现代炼金炉里的锦团花簇化学与高新技术_周有恒梅平编著.pdf

图书在版编目（CIP）数据 现代炼金炉里的锦团花簇化学与高新技术/周有恒，梅平编著.湖北省科普作家协会组编，武汉：湖北科学技术出版社 ,2012.03【丛书名】基础科学与高新技术科普丛书（修版）ISBN 978-7-5352-2164-3 主题词：数理科学和化学/应用化学 中国分类号：O69-49 原书定价：19.00 元 订基础科学与高新技术科普丛书（修订版）编辑委员会顾问曲颖主任夏航副 主 任栗陶生邓宗琦蔡华东刘洪峰刘健飞编委（按姓氏笔画排列）龙敏刘虹刘声远李小虎李合生李慎谦余永东陈炜张端明周有恒高布锡景才瑞执行主编李小虎李慎谦1出版说明当今世界，社会高速发展，生活瞬息万变。人们正在从各种途径汲取营养，丰富自己，以求得多元的知识结构。世界科学技术突飞猛进，一个国家、一个民族在科学技术上不断进取，就可能实现社会经济跨越式发展。国人，尤其是背负着时代赋予重大责任的青年人，已清醒地意识到，科学技术知识蕴含着恰能开发他们担负起这种责任的巨大潜能，基础科学和高新技术知识便成为他们涉猎的热点。正是为了满足人们对基础科学和高新技术的这种急切需要，十多年前湖北省科普作家协会即组织数十位专家、教授，撰写了一套 基础科学与高新技术科普丛书，并获得了湖北省科普创作一等奖；在其影响下，有的在管理岗位上健康发展，有的则成为科研之栋梁。随着时间的推移和科学技术的高速发展，广大读者迫切期望看到一套更及时更全面介绍新科学、新技术、新知识的丛书。深入实施 全民科学素质行动计划纲要 的需要及使命感，特别是在读者的感召下，我们重新修订、出版了这套 基础科学与高新技术科普丛书（修订版）。2基础科学与高新技术科普丛书丛书（修订版）力图从科学发展观的高度把握当代科学的最新成就和特点，通过精选、咀嚼、消化了的高新科技知识，使读者在了解新知识的同时，认识世界科技发展的趋势，激发全民的科技热情，以及对祖国、对民族的热爱和使命感。还特别注重于科学精神、科学思想和科学方法的介绍，企望以此引导人们改变传统的、陈旧的思想观念，确立新的科学理念，运用科学方法，启迪科学思维，激发创新活力。全书文字表述力求通俗易懂、生动活泼，插图力求准确逼真，这一切都基本保持来了原书科学性、通俗性、趣味性的传统风格。丛书（修订版）即将付梓印刷，我们倍感欣慰。与此同时，我们对在 丛书 策划、编写、修订、出版过程中，给予关心和支持的湖北省科学技术协会、湖北省财政厅和湖北省科普作家协会的领导深表敬意；对应邀担任 丛书（修订版）编辑委员会顾问和委员的各位领导、专家表示深深的谢意；对付出辛苦劳动和智慧的各位作者表示衷心的感谢；对承担该书编辑、出版工作的出版社领导和编、印、发人员致以真切的慰问。基础科学与高新技术科普丛书（修订版）编辑委员会2011 年 12 月 18 日1目录一、绪论 1二、从古代“炼金术”到现代化学 91.各领风骚数百年 92.元素周期表在哪里结束？153.“鸡与蛋”，孰先孰后？234.物质到底有多少种形态？295.巴基球开辟化学新纪元 34三、人类文明大厦的基石 401.材料社会发展的标志 402.赛璐珞与一万美元奖金 473.新器材体坛新纪录的“助产士”544.心有灵犀一点通 595.材料的调色板正在扩大 65四、国民经济的“火车头”761.从燧人氏的贡献说起 762.海湾战争的“诱发剂”833.让“恶魔”变为“天使”894.方兴未艾的地球化学 982基础科学与高新技术科普丛书5.开发蓝色的“聚宝盆”1046.太空采能：未来不是梦 112五、当代化学领域的“福尔摩斯”1171.约翰逊制造的大丑闻 1182.萨达姆的“秘密武器”1243.国际“联试”中初露锋芒的中国女科学家 1314.恩斯特教授立了一大功 1365.分析技术正日新月异 141六、还我绿地清水蓝天 1471.杀人烟雾与狂猫跳海之谜 1472.国际联手追查元凶 1523.地球的“保护伞”有了空洞 1554.“疯牛病”带来的大恐慌 1605.一举数得的环保举措 1646.前景广阔的绿色世界 167七、让生命之树常青 1721.分子生物学桂冠被无名小辈摘取 1722.基因工程对生命体进行操作 1753.克隆羊震惊全世界 1784.化学能战胜癌症吗？1815.“绿色革命”与“蓝色革命”184结语直挂云帆济沧海化学的发展趋势及前景展望 188后记 194一、绪论一提起“化学”，不少人也许就会皱起眉头，因为他们往往将“化学”与“污染”挂起钩来，认为化学就是造成环境污染的根源。其实，这完全是由于对化学这门科学缺乏全面认识而造成的一种误解。化学是自然科学的基础学科之一。它是一门在原子、分子或离子层次上研究物质的组成、结构、性质、变化及其内在联系和外界变化条件的科学。简而言之，化学是研究物质变化的科学。随着社会的不断发展，化学现在已成为人类认识自然、改造自然的一种重要武器，它已深入到人类生活的各个领域，并在国民经济中起着越来越大的作用。人类的生活离不开化学众所周知，人类社会赖以存在和发展的基础是物质资料的生产。而自然界中的物质，有些可以直接为人们所利用，如煤、石油等可直接用作燃料；有些则需要经过加工处理才能变成直接有用的物质，例如铁矿石只有经过冶炼才能成为用途极广的钢铁。有些可直接为人所用的自然资源，经过一定的加工处理，还可以变成其他有用的物质。例如对石油进行不同方法的处理便可得到基础科学与高新技术科普丛书极为有用的橡胶、塑料或合成纤维等等。这些从自然资源中提取有用物质的加工处理方法就是化学的方法。因此，人们研究化学的最终目的就在于通过认识物质化学变化的规律，去指导化学工业生产，以便从自然资源中提取或合成对人类有用的物质产品，为人类造福。只要人们细心地观察和认真地思考一下，就会发现，在人类的衣食住行中，哪一方面也离不开化学。吃的方面，发馒头、烤面包需用小苏打，糖果、糕点、饮料需用香料、食用色素，调味品中酱油、酒、醋本身是化学品。穿的方面，纺织部门需要大量的各种染料、酸、碱、漂白剂、洗涤剂，毛皮和皮革的加工需要鞣剂与染料，人造纤维和合成纤维制成的纺织品琳琅满目。日用品方面，日用玻璃、陶瓷、搪瓷器皿、塑料制品已广泛应用。建筑材料方面，合成树脂粘合各种细木或木屑制成刨花板、粘合板，可以制家具与墙壁、天花板。医药卫生方面，药物是一类重要的有机化工产品，包括各种合成药、抗生素等等。20 世纪以来，随着生产力的高速发展和科学技术的不断进步，人类也出现了很多新的社会问题，其中主要是人口问题、粮食问题、能源问题、资源问题和环境保护问题。这些问题与自然科学特别是化学学科的发展密切相关。从人口问题来说，1975 年世界人口将近 40 亿，1995 年底已超过 57 亿，联合国人口基金会的报告称，到 2011 年 10 月 31 日，全球人口已达到 70 亿。若以此速度发展，则在空间和资源有限的地球上，必然会引起人类生存的严重问题。据联合国人口问题专家发出的警告，如果不采取措施限制人口增长，到本世纪末世界人口有可能会达到 150 亿，给地球环境带来无法承受的压力。当代世界人口猛增的局面已为举世所瞩目。控制人口数量，提高人口质量，是一个重大的社会问题，也是一个重大的科学研究课题。它需要各门学科的相互配合协作，化学在这个重大问题的解决过程中具有特殊重要的地位，如高效简便无有害副作用的计划生育药物的合成研制，就是化学家责无旁贷的任务之一。从粮食问题来说，尽管目前从全球粮食生产总的情况来看还能满足人类的要求，但由于生产和供应的分配不均，全世界大约有 2/3 的人口居住在粮食产量不足的地区。亚洲和非洲的许多发展中国家，粮食供应均感缺乏。特别是非洲，在 17 个国家中，除南非和津巴布韦外，其他所有的非洲国家都须进口粮食。由于世界人口的激增和经济发展的要求，粮食增产仍是摆在人类面前的一件紧迫任务。目前世界各国主要是通过开垦荒地和施用化肥与农药这两种途径来提高粮食产量。而后者则是化学研究的重要课题之一。化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品，不仅可以提高产量，而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农药的研制，长效、复合化肥的生产，农、副业产品的综合利用和合理贮运，都需要运用化学知识。据报道，合理使用植物生长调节剂可使农作物增产 10%60%，这对于解决世界粮食危机无疑将发挥不可估量的作用。从能源问题来说，能源是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的物质基础。现代化在很大程度上取决于能源的科学开发、充分供应和合理利用。当今世界能源供不应求的矛盾十分突出，要解决这一重要的社会问题，也需要化学家“建功立业”。从资源问题来说，由于人类活动、人口消费的增长，使自然资源不断被开采利用，从而不断减少了地球维持人类生存的能力，并逐渐损害到人类本身的生存和繁荣。与社会问题相联系的资源有土地、矿产和生物资源，如不能合理利用或加以保护，将可能危及地球上的生态平衡。从环境问题来说，由于世界人口的激增，人类对粮食和能源及其他自然资源的大量耗用，生产活动的扩大以及新化学物质的大量使用，造成了大气、水体、土壤的污染和生态系统的破坏，从而带来了各种环境问题。除区域性环境问题外，还存在着不容忽视的全球性的环境问题。大自然频频敲响的警钟向人们揭示了基础科学与高新技术科普丛书一个长期未被注意的事实，人类在高速发展经济和创造文明的同时，也在破坏大自然并使人类自身失去生存和发展的物质基础，环境保护已刻不容缓！上述的这些重大问题已引起各国政府和世界人民普遍的重视与关注。它们需要社会科学家和自然科学家通力合作，共同研究。化学学科的研究和发展将有助于这些重大问题的解决，特别是在解决环境治理、粮食增产、能源利用和开发等方面，化学的作用和影响可以说是举足轻重，前景辉煌。化学在六大高新技术群中的作用20 世纪是风云变幻的世纪，也是科学技术迅猛发展的时期。60 年代以来，在基础科学研究取得成果的前提下逐步形成了一大批高新技术群体。这些高新技术以空前的规模发展，并向现实的生产力转化，创造出了比以往任何时候都要大得多的物质财富和精神力量。这就是通常所说的新的技术革命。这场新技术革命来势凶猛，作用巨大，争夺激烈，影响深远，对所有的国家和民族都是一次严峻的挑战。处于“知识经济”时代，现代科技已广泛渗透到经济和社会的各个领域，成为经济发展的第一生产力、社会进步的首要推动力、军事较量的神奇战斗力、国家地位的巨大影响力、精神文明的重要基础力和可持续发展的基本保障力。目前得到世界各国公认并将列入 21 世纪重点研究开发的高新技术领域有生物技术、信息技术、航天技术、新材料技术、新能源技术和海洋技术等。这六大高新技术群的发展，都为化学家提供了“用武之地”。生物技术是 21 世纪高新技术的核心，不仅直接关系到农业、医药卫生事业的发展，而且对环保、能源技术等都有很强的渗透力。它包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四个方面。而这几方面均与化学有“不解之缘”。例如，基因工程是利用基因重组，即对DNA（脱氧核糖核酸）分子的人工操纵与重新连接的技术来生产对人类有用的蛋白质产品。DNA 是一种多聚物大分子，它是细胞核的组成部分。作为遗传信息的携带者，在生命活动的延续中起关键作用，即遗传基因。生物体的遗传信息以密码的形式编码在 DNA 分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA 的复制由亲代传递给子代。核苷酸在 DNA 分子中排列的顺序构成遗传信息的物质基础。这也正是 DNA 顺序分析所要研究的对象。因此，DNA 顺序分析是分子生物学和基因工程中一项关键技术。随着分析化学的发展，人们已经研制出了 DNA 顺序分析仪，可以“担此重任”。还有 DNA 自动合成仪、多肽自动合成仪和多肽自动顺序分析仪等分析仪器均可为生物技术的发展作出贡献。被誉为“高技术前导”的信息技术主要是指信息的获取、传递、处理等技术，其核心是微电子技术。微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用它们实现电子系统功能的技术领域。它是随着集成电路技术，特别是大规模集成电路技术的发展而发展起来的一门新兴尖端技术。集成电路是指以半导体晶体材料为基片，采用专门的工艺技术将组成