué)。　　從氫分子結(jié)構(gòu)的研究開始，逐步揭示了化學(xué)鍵的本質(zhì)，先后創(chuàng)立了價(jià)鍵理論、分子軌道理論和佩位場(chǎng)理論。化學(xué)反應(yīng)理論也隨著深入到微觀境界。應(yīng)用X射線作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新分析手段，可以洞察物質(zhì)的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。測(cè)定化學(xué)立體結(jié)構(gòu)的衍射方法，有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應(yīng)用所積累的精密分子立體結(jié)構(gòu)信息最多。　　研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的譜學(xué)方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴(kuò)展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等，與計(jì)算機(jī)聯(lián)用后，積累大量物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)的資料，正由經(jīng)驗(yàn)向理論發(fā)展。電子顯微鏡放大倍數(shù)不斷提高，人們以可直接觀察分子的結(jié)構(gòu)。　　經(jīng)典的元素學(xué)說由于放射性的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生深刻的變革。從放射性衰變理論的創(chuàng)立、同位素的發(fā)現(xiàn)到人工核反應(yīng)和核裂變的實(shí)現(xiàn)、氘的發(fā)現(xiàn)、中子和正電子及其它基本粒子的發(fā)現(xiàn)，不僅是人類的認(rèn)識(shí)深入到亞原子層次，而且創(chuàng)立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法和理論；不僅實(shí)現(xiàn)了古代煉丹家轉(zhuǎn)變?cè)氐乃枷耄腋淖兞巳说挠钪嬗^。　　作為20世紀(jì)的時(shí)代標(biāo)志，人類開始掌握和使用核能。放射化學(xué)和核化學(xué)等分支學(xué)科相繼產(chǎn)生，并迅速發(fā)展；同位素地質(zhì)學(xué)、同位素宇宙化學(xué)等交叉學(xué)科接踵誕生。元素周期表擴(kuò)充了，已有109號(hào)元素，并且正在探索超重元素以驗(yàn)證元素“穩(wěn)定島假說”。與現(xiàn)代宇宙學(xué)相依存的元素起源學(xué)說和與演化學(xué)說密切相關(guān)的核素年齡測(cè)定等工作，都在不斷補(bǔ)充和更新元素的觀念。　　在化學(xué)反應(yīng)理論方面，由于對(duì)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)的提高，經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的反應(yīng)理論以進(jìn)一步深化，在過渡態(tài)理論建立后，逐漸向微觀的反應(yīng)理論發(fā)展，用分子軌道理論研究微觀的反應(yīng)機(jī)理，并逐漸建立了分子軌道對(duì)稱守恒定律和前線軌道理論。分子束、激光和等離子技術(shù)的應(yīng)用，使得對(duì)不穩(wěn)定化學(xué)物種的檢測(cè)和研究成為現(xiàn)實(shí)，從而化學(xué)動(dòng)力學(xué)已有可能從經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的宏觀動(dòng)力學(xué)深入到單個(gè)分子或原子水平的微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得分子、電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反映的量子化學(xué)計(jì)算、化學(xué)統(tǒng)計(jì)、化學(xué)模式識(shí)別，以及大規(guī)模術(shù)技的處理和綜合等方面，都得到較大的進(jìn)展，有的已經(jīng)逐步進(jìn)入化學(xué)教育之中。關(guān)于催化作用的研究，以提出了各種模型和理論，從無機(jī)催化進(jìn)入有機(jī)催化和增物催化，開始從分子微觀結(jié)構(gòu)和尺寸的角度核生物物理有機(jī)化學(xué)的角度，來研究酶類的作用和酶類的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系。　　分析方法和手段是化學(xué)研究的基本方法和手段。一方面，經(jīng)典的成分和組成分析方法仍在不斷改進(jìn)，分析靈敏度從常量發(fā)展到微量、超微量、痕量；另一方面，發(fā)展初許多新的分析方法，可深入到進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)象測(cè)定，同位素測(cè)定，各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測(cè)定，以及對(duì)短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測(cè)等。分離技術(shù)也不斷革新，離子交換、膜技術(shù)、色譜法等等。　　合成各種物質(zhì)，是化學(xué)研究的目的之一。在無機(jī)合成方面，首先合成的是氨。氨的合成不僅開創(chuàng)了無機(jī)合成工業(yè)，而且?guī)?dòng)了催化化學(xué)，發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。后來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料和二茂鐵等配位化合物。　　在電子技術(shù)、核工業(yè)、航天技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的推動(dòng)下，各種超純物質(zhì)、新型化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術(shù)都得到了較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn)，需要對(duì)零族元素的化學(xué)性質(zhì)重新加以研究。無機(jī)化學(xué)在與有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機(jī)金屬化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、無機(jī)固體化學(xué)等新興學(xué)科。　　酚醛樹脂的合成，開辟了高分子科學(xué)領(lǐng)域。20世紀(jì)30年代聚酰胺纖維的合成，使高分子的概念得到廣泛的確認(rèn)。后來，高分子的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究、應(yīng)用三方面保持互相配合和促進(jìn)，使高分子化學(xué)得以迅速發(fā)展。　　各種高分子材料合成和應(yīng)用，為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術(shù)，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能優(yōu)異而成本較低的重要材料，成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要標(biāo)志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學(xué)工業(yè)的重要支柱。 20世紀(jì)是有機(jī)合成的黃金時(shí)代。化學(xué)的分離手段和結(jié)構(gòu)分析方法已經(jīng)有了很大發(fā)展，許多天然有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)問題紛紛獲得圓滿解決，還發(fā)現(xiàn)了許多新的重要的有機(jī)反應(yīng)和專一性有機(jī)試劑，在此基礎(chǔ)上，精細(xì)有機(jī)合成，特別是在不對(duì)稱合成方面取得了很大進(jìn)展。　　一方面，合成了各種有特種結(jié)構(gòu)和特種性能的有機(jī)化合物；另一方面，合成了從不穩(wěn)定的自由基到有生物活性的蛋白質(zhì)、核酸等生命基礎(chǔ)物質(zhì)。有機(jī)化學(xué)家還合成了有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)化合物和有特效的藥物。這些成就對(duì)促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用；為合成有高度生物活性的物質(zhì)，并與其他學(xué)科協(xié)同解決有生命物質(zhì)的合成問題及解決前生命物質(zhì)的化學(xué)問題等，提供了有利的條件。　　【化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)】20世紀(jì)以來，化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)可以歸納為：由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩(wěn)定態(tài)向亞穩(wěn)定態(tài)發(fā)展，由經(jīng)驗(yàn)逐漸上升到理論，再用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和開創(chuàng)新的研究。一方面，為生產(chǎn)和技術(shù)部門提供盡可能多的新物質(zhì)、新材料；另一方面，在與其它自然科學(xué)相互滲透的進(jìn)程中不斷產(chǎn)生新學(xué)科，并向探索生命科學(xué)和宇宙起源的方向發(fā)展。

化學(xué)在發(fā)展過程中，依照所研究的分子類別和研究手段、目的、任務(wù)的不同，派生出不同層次的許多分支。在20世紀(jì)20年代以前，化學(xué)傳統(tǒng)地分為無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)四個(gè)分支。20年代以后，由于世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，化學(xué)鍵的電子理論和量子力學(xué)的誕生、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，化學(xué)研究在理論上和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都獲得了新的手段，導(dǎo)致這門學(xué)科從30年代以來飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了嶄新的面貌。現(xiàn)在把化學(xué)內(nèi)容一般分為生物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)、物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)等五大類共80項(xiàng)，實(shí)際包括了七大分支學(xué)科。　　根據(jù)當(dāng)今化學(xué)學(xué)科的發(fā)展以及它與天文學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地學(xué)等學(xué)科相互滲透的情況，化學(xué)可作如下分類：　　無機(jī)化學(xué)：元素化學(xué)、無機(jī)合成化學(xué)、無機(jī)固體化學(xué)、配位化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、有機(jī)金屬化學(xué)等　　有機(jī)化學(xué)：普通有機(jī)化學(xué)、有機(jī)合成化學(xué)、金屬和非金屬有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、有機(jī)分析化學(xué)。　　物理化學(xué)：化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)。　　分析化學(xué)：化學(xué)分析、儀器和新技術(shù)分析。　　高分子化學(xué)：天然高分子化學(xué)、高分子合成化學(xué)、高分子物理化學(xué)、高聚物應(yīng)用、高分子物力。　　核化學(xué)：放射性元素化學(xué)、放射分析化學(xué)、輻射化學(xué)、同位素化學(xué)、核化學(xué)。　　生物化學(xué)：一般生物化學(xué)、酶類、微生物化學(xué)、植物化學(xué)、免疫化學(xué)、發(fā)酵和生物工程、食品化學(xué)等。　　其它與化學(xué)有關(guān)的邊緣學(xué)科還有：地球化學(xué)、海洋化學(xué)、大氣化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、宇宙化學(xué)、星際化學(xué)等。【關(guān)于化學(xué)家】不能簡(jiǎn)單地以他們的收入來衡量是否富有，做研究不同于普通上班賺錢的白領(lǐng)。你可能沒有學(xué)到很深的化學(xué)吧~其實(shí)化學(xué)的領(lǐng)域很廣。單從基礎(chǔ)化學(xué)就有無機(jī)化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，分析化學(xué)，物理化學(xué)這四門。后三者都是很難的學(xué)科（也許中學(xué)里會(huì)學(xué)到一些有機(jī)化學(xué)的東西，不過你看完大學(xué)里的有機(jī)化學(xué)書就知道有機(jī)是多么難）。沒有一定的理科基礎(chǔ)是□中國科學(xué)院院士 唐有祺 化學(xué)學(xué)科從近代化學(xué)算起已有兩個(gè)世紀(jì)的歷史。 它與物理學(xué)和生物學(xué)都是自然科學(xué)中的主要基礎(chǔ)學(xué)科。 它們都有各自的使命和傳統(tǒng), 隨著發(fā)展, 由于在其內(nèi)容深處的盤根錯(cuò)節(jié), 表現(xiàn)出相互之間越來越密切的關(guān)系。 現(xiàn)在要結(jié)合化學(xué)與物理學(xué)和生物學(xué)的關(guān)系來談?wù)劵瘜W(xué)學(xué)科的發(fā)展歷程。 化學(xué)學(xué)科之奠立和原子論 近代化學(xué)發(fā)軔于18世紀(jì)和19世紀(jì)之交提出的元素學(xué)說(拉瓦錫,1774)和原子學(xué)說(道爾頓,1803)。 此前多個(gè)世紀(jì)都曾進(jìn)行過與化學(xué)有關(guān)的實(shí)踐, 其中包括煉丹術(shù)和煉金術(shù)。 從這些盲目實(shí)踐中得出了教訓(xùn), 要求在從事物質(zhì)轉(zhuǎn)化探索的同時(shí)注視物質(zhì)的組成問題, 元素和原子學(xué)說應(yīng)運(yùn)而生。 化學(xué)由此進(jìn)入了持續(xù)至今以原子論為主線的新時(shí)期。 從1960年起, 康尼查羅采納了阿佛加德羅假說, 理順了當(dāng)量和原子量的關(guān)系, 并改正了當(dāng)時(shí)的化學(xué)式和分子式, 從而使原子-分子論得以確立。 原子-分子論指明 : 不同元素代表不同原子; 原子在空間按一定方式或結(jié)構(gòu)結(jié)合成分子; 分子通過結(jié)構(gòu)決定其性能; 分子進(jìn)一步集聚成物體。 這個(gè)理論基礎(chǔ)在化學(xué)的發(fā)展進(jìn)程中不斷豐富、 深化和擴(kuò)展, 但并無顛覆性變化。 物理學(xué)在兩個(gè)發(fā)展時(shí)期中與化學(xué)的關(guān)系 物理學(xué)學(xué)科的發(fā)展經(jīng)歷兩個(gè)時(shí)期 : 從質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和波動(dòng)這兩極來反復(fù)研究熱、光、聲、電、磁等效應(yīng)的經(jīng)典物理和揭示了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)及波-粒二象性后的近代物理。 在經(jīng)典物理時(shí)期, 化學(xué)與物理之間曾有過一種約定俗成的分工, 其要點(diǎn)是化學(xué)要追究物質(zhì)的組成, 而物理在研究中則需回避物質(zhì)組成的變化。 雙方居然取得了種瓜得瓜、種豆得豆的效果 ：迷戀于追究物質(zhì)組成的化學(xué)在19世紀(jì)中建成了原子-分子論, 發(fā)現(xiàn)和合成了眾多化合物, 揭示了元素周期系和碳的價(jià)鍵四面體向以及關(guān)于結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)等規(guī)律, 對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)大為開擴(kuò)和深入, 并為資源的開發(fā)和利用提供了科學(xué)依據(jù)。 但化學(xué)學(xué)科當(dāng)時(shí)若要再深入一步就需要迎接外來的契機(jī)了。 幸好擺弄熱、光、聲、電、磁等效應(yīng)的經(jīng)典物理也取得了累累成果，為機(jī)、電和儀表工業(yè)等的奠立提供了理論基礎(chǔ)，并從19世紀(jì)末起終于在揭示原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和波-粒二象性后將牛頓力學(xué)上升到量子力學(xué), 并為科技的研究和開發(fā)提供了一系列新手段。 近代物理對(duì)化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展, 不論在實(shí)驗(yàn)和理論上都提供了新的起點(diǎn)。 X射線等電磁波以及同位素和放射性等的廣泛應(yīng)用是這個(gè)新時(shí)期的重要標(biāo)志。 X射線衍射“喧賓奪主”, 成為測(cè)定結(jié)構(gòu)的主要方法。 在原子結(jié)合成分子的層次上, 牛頓力學(xué)無能為力, 正好需要量子力學(xué)，量子化學(xué)應(yīng)運(yùn)而起。 生物化學(xué)之崛起 生命科學(xué)是從現(xiàn)象到本質(zhì)研究生命的學(xué)科, 它的核心是生物學(xué), 包括農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科。 生物學(xué)在19世紀(jì)后半期中接連出現(xiàn)了三大突破性發(fā)現(xiàn), 它們是 : 進(jìn)化論(達(dá)爾文, 1859) ; 細(xì)胞學(xué)說(魏爾嘯,1860)和遺傳定律(孟德爾,1865和德符里斯, 1990)。 它們抓住了生命和有關(guān)現(xiàn)象中最普遍和最特征的事物, 為生物學(xué)奠立了學(xué)科框架。 但生物學(xué)要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展, 特別是要揭示更多的共性和本質(zhì), 極大限度地消除其神密色彩以及解決農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的問題, 就必須從化學(xué)來研究生命和生物, 并將認(rèn)識(shí)的層次從細(xì)胞深入到分子。 這時(shí), 化學(xué)在奠立了原子-分子論后, 又經(jīng)過了幾十年, 已能在分析和合成以及研究分子的結(jié)構(gòu)等方面都有了長足的進(jìn)展。 比起1828年韋勒從氰酸銨制取尿素的工作, 水平和意義已不可同日而語。 這樣就從有機(jī)化學(xué)中開辟了生物化學(xué)研究方向, 并逐漸形成了生物化學(xué)學(xué)科。 它是將生物學(xué)引向分子水平的先驅(qū)學(xué)科。 現(xiàn)選列與本文內(nèi)容密切相關(guān)的生物化學(xué)重大成果如下 : E? 費(fèi)希爾 (1907) 奠立蛋白質(zhì)化學(xué); A. Todd (1944) 奠立核酸化學(xué); O.T. 艾弗里 (1944) 確定基因的載體是DNA, 而不是蛋白質(zhì); A.J.P. 馬丁和R.L.M. 辛格 (1944) 發(fā)展出紙色層分析技術(shù); E? 夏爾加夫(1950) 得出DNA中胸腺嘧啶(A)與腺嘌呤(T)和胞嘧啶(C)與鳥嘌呤(G)的等分子數(shù)關(guān)系以及F? 桑格 (1953) 測(cè)定胰島素中各種氨基酸殘基的定量組成, 并進(jìn)一步測(cè)定其順序。 生物化學(xué)研究了動(dòng)物、植物以及微生物等各種生命形態(tài)的化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)了形形色色的生物具有令人驚異的共性。 生物體的基本單位是細(xì)胞, 而構(gòu)成不同形態(tài)生命的細(xì)胞具有極為相似的分子設(shè)計(jì)。 化學(xué)的使命和傳統(tǒng) 借助于近代物理, 化學(xué)得以如虎添翼般地迅速發(fā)展, 與物理成為能充分交流和合作的學(xué)科伙伴, 而進(jìn)入了分子水平前后的生物學(xué)也為化學(xué)學(xué)科提供了更多更能充分發(fā)揮其作用的問題。 化學(xué)學(xué)科的核心任務(wù)仍然是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性能以及相互之間的轉(zhuǎn)化。 物質(zhì)在分子水平上相互轉(zhuǎn)化的過程稱為化學(xué)過程。 生命過程以及極大部分制取物資和材料的過程都是化學(xué)過程。 難怪國外有人這樣估計(jì)化學(xué)在今后25年中的成就 : 除了繼續(xù)培育化學(xué)的核心學(xué)科外, 化學(xué)家還將揭示生物學(xué)中的很多奧密, 并創(chuàng)造出具有神奇性能的新物質(zhì)。 國外對(duì)化學(xué)還有一種甚囂塵上的提法, 說化學(xué)是一門中心科學(xué), 它與社會(huì)各方面的需要有關(guān)。 而從學(xué)科之間的地位來看, 化學(xué)也確實(shí)處在一個(gè)多邊關(guān)系的中心。 但我們也不會(huì)對(duì)國內(nèi)另一種說法聽而不聞 : 物理學(xué)以物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)為其研究對(duì)象, 從而其他學(xué)科與物理可以統(tǒng)稱為物理科學(xué)。 化學(xué)之所謂中心地位當(dāng)淵源于它突出物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)。 實(shí)際上, 物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)是一個(gè)統(tǒng)一體的兩個(gè)側(cè)面: 既無不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)之物質(zhì), 當(dāng)更無不依附于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。 這樣, 物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)理當(dāng)分別屬于化學(xué)和物理。 因此, 比較合理的提法顯然是 : 化學(xué)和物理合在一起在自然科學(xué)中形成一個(gè)軸心。 化學(xué)學(xué)科的傳統(tǒng)工作方式是從整理天然產(chǎn)物和耕耘元素周期系來發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新物質(zhì)并進(jìn)行積累的, 然后為各種用途篩選出合適的物質(zhì)。 從化學(xué)發(fā)展水平不斷提高以及也面臨著不斷更新的需求來看, 化學(xué)學(xué)科的發(fā)展如果局限在這種模式上, 未免有點(diǎn)作繭自縛。 首先可以考慮, 工作能否逆向而行, 即根據(jù)所需性能來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu), 再來進(jìn)行合成。 其次, 目光不要只盯在單個(gè)分子或化合物上, 而要把視野擴(kuò)大到復(fù)雜體系上。 化學(xué)要多致力于貫通性能、結(jié)構(gòu)和制備三者之間關(guān)系的理論。今后它也當(dāng)更多地注意生物和工程技術(shù)性能, 而不要只考慮分離和表征組分的性能。 化學(xué)應(yīng)該多提倡這種可以歸之為分子工程學(xué)的工作模式。 生物學(xué)之進(jìn)入分子水平 生物化學(xué)的研究已經(jīng)帶動(dòng)生物學(xué)走向分子水平。 而在1950-1960年的十年中,作為生物學(xué)進(jìn)入分子水平的最后一關(guān), 蛋白質(zhì)和核酸高級(jí)結(jié)構(gòu)問題的研究陸續(xù)取得了突破, 使關(guān)于生命過程以及生物大分子功能的認(rèn)識(shí)開始從知其然向知其所以然發(fā)展, 推動(dòng)生命科學(xué)進(jìn)入了分子水平, 并使分子生物學(xué)得以確立。 生命過程幾乎沒有不在生物大分子的參與下進(jìn)行的。 提出或測(cè)定生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)從而對(duì)其功能作出說明的先驅(qū)工作有 : 鮑林和科里提出蛋白質(zhì)的α螺旋模型(1951); 沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)(1953) ; 佩魯茨和肯德魯測(cè)定血紅和肌紅蛋白的晶體結(jié)構(gòu)(1960); 飛利普斯測(cè)定溶菌酶的晶體結(jié)構(gòu)(1965)以及利普斯孔姆測(cè)定羧肽酶A的晶體結(jié)構(gòu)(1967); 等等。 其中以DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義最為重大。 蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)讓我們體會(huì)到, 蛋白質(zhì)分子在執(zhí)行其功能時(shí)很像是一臺(tái)分子機(jī)器。 分子水平確實(shí)給予了生命科學(xué)不可限量的活力和前景。 DNA雙螺旋模型及其發(fā)現(xiàn) 這個(gè)發(fā)現(xiàn)是奠立分子生物學(xué)的主力。 DNA雙螺旋模型是兩條通過氫鍵結(jié)合起來的互補(bǔ)DNA鏈; 這是兩條互補(bǔ)的DNA鏈通過它們之間一對(duì)對(duì)配對(duì)的有機(jī)堿分子之間的氫鍵所形成的雙螺旋。 沃森曾將DNA雙螺旋模型的發(fā)現(xiàn)過程寫成《雙螺旋》一書。 書中談到這個(gè)過程頗帶傳奇性。 他當(dāng)時(shí)認(rèn)為: 我們既已明確DNA是與遺傳有關(guān)的物質(zhì), 那么知道了DNA的結(jié)構(gòu), 當(dāng)對(duì)遺傳機(jī)制的了解必有助益; 而鮑林既已為蛋白質(zhì)得出其二級(jí)結(jié)構(gòu), 我們?yōu)槭裁床话阉姆椒☉?yīng)用到DNA上去呢? 沃森這個(gè)很有心機(jī)的想法或信念可能正是他最后取得DNA雙螺旋模型的成功之母。 為蛋白質(zhì)得出α-螺旋模型的鮑林最早體會(huì)到氫鍵在生命現(xiàn)象中是一個(gè)具有無比重要性的結(jié)構(gòu)因素。 他也為生物大分子總結(jié)出一整套價(jià)鍵和氫健的鍵長和鍵角等定量立體化學(xué)參數(shù)。 沃森肯定是在這個(gè)基礎(chǔ)上繼往開來的。 沃森和克利克還有幸從倫敦國王學(xué)院的威爾金斯那里看到富蘭克林女士(Rosalind Franklin)所攝的DNA纖維衍射圖。 這又是決定他們成敗的一個(gè)重要機(jī)遇, 因?yàn)檫@個(gè)衍射圖足以啟示, DNA具有雙螺旋結(jié)構(gòu), 而且磷酸根當(dāng)在螺旋的外側(cè)。 這已經(jīng)朝著他們的目標(biāo)又接近了一大步。 真是機(jī)會(huì)不負(fù)有心人, 還有其他機(jī)遇在文獻(xiàn)中等著他們呢。 E? 夏爾加夫在前不久(1950)發(fā)表了一個(gè)關(guān)于DNA中四種有機(jī)堿組成的工作。 這個(gè)工作指出, DNA中有機(jī)堿A與T和C與G是等分子數(shù)的。 他們1953年終于在這些前人工作的基礎(chǔ)上提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 富蘭克林的衍射圖和夏爾加夫的分析結(jié)果, 是提出這個(gè)模型的必要而充分的科學(xué)基礎(chǔ)。 這個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型既需要滿足定量立體化學(xué)的要求, 還必須體現(xiàn)夏爾加夫得出的A與T和C與G的等分子數(shù)關(guān)系。 這個(gè)模型中兩個(gè)螺旋的內(nèi)側(cè)正好只能容納兩個(gè)通過氫鍵結(jié)合起來的配對(duì)有機(jī)堿分子如A與T或C與G。 正如沃森預(yù)言的那樣, 結(jié)構(gòu)模型一經(jīng)得出就泄露了遺傳機(jī)制。 模型在無言中告訴我們: 遺傳信息體現(xiàn)在以有機(jī)堿為字母拼出的文字中; 兩條互補(bǔ)的DNA鏈成為互相復(fù)制的模板。 對(duì)化學(xué)學(xué)科未來之展望 化學(xué)學(xué)科的核心任務(wù)或今后的長遠(yuǎn)努力方向, 大體上可歸納為三個(gè)方面: (1) 開展化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)研究, 以利開發(fā)新化學(xué)過程和揭示規(guī)律; (2) 揭示組成-結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系和有關(guān)規(guī)律, 以利設(shè)計(jì)分子或結(jié)構(gòu)從而創(chuàng)造新物質(zhì); (3) 利用新技術(shù)和新原理強(qiáng)化分析和測(cè)試方法的威力, 使化學(xué)工作的耳目趨于靈敏和可靠。 展望今后化學(xué)將一如既往, 積極參與材料科學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展。 這兩個(gè)學(xué)科與化學(xué)都處在原子、分子層次上, 可以分享相當(dāng)部分的原理和方法學(xué), 而且涉及的是信息、通信以及健康、福利等新興產(chǎn)業(yè)。 在最近20年中, 新物質(zhì)的創(chuàng)制確實(shí)也是十分可觀的, 其中最為突出的是一系列高Tc超導(dǎo)氧化物以及以C60為代表的富勒烯類物。 分子篩和金屬有機(jī)物的合成化學(xué)也有值得注目的進(jìn)展。 最近對(duì)納米科技的呼聲很高。 這可能也是創(chuàng)造具有神奇性能新物質(zhì)的一個(gè)途徑。 當(dāng)前，基因總譜的工作接近完成，后續(xù)的蛋白總譜當(dāng)可為化學(xué)提供更多的機(jī)會(huì)。 這是揭示生物學(xué)中很多奧秘的好機(jī)會(huì)。 化學(xué)在能源和環(huán)境產(chǎn)業(yè)中也大有可為。 環(huán)境問題在較大程度上也與能源結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)是不可能持續(xù)很久的。 利用太陽能發(fā)電和制氫以及開發(fā)新化學(xué)能源已是當(dāng)務(wù)之急。 生命過程在本質(zhì)上是化學(xué)過程, 但我們所熟悉的體外化學(xué)過程一般還遠(yuǎn)非生命過程那樣平易而有效。 我們還需要為化學(xué)合成開發(fā)出像生命過程中的酶那么高效的催化劑。 酶分子簡(jiǎn)直是一臺(tái)分子機(jī)器。 估計(jì)化學(xué)遲早也會(huì)掌握如何為某些化學(xué)過程開發(fā)出分子機(jī)器般的催化劑。 我們也不可無視化學(xué)在生命以外的化學(xué)過程中的優(yōu)勢(shì)。 在非生命化學(xué)過程中, 溫度和壓力等實(shí)驗(yàn)條件以及化學(xué)元素組成不像在生命過程中那么局限, 而且?guī)缀跏峭耆珱]有限制的。 化學(xué)學(xué)科有時(shí)還要懂得“臨淵羨魚, 不如退而結(jié)網(wǎng)”的道理。 (據(jù)《科學(xué)時(shí)報(bào)》)

標(biāo)簽：學(xué)科進(jìn)程化學(xué)