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化学创造美好生活-凯时国际ag

时间:2017-07-11 作者:tjfch

“化学的历史可以追溯到什么时候?”“化学的应用领域有哪些?”“化学是怎样改变世界的?”“我们有必要谈‘农药’色变吗?”“你知道人类的平均寿命因为化学的发展而延长了多少吗?”……

7月15日,2015年青少年科学营南开大学分营的中学生小营员们聆听了一场生动有趣的化学普及课,而授课教师则是中国科学院院士、南开大学化学学院教授周其林。

这堂化学课没有复杂的反应方程式,也没有高深艰涩的前沿理论,有的只是一个又一个有趣的化学故事。从原始人懵懂的“化学实践”到现代化学的“无处不在”,从食品医药到能源军事,从创造多姿多彩的生活到导致环境污染的困扰,周其林院士带领小营员们一同畅游化学世界。

化学的“前世今生”

“什么是化学?”周其林以设问开始了讲座。在听过小营员们五花八门的回答后,他简练地总结,化学是研究“变化”的科学,是在原子、分子、离子及其聚集体层次上研究物质性质及其变化过程的科学。

“化学是一门极富创造性的中心学科,它已经成为人们认识世界、改变世界、保护世界的主要方法和手段。”周其林说。

他接着介绍,化学的历史可以追溯到100多万年前的远古时代,那时候原始人开始学会了用火。5000多年前,人类掌握了发酵、酿酒的技术。2000多年前,中国的炼丹术和西方的炼金术开始出现,chemistry(化学)一词即来源于alchimya(炼金术)。而中国历史上的造纸、火药、瓷器、冶金等对世界产生重要贡献的技术同样是古人的化学实践。

1661年,英国化学家波义耳提出元素的概念,标志着化学成为一门自然科学。随后的一百多年间,人们发现多种气体的存在,建立了氧化理论和质量守恒定律,为化学科学进一步发展奠定了基础。1661年到1777年也被认为是近代化学的萌芽时期。

1777年到1900年是近代化学的发展期。法国化学家拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期。19世纪初,英国化学家、物理学家道尔顿提出近代原子学说,意大利物理学家、化学家阿伏加德罗提出分子概念。自从用原子-分子论来研究化学,化学才真正被确立为一门科学。

随后,俄国科学家门捷列夫发现元素周期律,德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论,使化学成为一门系统的科学,也为现代化学的发展奠定了基础。

“为什么说化学是中心学科?化学的大家族中包含哪些成员呢?”周其林讲,无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、高分子化学、化学生物学等都是化学学科的分支,作为中心学科,它是化学工程、生命科学、材料科学、环境科学、药学、医学等相关学科的基础。

“生活中你放眼望去,几乎没有一样东西能够离得开化学。化学无处不在,它早已改变了我们生活的这个世界。”周其林说。

正视化学贡献 树立科学精神

讲座中,周其林用大量的实例、翔实的数据分别讲述了化学在粮食、农药、医药、材料、能源、环境保护等不同领域发挥的重要作用。同时,结合“环境污染”“转基因”等社会热点话题,告诫中学生们要客观评价化学的贡献,要树立科学精神,坚持独立思考。

“1960年,地球人口只有30亿,目前已经增加到70亿,预计到2050年,地球人口将增长到90亿,人均耕地面积将从1960年的4300㎡下降到1640㎡。粮食问题成为威胁人类生存的头号难题,怎么办?”周其林说,化肥的发明功不可没。据统计,当今世界上1/3的粮食产量源于化肥带来的增产。

大气成分中约4/5是氮气,如何将它们转化为可以被植物利用的物质形式,即所谓的“固氮”一直是科学家关注的重大课题。

周其林讲到,19世纪以前,农业所需氮肥的来源主要是有机物的副产品,如粪类、种子饼及绿肥等,这显然不能满足农业的发展。1909年,德国化学家哈伯在实验室中在600°c、200大气压下,用金属锇作催化剂,以6%的收率成功获得合成氨,开启了合成氨的新纪元。1913年,德国化学工程专家博施进一步改进了这一技术(以铁为催化剂),成为著名的“哈伯-博施”法合成氨过程。

“合成氨技术的发明结束了人类完全依靠天然氮肥的历史,大大促进了农业的发展。是当之无愧的20世纪最重要的发明。”周其林说。

农药是化学对农业的另一贡献。据统计,全世界由于使用农药,每年减少30-35%的作物损失。如果停用农药,水果将减产78%,蔬菜减产54%,谷物则要减产32%。

针对目前社会上普遍存在的“谈农药色变”现象,周其林认为,化学农药的贡献不可抹杀,而且在今后相当长的时间里仍然是植物保护的主力。生物农药、转基因作物的效果、安全性以及对于环境的影响还不够明朗,还难以全面担当起植物保护的重任。

“超高效、低用量、安全无公害、环境生态友好的绿色农药是未来的方向。”周其林告诉小营员们,要实现这个目标,仍然离不开化学工作者的努力。

化学家的责任和担当

美国化学文摘(cas)网站2009年7月7日宣布已经收录了5000万种化学物质,并且以平均每个月120多万种的势头在增长,目前已经达到1亿种(截止2015年7月1日)。这些物质绝大部分是由化学家创造出来的。化学已经改变、并将继续改变世界。化学影响到人类生活的各个方面。可以说,化学家在自然世界旁边又建造了一个“人工世界”。

现场中学生提问“质疑”院士,“现在大家都推崇纯天然的东西,而化学家为什么还在人工制造东西?”

“其实不论是天然的还是合成的,如果是同一种物质,从科学的角度看它们的性质是没有任何区别的。”周其林说,千万不要盲信“天然的就是好的”,化学为人类社会进步做出的贡献有目共睹,千万不能因为少数人的错误做法产生了一些问题,就全盘否定了化学。

周其林说,“改造自然,追求美好生活是人类的本性,但是我们要遵循自然规律,把世界改造得更加适合人类生活。”

“化学家有责任保护我们的世界,需要努力发展绿色化学,使我们的生活更加美好。”讲座最后,周其林不忘叮嘱小营员们如果将来成为他的“同行”一定不要忘记化学工作者的责任和担当。

 

 

来源:南开大学凯时国际ag官网

原标题:化学创造美好生活,青少年科学营南开大学分营的小营员与院士共话“神奇化学”

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