21世纪的中心科学--化学PPT下载

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1化学—21世纪的中心科学[要点]一、什么是化学？二、化学的发展历程三、化学大家族的构成四、化学的机会与挑战2基本要求•掌握化学的研究对象；•理解“化学是21世纪的核心科学”；•了解化学发展简史；•了解21世纪化学的发展方向；•理解科学素质的含义和化学对培养当代大学生科学素质的重要意义3一、什么是化学？1、化学的定义：化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学。化学是研究包括原子、分子、分子片(组成分子的碎片)、超分子(两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体)等各种物质的不同层次与复杂程度的聚集态和组装态的合成和制备、反应和转化，分离和分析，结构和形态，化学物理性能和生物与生理活性及其规律和应用的自然科学。化学是创造新物质的分子科学4空间尺度的划分(胀观、宏观、介观、微观和渺观)•胀观：1040m•宇观(Cosmoscopic)：光年，天文望远镜，广义相对论•遥观(Remotesensoscopic)：1～30000Km，遥感技术•宏观(Macroscopic)：0.1mm～1Km，肉眼，牛顿力学•显微观(Optico-microscopic)：0.1～100μm，光学显微镜•介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic):1～100nm，电子显微镜•微观(Microscopic)：0.1～1nm，原子和小分子，量子力学•皮米观(Picosopic)：1～100pm，原子和原子核之间•飞米观(Fentoscopic)：1～10fm，原子核•亚飞米观(Subfentoscopic)：小于原子核的尺度52、化学变化的三大特征（1）化学变化是质变——化学变化是旧化学键破坏和新化学键形成的过程，其实质是化学键的重新改组。（2）化学变化是定量的变化——化学变化涉及原子核外电子的重新组合，而原子核并不发生变化。因此在化学变化前后，参与反应的元素种类不会变化，并且化学变化前后物质的总质量不变，即服从质量守恒定律，而且参与反应的各种物质之间有确定的计量关系。（3）化学变化伴随着能量变化——由于各种化学键的键能不同，所以当化学键发生改组时，必然伴随着能量的变化，伴随着体系与环境的能量交换。63、化学在现代社会中的作用和地位(Effectincontemporarysociety)（1）化学和物理并称自然科学的轴心学科为了凸显化学的重要地位，有专家提出了“中心化学”的观点，即化学可以作为自然科学的中心学科。化学与其它学科相互渗透，产生了一些前沿的新学科，如生物化学、医药化学、能源化学、材料化学、纳米化学、激光化学、放射化学、地球化学、计算化学、信息化学、环境化学、绿色化学等，已成为高科技发展的强大支柱。此外，目前化学已经从实验科学转变为实验和理论并重的科学，分子设计的思想已经贯穿整个学科中—分子工程学科。7化学日化地质物理材料纺织电子医学农业环境石油食品制药法学生物数学冶金中心化学8（2）化学的最大特点是实用性。“化学是一门满足社会需要的中心科学”构成生活的四大要素：衣、食、住、行都离不开化学传统工艺路线生产尼龙-6和尼龙-66衣：1)合成纤维：尼龙6(聚己内酰胺)、尼龙66(聚己二酸己二胺)2)染料：亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6](普鲁士蓝)9食：1)化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品的生产，高效、低污染的新农药的研制，长效、复合化肥的生产。2)食品添加剂，甜味剂、防腐剂、香料、调味剂、色素等。住：水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料都是化工产品。PVC管材：聚氯乙烯-[-CH2－CHCl-]n-，阻燃性、耐化学腐蚀、电绝缘性、化学稳定性。行：汽车需要汽油、柴油作动力，还需要汽油添加剂、防冻剂，以及润滑剂，这些都是石油化工产品。此外，药品、化妆品和洗涤品等日常用品也是化学制剂。可见，人类生活在化学世界里。10新材料：三维材料—二维薄膜材料—一维纤维材料—零维纳米材料。金属、非金属材料和高分子材料，如一维导电材料、有机薄膜材料、超导材料、功能高分子材料等。信息：信息的处理和传递介质均为新型材料。半导体、光导纤维、化学传感器（3）从社会生产和科技发展的角度来看：能源、信息和材料能源：传统矿物能源：煤、石油和天然气，其开发、炼制和综合利用中包含着极为丰富的化学知识，并已形成煤化学、石油化学等专门领域。新型能源：太阳能、氢能、核能、新型化学电池(燃料电池)，也均为化学能源。11（4）化学在给我们带来好处的同时，也有许多负面影响。比如目前全球普遍关心的四大环境问题：温室效应、臭氧层空洞、酸雨、光化学烟雾，都是工业发展排出的化学废料治理不当的结果。但是，这些环境问题的解决仍然离不开化学。环境化学：通过化学手段来监控、治理污染，净化环境。绿色化学：可持续发展，主要特点—“原子经济性”，实现“零排放”。发展新的化学反应和工艺，对现有陈旧工艺进行升级或改造，尽量提高原子利用率、节能降耗、实现零排放。“环境友好技术”或洁净技术。12二、化学的发展历程1、古代化学(15世纪以前)2、四次化学革命及元素周期律的发现3、化学键理论的建立与发展13（1）实用和自然哲学时期(～公元前后)1、古代化学(15世纪以前)100万年前，原始社会，火的利用；公元前3000年左右，奴隶社会，以实用化学工艺为特征：埃及：炼铁、鞣制皮革、提取药物香料、制造陶器公元前2500-2000年，中国铜的冶炼技术，殷代青铜器公元前一世纪，中国发明了造纸术殷代青铜器(铜锡合金)14关于宇宙的结构问题，最早的见解是我国商末(约公元前1140年)出现在“易经”中的“八卦”和“五行”学说。古印度的“五大说”(地水火气空)公元前五世纪，安培多克尔(Empedocles)提出宇宙是由水、火、气、土“四原质”构成的。公元前400年德谟克利特提出朴素的原子论。公元前四世纪，亚里斯多德(Aristotle)提出冷、热、干、湿的“四原性”学说乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑，象征天、地、雷、风、水、火、山、泽15ImmortalPhilosopherofAntiquity热干冷湿火空气水土亚里斯多德认为把“原性”取出或放入，“原质”就可以相互转化；该哲学思想支配了人们达两千年之久，使化学走上了炼金、炼丹的歧途。四原说示意图16（2）炼金术、炼丹术时期(公元前后～公元1500年)封建社会，中国道家化学炼丹(Pb3O4、HgS)公元二世纪，东汉魏伯阳著有世界最早炼丹术文献公元四世纪，东晋葛洪著有炼丹术巨著，发现了反应的可逆性(HgS←→Hg；Pb3O4←→Pb)以及金属间的取代(Fe和Cu盐)这段时期，化学走入了歧途，但积累了更多的化学知识，提高了实验技术，制作了操作器皿。17德国伟大的化学家李比希(1803-1873)曾经说过，“炼金术实质上就是化学”。但是，直到17世纪以前，化学几乎谈不上是一门科学。炼金术、冶金术和医药化学对近代化学的产生，的确有无可怀疑的贡献，但它们的研究目的多属于实用性质，因而还不能称为科学。15世纪的炼金装置(大英图书馆)中世纪炼金术士工作的地方18炼丹术—中国古代CVD技术(g)S2Hg(g)2HgS(s)2TT12“升炼”：“化学输运”，物质在高温下气化分解，然后在温度较低的地方反应沉积生成薄膜、晶体或粉末等形式的产物。炼丹术：“人造辰砂”，现在用于生长砷化镓等电光晶体。(g)WI(g)3IW(s)63000~C1400219（3）医药化学时期(公元1500～1700年)16世纪初，欧洲资本主义工业的发展迫使化学走上正路炼金术改革，化学方法制成药剂(无机物)明代李时珍《本草纲目》，列有中药材、矿物1000多种并附有制备方法、性质介绍明代宋应星著有《天工开物》(1639年)，总结了我国的工业技术20（4）燃素说时期(公元1700～1774年)英国的波义尔(Boyle)提出各种物质的微粒都是由基本粒子的不同聚集体构成的。对燃烧现象认为火是由一种实在的、具有重量的火微粒构成的。1700年，德国的施塔尔(Stahl)提出“燃素说”，清除了“原性”学说。法国拉瓦锡(Lavoisier)的燃烧的氧学说，近代化学由此萌芽。21•近代化学的建立归功于天平的使用，化学进入定量阶段1748年，罗蒙诺索夫的质量不灭定律1774年，拉瓦锡(Lavoisier)的氧化理论18世纪末，普劳斯特(Proust)的定比定律1803年，道尔顿(Dalton)倍比定律、当量定律、原子学说、相对原子量概念1808年，盖.吕萨克(Gay-Lussac)的气体反应体积定律1811年，阿佛加德罗(Avogadro)定律和分子概念1869年，门捷列夫的元素周期律2、四次化学革命及元素周期律的发现22美国化学家鲍林(1901-1994)量子化学奠基人之一英国化学家波义耳(1627-1691)化学之父法国化学家拉瓦锡(1743-1794)近代化学之父英国化学家道尔顿(1766-1844)科学原子论创始人四次化学革命的领军人物23波义耳是站在古代化学和近代化学的交叉点上，继往开来的伟大人物。他“把化学确立为科学”(恩格斯语)，被誉为“化学之父”(墓碑语)。波义耳崇尚实验。“空谈毫无用途，一切来自实验”。他把严密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。（1）第一次化学革命罗伯特·波义耳(R.Boyle)(1627-1691,英国)《TheScepticalChymist》《怀疑派的化学家》一书的封面和扉页(1661年)24（2）第二次化学革命1783年出版名著《关于燃素的回顾》，提出燃烧的氧化学说；1789年出版《初等化学概论》，批判了统治化学界近百年的“燃素说”，被誉为“化学中的牛顿”、“近代化学之父”。1703年，德国化学家斯塔尔(G.E.Stahl,1660-1734)提出燃素说。从17世纪末到18世纪末的100年间，燃素说成为化学理论的权威。安托万-劳伦·德·拉瓦锡，1743-1794，法国Antoine-LaurentdeLavoisier拉瓦锡在做实验，夫人做记录251803年创立科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。（3）第三次化学革命约翰·道尔顿,JohnDalton(1766-1844,英国)[古希腊德谟克利特(Democritus，公元前460-前370)提出的原子学说：世界万物都是由微小的、不可再分割的微粒——原子组成。认为原子和虚空构成了整个茫茫宇宙。实际上是一种哲学思辨，并无科学实验依据]2619世纪末物理学领域三项重大发现(X射线:1895;放射性:1896;电子:1897)，首先揭开了物理学革命的序幕，导致了量子力学的诞生。量子力学在化学领域的实践形成了量子化学，成为现代化学的理论支柱。（4）第四次化学革命鲍林,LinusPauling1901-1994,美国1930年，鲍林和德国物理学家J.C.Slater(1900-1976)建立了价键理论(VBT,亦称HLSP理论)，鲍林还提出杂化轨道理论，以及电负性、键参数、杂化、共振、氢键等概念。鲍林是现代最伟大的化学家之一，他对化学的最大贡献是关于化学键本质的研究以及在物质结构方面的应用，1954年获诺贝尔化学奖，1962年获诺贝尔和平奖。271869年，门捷列夫和德国化学家迈尔(J.L.Meyet,1830-1895)独立发现元素周期律。迈尔对元素性质的研究偏重于物理性质，门捷列夫则更多地着眼于元素的化学性质。元素周期律的发现在化学发展史上具有划时代的意义，它揭示了自然界一条最基本的规律，是化学发展史上继原子论之后又一次重大的综合，成为化学的主要基石之一。门捷列夫,D.I.Mendeleev1834-1907,俄国（5）元素周期律的发现ZeitschriftfürChemie,12,405-6(1869)283、化学键理论的建立与发展历程（1）价键理论(VB理论，电子配对理论)：1)离子键理论(电价理论)：1916年，德国基尔大学理论物理学教授柯塞尔(W.Kossel,1888-1956)提出两元素原子间依靠电价键结合的理论，现在称为离子键。2)共价键理论(经典Lewis学说)：1916年，美国加州大学路易斯(G.W.Lewis,1875-1946)提出共价键理论。1919年美国化学家朗缪尔(I.Langmuir,1881-1957)又提出原子间共用电子对可以由一个原子单独提供(共价键理论有时也称为路易斯-朗缪尔理论)。29（2）分子轨道理论(MO理论)：1928年，美国科学家莫利肯(R.S.Mulliken,1896-1986)和德国科学家洪特(F.Hund,1896-1997)等人首先提出分子轨道理论。分子轨道理论的出发点是分子的整体性，50年代开始，价键理论逐渐被分子轨道理论所替代。莫利肯1966年荣获诺贝尔化学奖。（3）晶体场理论：1929年，物理学家贝特(H.Bethe,1906-2005,1967年诺贝尔物理奖)和范弗雷克(J.H.vanVleck,1899-1980,1977年诺贝尔物理奖)提出晶体场理论。（4）配位场理论(LFT)：1952年，欧格尔(L.E.Orgel)把晶体场理论与分子轨道理论相结合，建立了配位场理论(Ligand-FieldTheory)。30三、化学大家族的构成化学发展至今，从波义耳时代算起已有350年历史。已根深叶茂，形成许多学科分支。一般把化学称为一级学科，其分支学科称为二级学科。按研究对象或研究目的不同，可将化学分为：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学、化学工程、化学生物学等二级学科。二级学科以下还可细分为三级学科。如配位化学是无机化学的分支学科等。化学的基础教学-四大化学：分析化学无机化学有机化学物理化学31除去碳氢化合物及其大多数衍生物外，无机化学研究无机物的组成、结构、性质和无机化学反应与过程的化学。以研究元素及其化合物性质为主要内容。最古老的化学分支，早期的化学研究基本属于无机化学范畴。如：青铜、陶瓷、彩陶、点金术、炼丹术、黑火药等；现代无机化学的形成则以1870年前后发现周期律和公布周期表为标志。1、无机化学32研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支，也有人称为“碳的化学”。有机化学的结构理论和有机化合物的分类，形成于19世纪下半叶。1861年的碳的四价概念和1874年的四面体学说，至今仍是有机化学最基本的概念之一，世界有机化学权威杂志就是用Tetrohedron(四面体)命名的。2、有机化学33维勒FriedrichWöhler(1800-1882,德国)尿素合成人李比希JustusvonLiebig(1803-1873,德国)有机化学之父凯库勒FriedrichAugustKeKule(1829-1896,德国)苯环结构发现者34测量和表征物质的组成和结构的分支学科，以研究物质化学组成的鉴定方法为主要内容。分析化学的三大领域：含量的测定、成分的分析、结构的表征。形成最早，19世纪初，贝采里乌斯准确测定原子量，促进了分析化学的发展，分析化学之父。3、分析化学：化学研究的手段和工具分析方法的分类：化学分析：以化学反应为基础，滴定分析和重量分析仪器分析：利用特定仪器并以物质物理化学性质为基础35是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，用物理学的原理和方法研究化学变化基本规律的科学。属于化学学科的基础理论部分，是研究物质结构与性能及其变化规律和化学反应过程中能量关系的化学学科分支。1887年Ostwald•W和van´tHoffJH合作创办了《物理化学杂志》，标志着这个分支学科的形成。4、物理化学：研究化学变化的一般规律36物理化学是化学学科的理论核心，主要内容包括：宏观化学反应理论：化学热力学：研究化学反应的方向和限度；化学动力学：化学反应的速率和机理；胶体与界面化学、电化学、催化化学微观物质结构理论：量子化学结构化学：物质的微观结构与宏观性质间的关系。化学反应过程中的结构变化—化学反应机理宏观与微观的结合—统计力学37物理化学三剑客1887年，阿仑尼乌斯提出电解质电离理论。该理论与法拉第电解定律(1834)、门捷列夫元素周期律(1869)一起奠定了现代化学的基础。同年，奥斯特瓦尔德创办《物理化学杂志》(ZeitschriftfürphysikalischeChemie)，标志着物理化学学科的建立。范特霍夫方程。阿仑尼乌斯SvanteA.Arrhenius(1859-1927,瑞典)电离理论创立者NobelPrizeinChem.1903奥斯瓦尔德WilhelmOstwald(1853-1932,德国)物理化学之父NobelPrizeinChem.1909范特霍夫JacobusH.van’tHoff(1852-1911,荷兰)NobelPrizeinChem.190138四、化学的机会与挑战1、化学研究的永恒目标—物质的制备发现和合成新元素设计和合成新分子制备和组装新物质组装和加工新材料2、当前化学的主要任务和发展动向开发最佳的化学过程(原子经济反应、绿色化学)以社会需要为导向，寻找和设计最佳的化合物和材料发展分析测试新方法393、化学研究的六个发展趋势——徐光宪：21世纪的化学是研究泛分子的科学1、不同学科之间的交叉和融合(1)生命科学中的基本化学问题(2)材料科学中的基本化学问题(3)可持续发展的基本化学问题2、理论和实验更加密切结合3、更加重视尺度效应(分子以上层次、尺度效应和多尺度问题)4、合成化学的新方法5、造成污染的传统化学向绿色化学的转变6、新实验方法的建立和方法学研究404、21世纪化学的四大难题——徐光宪：21世纪的化学是研究泛分子的科学化学的第一根本规律——精确有效而又普遍适用的化学反应理论和定律化学的第二根本规律——结构和性能的定量关系纳米尺度的基本规律活分子演化的基本规律(生命现象的化学机理)41现代化学基本知识、理论与技能—当代大学生科学素质的重要组成部分化学科学的理论、观点和方法对审视科学、技术和社会发展的“潜在”作用；对社会道德和法律约束的深刻理解；弘扬科学精神，追求真善美。化学观点对工程实践的指导作用：“原子经济性”—投入产出“动态平衡—效果与效率结构与性能—内因与外因……化学的研究方法—理论与实践的完美结合。42化学科学的研究方法受控实验实验数据唯象理论“预见”数值拟合验证（？）公理、假设形式理论再演绎、近似和计算“预见”模型验证实验事实a.归纳法b.演绎法43科学素质•科学素质：包括科学知识、科学方法和科学精神。–科学知识——正确认识和理解系统的科学术语和概念；掌握基本的科学理论和科学原理。–科学方法和技能——了解和掌握一般科学研究的过程和方法，具备科学的思维习惯，具有良好的实验操作技能。–科学精神——科学精神是科学发展的最高境界。要求大学生能深刻理解科学的本质——认识世界的客观性、逻辑一致性和实践的可检验性，追求真善美的协调和统一。具有怀疑的意识、批判的理性和谦恭的心态。2003年公民科学素质调查表明，我国达到公民科学素质标准的人口比例为2％，而美国2001年就达到了17％。近期一项同日本、美国、欧盟15国的比较调查显示，我国公众对“科学知识”“科学方法”的了解程度均为倒数第一.44本课程学习的目的•最基本的两条：–什么是化学？–非化学类专业的学生为什么要学化学？•若干年后：–在工作中分清哪个属于化学问题？–需要找什么样的文献资料，找什么样的合作者？–能与化学领域的人交谈，能够大体上听懂所谈的问题属于什么化学范畴。45有效数字及实验结果的数据表示m◆分析天平(称至0.1mg):12.8218g(6),0.2338g(4),0.0500g(3)◇台秤(称至0.1g):4.0g(2),0.2g(1)V★滴定管(量至0.01mL):26.32mL(4),3.97mL(3)★移液管:25.00mL(4);☆量筒(量至1mL或0.1mL):25mL(2),4.0mL(2)有效数字：科学实验中实际能测量到的数字，其最后一位是“可疑数字”，其余各位数都是准确的。有效数字的位数：根据测量仪器和观察的精确程度决定，任何超过仪器精确程度的数字都是不正确的，有效数字的位数反映了测量误差。461、数字前0不计，数字后计入：0.02450(4)2、整数应按实际的有效数字用科学计数法表示。1000(1.0×103(2)，1.00×103(3)，1.000×103(4))3、常数可看成具有无限多位数，如4、数据的第一位数大于等于8的,运算中可多计一位有效数字，如：95.2%,8.65,e有效数字几项规定5、对数与指数的有效数字位数按尾数计，如10-2.34(2)；pH=11.02,则[H+]=9.5×10-126、误差只需保留1～2位；47有效数字的运算规则加减法：结果的小数点后位数，与各数字的小数点后位数最少的数字相同。例：50.150.1±0.150.1±0.150.11.461.46±0.011.5±0.011.5+0.5812+0.5812±0.001+0.6±0.001+0.652.141252.141252.252.252.152.1应先计算，后修约乘除法：结果的有效数字位数与各数值中有效数字最少的位数相同，与小数点后的位数或小数点位置无关。例：0.0121×25.66×1.05780.0121×25.66×1.0578＝＝0.3280.32843243248对数运算：例：pH=5.02,[H+]＝?pH＝5.01[H+]＝9.7724×10-6pH＝5.02[H+]＝9.5499×10-6pH＝5.03[H+]＝9.3325×10-6∴[H+]＝9.5×10-6mol/L49修约规则(按统计学规定)：四舍六入五成双例如,要修约为四位有效数字时：尾数≤4时舍,0.52664------0.5266尾数≥6时入,0.36266------0.3627尾数＝5时,若后面数为0,舍5成双：10.2350----10.24,250.650----250.6若5后面还有不是0的任何数皆入：18.0850001----18.09通常四舍五入50我国注水开发油田的提高采收率的方法主要是化学驱油方法，碱驱油、聚合物驱油、表面活性剂驱油，近十几年来，复合驱油(碱/表面活性剂/聚合物的复合)成为最具应用前景的驱油方法。据专家预测，采用化学复合驱油法可提高石油采收率5－15％。采油化学：提高石油采收率：但是化学驱油方法也给下游的石油炼制和石油产品后加工带来深刻的影响，产生诸如原油的破乳困难，聚合物、表面活性剂等大分子化合物保留在石油中，可能对石油炼制工艺、催化剂和产品性质产生影响。因此在解决实际问题的过程中，应该有全局观念，将各相关领域通盘考虑，不能只解决单方面的问题。51石油化学：石油及馏分性质与应用、石油炼制与化工工艺：温度范围/ºC分馏产品烃中含C数主要用途气体石油气1-4化工原料、气体燃料轻油常压馏分油30－180溶剂油汽油5-65-11溶剂，汽车、飞机用液体燃料180－280煤油10-16灯油、飞机用液体燃料、溶剂280－350柴油12-20柴油机燃料重油350－500减压馏分油润滑油凡士林18-30机械、纺织用的润滑油化妆品，医药用凡士林石蜡20-30蜡烛、肥皂沥青30-40建筑业、铺路>500减压渣油>40作电极，金属铸造燃料522003年美国消耗9.4亿吨石油，占03年世界石油总产量36.9亿吨的25.5％。中国达到美国的人均石油消耗水平，需要石油42亿吨。实际上我国生产方式仍然比较粗放，2003年消耗石油2.4亿吨，2005年突破3亿吨，石油需求增长快于发达国家。据预测，我国2003年底石油估算探明储量约220亿吨，中国人均石油消费量如果达到美国现有水平，即使将目前可开采的全部后备石油采出来，也只够用5年零3个月。世界常规石油可采资源量为3113亿吨。截止1999年底，已探明2500亿吨，累计采出1114亿吨，还有剩馀可采储量1386亿吨。如果中国达到美国的石油消费水平，世界的所有石油也仅够中国用33年。53                                 全球性的环境恶化：(1)大气臭氧层破坏；(2)温室效应；(3)大气污染；(4)淡水污染；(5)森林锐减；(6)植被破坏、沙漠化；(7)农田退化；(8)物种灭绝加剧；(9)垃圾污染；(10)有毒化学品污染。化学品污染具有危害大，作用时间长等特征，是生态环境破坏的主要根源，也是危害人类健康的主要杀手。主要污染大气和水资源。541985年，南极上方发现臭氧层空洞，主要由于氟利昂(氟氯烃)和氮氧化物的大量排放。氟利昂受紫外线光辐射分解产生氯原子，引发自由基反应分解臭氧分子。臭氧层破坏：　　左图为美国航空航天局2001年9月24日测绘出的南极臭氧层空洞图像，右图是2002年9月24日的图像。55环境化学：环境化学是因环境污染问题而兴起的一门综合性科学，包括大气污染化学、水污染化学、土壤污染化学，其任务是从化学的角度来探讨由于人类活动而引起的环境质量变化规律以及保护和改善环境的措施。在21世纪，环境化学任重道远，它涉及化学污染预防和控制、提高环境质量等，更需要发展绿色化学、工业生态学等新学科，使人类社会实现可持续发展。解决环境问题：环境化学、绿色化学56绿色化学—GreenChemistry•一种以保护环境为目标来设计、生产化学产品的新兴学科，是一门从源头上阻止污染的化学。•美国1996年设立“总统绿色化学挑战奖”。原料绿色化•无毒、无害原料•可再生资源原料化学反应绿色化•“原子经济性”反应•提高反应选择性产品绿色化催化剂绿色化•无毒、无害催化剂溶剂绿色化•无毒、无害溶剂57绿色化学的特点：（1）原子经济性：绿色化学的出发点和基础，指出了合成设计和化工生产的方向。设计合成路线时，避免使用保护基团、导向基团、离去基团等；制备过程中，尽量不产生废料，尽可能实现污染物的零排放。催化过程是实现绿色化学最重要的手段之一。（2）节能降耗：将传统的耗能化学转变为能在温和条件下进行的节能化学。仿生合成是节能化学的最好途径。节能的生产方式和原子经济模式是绿色化学最基本的组成部分。（3）零排放与洁净生产：绿色生产过程应该不产生“三废”，具有极高的选择性，极少有副产物。研究目标，是人类社会实现可持续性发展的需要。58绿色研究的主要内容：研究范围包括基础研究(绿色合成工艺)和应用(传统工艺绿色改造)两部分。从长远的观点看，最大限度的利用资源。绿色化学反应：原料、试剂、反应条件、产物。绿色催化：化工生产核心技术，石油化工、高聚物材料、合成氨、精细化学品。有机溶剂－水相两相催化体系：选用水和无毒有机溶剂溶解催化剂和反应物。生物技术：生物工程，如酿醋、酿酒、生物柴油等。