化学

自然科学学科

化学是一门在微观层面洞悉物质奥秘的自然科学，聚焦原子、分子尺度，研究物质组成、结构、性质与变化规律，是推动人类社会进步的关键力量。

基本概念

定义

化学是在原子层次上研究物质组成、结构、性质及变化规律的自然科学，这也是化学变化的核心基础。化学是一门以实验为基础的自然科学。中文“化学”一词，从字面解释就是“自然人为变化的科学”。化学如同物理一样，皆为自然科学的基础科学。

门捷列夫提出的化学元素周期表大大促进了化学的发展。如今很多人称化学为“中心科学”，因为化学为部分科学学科的核心，如材料科学、纳米科技、生物化学等。现代化学下有五个二级学科：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学与高分子化学。

特点

化学是重要的基础科学之一，是一门以实验为基础的学科，在与物理学、生物学、地球科学、天文学等学科的相互渗透中得到了迅速的发展，也推动了其他学科和技术的发展。例如，核酸化学的研究成果使今生物学从细胞水平提高到分子水平，建立了分子生物学。

研究对象

不同于研究尺度更小的粒子物理学与原子核物理学，化学研究的元素、分子、离子（团）、化学键的基本性质，是与人类生存的宏观世界中物质和材料最为息息相关的微观自然规律。宇宙是由物质组成的，作为沟通微观与宏观物质世界的重要桥梁，化学是人类认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，与人类进步和社会发展的关系非常密切，它的成就是社会文明的重要标志。

从开始用火的原始社会，到使用各种人造物质的现代社会，人类都在享用化学成果。人类的生活能够不断提高和改善，化学的贡献在其中起了重要的作用。

研究意义

化学对我们认识和利用物质具有重要的作用。例如对各种星体化学成分的分析，得出了元素分布的规律，发现了星际空间有简单化合物的存在，为天体演化和现代宇宙学提供了实验数据。

历史

古代化学

- **萌芽阶段**：远古时期，人类就开始利用火来烧制陶器、冶炼金属等，这是化学实践的早期萌芽。如中国在新石器时代就已经能够制作精美的陶器，在商周时期青铜冶炼技术达到了很高的水平。

- **炼金术和炼丹术时期**：在古代的中国、埃及、希腊等文明中，炼金术和炼丹术盛行。炼金术士试图将普通金属转化为黄金，而炼丹家则希望炼制出长生不老的丹药。虽然他们的目标最终没有实现，但在这个过程中积累了大量的化学知识和实验方法，比如发现了一些金属的性质、掌握了一些简单的化学反应等。

近代化学

- **化学科学的奠基**

- **波义耳的贡献**：17世纪，英国科学家波义耳提出了化学元素的概念，使化学从炼金术和医药学中分离出来，成为一门独立的科学。他的著作《怀疑派化学家》是化学史上的重要里程碑。

- **拉瓦锡的贡献**：18世纪，法国化学家拉瓦锡通过定量实验，提出了质量守恒定律，推翻了燃素说，建立了燃烧的氧化理论，为近代化学的发展奠定了基础。

- **化学理论的发展**

- **道尔顿的原子论**：19世纪初，英国科学家道尔顿提出了原子论，认为物质是由原子组成的，原子是不可再分的实心球体，不同元素的原子具有不同的性质和质量。这一理论解释了许多化学现象和定律，标志着近代化学发展到了一个新阶段。

- **阿伏伽德罗的分子学说**：1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出了分子的概念，认为分子是由原子组成的，在化学反应中，分子可以再分，而原子则不能再分。分子学说的提出解决了原子论在解释一些化学现象时所遇到的困难，使人们对物质的结构和性质有了更深入的理解。

- **门捷列夫发现元素周期律**：1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，他将当时已知的63种元素按照相对原子质量的大小排列成一个表格，发现元素的性质随着相对原子质量的递增呈现出周期性的变化。元素周期律的发现为化学研究提供了重要的理论指导，使人们能够更加系统地研究元素及其化合物的性质。

现代化学

- **现代化学理论的建立**

- **电子的发现**：1897年，英国科学家汤姆逊发现了电子，揭示了原子内部的结构，打破了原子不可再分的传统观念，为现代化学的发展开辟了新的道路。

- **量子力学与化学**：20世纪初，量子力学的发展为化学提供了更精确的理论基础。量子力学理论能够很好地解释原子和分子的结构、化学键的形成等问题，使化学从经验科学逐渐转变为理论科学。

- **化学的分支与应用**

- **分支学科不断涌现**：随着研究的深入，化学逐渐形成了许多分支学科，如有机化学、无机化学、物理化学、分析化学、高分子化学等。这些分支学科相互交叉、相互渗透，推动了化学科学的不断发展。

- **在各领域的广泛应用**：现代化学在材料科学、生命科学、能源科学、环境科学等诸多领域都发挥着重要作用。例如，在材料科学中，化学家们研制出了各种高性能的新材料，如半导体材料、超导材料、纳米材料等；在生命科学中，化学为揭示生命现象的本质、研发新的药物等提供了重要的手段。

学科分类

化学在发展过程中，依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同，派生出不同层次的许多分支。在20世纪20年代以前，化学传统地分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后，由于世界经济的高速发展、化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起，化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段，导致这门学科从30年代以来飞跃发展，出现了崭新的面貌。

化学内容一般分为生物化学、有机化学、高分子化学、应用化学和化学工程学、物理化学、无机化学等七大类共80项，实际包括了七大分支学科。

根据当今化学学科的发展以及它与天文学、物理学、数学、生物学、医学、地学等学科相互渗透的情况，化学可作如下分类：

无机化学

元素化学、无机合成化学、无机高分子化学、无机固体化学、配位化学（即络合物化学）、同位素化学、生物无机化学、金属有机化学、金属酶化学等。

有机化学

普通有机化学、有机合成化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化学。

物理化学

结构化学、热化学、化学热力学、化学动力学、电化学、溶液理论、界面化学、胶体化学、量子化学、催化作用及其理论等。

分析化学

化学分析、仪器和新技术分析。包括性能测定、监控、各种光谱和光化学分析、各种电化学分析方法、质谱分析法、各种电镜、成像和形貌分析方法，在线分析、活性分析、实时分析等，各种物理化学性能和生理活性的检测方法，萃取、离子交换、色谱、质谱等分离方法，分离分析联用、合成分离分析三联用等。

高分子化学

天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应用、高分子物理。

核化学

放射性元素化学、放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学。

生物化学

一般生物化学、酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学、煤化学等。

其它与化学有关的边缘学科还有：地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、天体化学等。

材料化学

相关概念

化学变化

有其他物质生成的变化（如蜡烛燃烧、钢铁生锈、食物腐烂、粮食酿酒、动植物呼吸、光合作用等等）。

化学性质

化学性质，化学专业术语，是物质在化学变化中表现出来的性质。如所属物质类别的化学通性：酸性、碱性、氧化性、还原性、热稳定性及一些其它特性。

元素周期表

元素周期表是化学的核心，是118种化学元素的集合表。元素周期表是元素周期律用表格表达的具体形式，它反映元素原子的内部结构和它们之间相互联系的规律。元素周期表简称周期表，元素周期表有7个周期，有16个族和4个区。元素在周期表中的位置能反映该元素的原子结构。周期表中同一横列元素构成一个周期。同周期元素原子的电子层数等于该周期的序数。同一纵行（第Ⅷ族包括3个纵行）的元素称“族”。

绿色化学

绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。

研究方法

实验法

观察法

模型法

比较法

假说与验证法

数据分析法

这些研究方法相互配合、相互补充，共同推动着化学科学的不断发展和进步。

化学教育

概述

中国化学教育从初三开始，高中成为理科之一，除两本必修教材外，又有《化学与生活》《化学与技术》《物质结构与性质》《化学反应原理》《有机化学基础》《实验化学》六个选修课程。全国一共六个版本：人教版、苏教版、鲁教版、浙科版、粤教版、上教版。新高考改革中，成为四门选修科目之一。

实验仪器

试管、胶头滴管、烧杯、镊子、试管夹、容量瓶、托盘天平、玻璃棒、漏斗、分液漏斗、酒精灯、酒精喷灯、锥形瓶、集气瓶、冷凝管、蒸发皿、铁架台、药匙、燃烧匙等。

培养目标

本专业培养具备化学的基本理论、基本知识和较强的实验技能，能在科研机构、高等学校及企事业单位等从事科学研究、教学工作及管理工作的高级专门人才。

培养要求

本专业学生主要学习化学方面的基础知识、基本理论、基本技能以及相关的工程技术知识，受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，具有较好的科学素养，具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发和科技管理的基本技能。

知识技能

1．掌握数学、物理等方面的基本理论和基本知识；

2．掌握无机化学、分析化学（含仪器分析）、有机化学、物理化学（含结构化学）、化学工程及化工制图的基础知识、基本原理和基本实验技能；

3．了解相近专业的一般原理和知识；

4．了解国家关于科学技术、化学相关产业、知识产权等方面的政策、法规；

5．了解化学的理论前沿、应用前景、最新发展动态，以及化学相关产业发展状况；

6．掌握中外文资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。

开设院校

专业排名

世界

中国

发展前景

1.保证人类的生存并不断提高人类的生活质量。如：利用化学生产化肥和农药，以增加粮食产量；利用化学合成药物，以抑制细菌和病毒，保障人体健康；利用化学开发新能源、新材料，以改善人类的生存条件；利用化学综合应用自然资源和保护环境以使人类生活得更加美好。

2.化学是一门很实用的自然学科，它与数学、物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域，化学是改造自然的强大力量的重要支柱。不同于研究尺度更小的粒子物理学与核物理学，化学家研究的原子、分子、离子（团）、化学键，其所在的尺度是微观世界中最为接近宏观的，因而可以利用化学来制备人类需要的，且自然界原来不存在的，具有特定物理、化学性能的物质和材料。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决社会问题，例如能源问题、粮食问题、环境问题、健康问题、资源与可持续发展等问题。

3.化学与其他学科的交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。

4.培养不断进取、发现、探索、好奇的心理，激发人类对理解自然、了解自然的渴望，丰富人的精神世界。

当今，化学日益渗透到生活的各个方面，特别是与人类社会发展密切相关的重大问题。总之，化学与人类的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、国防、环境保护、电子，冶金，医药卫生、资源利用等方面都有密切的联系，它是一门社会迫切需要的实用学科。

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