合成化学与材料科学合成化学_新课程标准-查字典化学网

彻底改变了人类的生活方式。从人类文明的早期开始，人们就懂得利用铁矿石、铜矿石和木炭一起加热制得铁和铜用来制造各式的铁器和铜器。这些单质状态的金属在自然界是极少存在的，通常都需要化学反应进行制备，这大概是合成化学的开端。人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由贝克兰（L．Baekeland）用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克兰塑料。1935年，以茧丝结构为基础，卡罗瑟斯（W．H．Carothers)首次成功地合成了尼龙66，这一发明，促进了有机高分子合成化学的发展。20世纪40年代乙烯类单体的自由基引发聚合迅速发展，实现了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等的工业化生产，这是合成高分子蓬勃发展的时期。在第一次世界大战期间，迫于橡胶缺乏，德国人采用二甲基丁二烯聚合合成了甲基橡胶。1930年德国和前苏联以丁二烯作为单体，金属钠作为催化剂，合成了丁钠橡胶。而丁二烯与苯乙烯共聚则可以得到丁苯橡胶，它的性质与天然橡胶相似。事实上，在第二次世界大战期间，德国军队就是因为有丁苯橡胶，橡胶供应才没有出现严重短缺，苏联也用了同样的方法。美国在战后大力研究合成橡胶，首先合成了氯丁橡胶，氯原子使氯丁橡胶具有天然橡胶所不具备的一些抗腐蚀性能。进入50年代，从石油裂解而得到的烯烃主要包括乙烯与丙烯，德国人齐格勒（K．Ziegler）与意大利人纳塔（G．Natta）分别发明用金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法，两者分别于1952年和1957年实现工业化，这是高分子合成化学的历史性突破，他们因此获得1963年度诺贝尔化学奖。60年代，由于登月工程的需求驱动，导致了可作为太空服原材料、航天飞机高温粘合剂以及超音速飞机的复合材料等耐高温合成材料的诞生。被杜邦公司上世纪40年代发明的特氟龙PTFE（聚四氟乙烯）是另一类性能优异的合成材料，具有耐酸碱、耐高温、极低的摩擦系数、良好的耐磨性以及极好的化学稳定性，是原子能、国防、航天、电子、化工、纺织等领域不可取代的关键产品。科学家还合成了很多其他有机高分子材料，如涂料、粘结剂、离子交换树脂等等，并制成了很多新的产品。在离子交换树脂基础上发展起来的离子交换膜，在淡化海水、人造肾、药物的定时释放等方面都起着很重要的作用。

无机合成化学为广泛应用的新型无机材料，如耐高温、耐高压、耐低温、光学、电学、磁性、超导、储能与能量转换以及纳米材料等的发展开辟了广阔的天地，一些无机材料的发展还推动了催化领域（如石油炼制、精细化工等）的进步。近几十年来，一系列重量轻、强度高、耐热性能好的无机纤维，如硼纤维、碳纤维等，以及氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等耐高温材料的成功合成，为航空、航天技术的发展起到了重要推动作用。例如在波音787梦幻飞机上，由于大面积使用了碳纤维复合材料而大大减轻了飞机重量，据统计，机身制造使用的碳纤维重量占波音787重量的61%，占全机80%体积的构件均为碳纤维复合材料；同样，在空客A380的制造中，也大量使用了合成材料，飞机约25%由高级减重材料制造，其中22%为碳纤维复合材料，使得A380每乘客百公里油耗不到3升，相当于一辆经济型家用汽车的油耗。

当今最主要的3大合成材料──合成塑料、合成纤维和合成橡胶，它们均主要以石油、天然气或煤等为原料，全球年产量已达数亿吨，当然，今天倡导的可再生原料的应用也离不开合成化学。这些材料在工农业、国防以及人民生活等方面正发挥着巨大的作用。设想如果没有这些材料，我们今天的生活显然是无法想像的。事实上，这些合成材料的发明彻底改变了人类的生活方式。

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