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化学领域到底有多少个学科!
来源查字典化学网| 2017-07-06 发表| 211 人浏览| 学习园地分类:化学家故事

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  化学领域到底有多少个学科?4个?5个?7个?

  如果从化学的发展历史来看,这些答案都没错!

  四个学科的说法:

  无机化学、分析化学、有机化学和物理化学。

  五个学科的说法:

  在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学4个的基础上增加高分子化学。

  七个学科的说法:

  在无机化学、分析化学、有机化学、物理化学和高分子化学5个的基础上增加了核化学和生物化学。

  而如今,随着科技进步和学科交叉等现象的出现,化学学科已经延伸出众多的学科分支,那可是两只手加两只脚都数不过来!

  如下面的这个23个学科的说法:

  在无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学、核化学和生物化学7个学科的基础上,增加理论化学、计算化学、热化学、电化学、光化学、药物化学、量子化学、放射化学、天文化学、大气化学、环境化学、绿色化学、信息化学、地球化学、石油化学、超分子化学。

  下面我们就从概念及起源方面,对这些学科进行一下简单阐释。

  无机化学

  除碳氢化合物及其衍生物外,对所有元素及其化合物的性质和它们的反应进行实验研究和理论解释的科学,是化学学科中发展最早的一个分支学科。

  古代文明的标志即玻璃和陶器的制造,可被视为无机化学的起源。由于最初化学所研究的多为无机物,所以近代无机化学的建立就标志着近代化学的创始。

  分析化学

  关于研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学。

  主要任务是鉴定物质的化学组成(元素、离子、官能团、或化合物)、测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构(化学结构、晶体结构、空间分布)和存在形态(价态、配位态、结晶态)及其与物质性质之间的关系等。主要是进行结构分析、形态分析、能态分析。

  据称,该名称创自R.玻意耳(1627年~1691年)。东方炼丹术、西方炼金术都可以视为分析化学的前驱。

  有机化学

  又称为碳化合物的化学,是研究有机化合物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学,是化学中极重要的一个分支。

  于1806年首次由贝采里乌斯提出。

  物理化学

  以物理的原理和实验技术为基础,研究化学体系的性质和行为,发现并建立化学体系中特殊规律的学科。

  于在1752年被俄国科学家罗蒙索诺夫首次提出。

  高分子化学

  研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。与高分子物理和高分子工艺同为高分子科学的三大领域;向下包含塑料、合成纤维、合成橡胶三大领域。

  因施丁格于1932年发表的一部关于高分子有机化合物的总结性论著,标志着高分子化学建立。

  核化学

  用化学方法或化学与物理相结合的方法研究原子核及核反应的学科。 主要研究核性质、核结构、核转变的规律以及核转变的化学效应、奇特原子化学,同时还包括有关研究成果在各个领域的应用。

  起始于1898年居里夫妇对钋和镭的分离和鉴定。

  生物化学

  运用化学的方法和理论研究生命物质的必学学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究,进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜以及其他物理学、化学技术,对重要的生物大分子(如蛋白质、核酸等)进行分析,以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。

  该名词的出现大约在19世纪末、20世纪初,但它的起源可追溯得更远,其早期的历史是生理学和化学的早期历史的一部分。

  理论化学

  运用纯理论计算而非实验方法研究化学反应的本质问题,主要以理论物理为研究工具(如热力学、量子力学、统计力学、量子电动力学、非平衡态热力学等),并且大多辅以计算机模拟。

  理论解决化学问题可追溯至化学发展早期,但知道埃尔文薛定谔导出薛定谔方程之前,可用的理论工具相当粗糙,大部分靠猜测。

  计算化学

  属于理论化学的一个分支。主要目标是利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质(例如总能量,偶极矩,四极矩,振动频率,反应活性等)并用以解释一些具体的化学问题。计算化学这个名词有时也用来表示计算机科学与化学的交叉学科。

  自1920年代量子力学理论建立,数值计算方法深入了解原子与分子之间各种化学性质的需求导致学科萌芽,计算机技术为行业带来快速发展。

  热化学

  化学热力学的一个分支。用各种量热方法准确测量物理的、化学的以及生物的过程的热效应,从而根据热效应来研究有关现象及规律性。

  基于热力学第一定律这一自然界普遍规律的发现,及其在化学反应上的应用。

  电化学

  研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。

  电化学的定量基础源于1834年法拉第点解定律的发现。

  光化学

  研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科。由于历史的和实验技术方面的原因,光化学所涉及的光的波长范围为 100~1000纳米,即由紫外至近红外波段。比紫外波长更短的电磁辐射,如X或γ射线所引起的光电离和有关化学属于辐射化学的范畴。至于远红外或波长更长的电磁波,一般认为其光子能量不足以引起光化学过程,因此不属于光化学的研究范畴。观察到有些化学反应可以由高功率的红外激光所引发,但将其归属于红外激光化学的范畴。

  其发展源于光化学第一定律(仅被物质吸收的光才能引起光化反应的定律,亦称作光化活性原理或格络塞斯·德雷珀定律,Grotthuss-Draper1818年提出)和第二定律(Einstein光化当量定律,爱因斯坦1905年提出)

  药物化学

  利用化学的概念和方法发现确证和开发药物,从分子水平上研究药物在体内的作用方式和作用机理的一门学科。研究内容涉及发现、修饰和优化先导化合物,从分子水平上揭示药物及具有生理活性物质的作用机理,研究药物及生理活性物质在体内的代谢过程。

  源于19世纪末化学工业的兴起和Ehrlich化学治疗概念的建立。

  量子化学

  理论化学的一个分支学科,是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系;分子与分子之间的相互作用;分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。

  源于三种化学键理论的建立与发展。而价键理论是由鲍林在氢分子结构工作的基础上发展来的。

  放射化学

  研究放射性物质,及与原子核转变过程相关的化学问题的化学分支学科。主要研究放射性核素的制备、分离、纯化、鉴定和它们在极低浓度时的化学状态、核转变产物的性质和行为,以及放射性核素在各学科领域中的应用等。

  源于1898年居里夫妇应用化学分析分离原理结合放射性测量的新工作方法相继发现钋和镭。

  天文化学

  研究天体及宇宙空间中的物质与化学变化,天文学与化学的交叉学科。天文学是自然科学中的一门基础学科。

  天文学是最古老的自然科学学科之一。

  大气化学

  研究大气组成和大气化学过程的大气科学分支学科。它涉及大气各成分的性质和变化,源和汇,化学循环,以及发生在大气中、大气同陆地或海洋之间的化学过程。研究的对象包括大气微量气体、气溶胶、大气放射性物质和降水化学等。研究的空间范围涉及对流层和平流层,即约50公里高度以下的整个大气层。研究的地区范围包括全球、大区域和局部地区。

  始于19世纪下半叶,初期只限于研究江水中的痕量物质和气溶胶。

  环境化学

  研究化学物质在环境中迁移、转化、降解规律,研究化学物质在环境中的作用的学科,是环境科学中的重要分支学科之一。按照研究领域不同,还可细分不同学科,如环境有机分析化学、环境无极分析化学(环境分析化学研究领域);大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学、环境生态化学(各圈层环境化学研究领域);大气污染控制化学、水污染控制化学、固体废物污染控制化学(环境工程化学研究领域)。

  源于20世纪60年代,人们对现代环境问题的认识。

  绿色化学

  又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。

  源于最早产生于化学工业非常发达的美国。1991年后,“绿色化学”由美国化学会(ACS)提出并成为美国环保署(EPA)的中心口号,并立即得到了全世界的积极响应。

  信息化学

  应用计算机科学和技术、信息学、数学理论和方法,并与化学理论和化学事实相结合,辅助化学家开展化学研究的交叉科学。这门新学科是在化学计量学(chemometrics)和计算化学(computational chemistry) 的基础上演化和发展起来的。

  该词首次提出于1987年诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn教授的获奖报告中。

  地球化学

  研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学,它是地质学与化学、物理学相结合而产生和发展起来的边缘学科。自20世纪70年代中期以来,地球化学和地质学、地球物理学已成为固体地球科学的三大支柱。它的研究范围也从地球扩展到月球和太阳系的其他天体。

  源于19世纪,一些工业国家逐渐开展系统的地质调查和填图、矿产资源的寻找及开发利用。该词由德国舍恩拜因于1838年首次提出。

  石油化学

  研究石油的组成、性质以及在加工成为燃料、润滑剂和石油化学品过程中的化学问题的一门学科。它和有机化学、物理化学及分析化学有密切的联系。其领域大体包括:石油及其产品的化学组成与性质;石油中烃类和非烃类的反应,尤其是催化转化反应;石油加工过程的化学理论基础;以及合成燃料、合成润滑油、石油产品添加剂、石油化学品合成的化学原理等。

  其研究始于20世纪初期,以美国和苏联为发源地。美国化学学会于1922年成立石油化学分会一事,可认为是石油化学学科形成的标志。

  超分子化学

  化学与生物学、物理学、材料科学、信息科学和环境科学等多门学科交叉构成的边缘科学,亦称主- 客体化学(host-guest chemistry)。其发展不仅与大环化学(冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、碳60等)的发展密切相连,而且与分子自组装(双分子膜、胶束、DNA双螺旋等)、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。到目前为止,尽管超分子化学还没有一个完整、精确的定义和范畴,但它的诞生和成长却是生机勃勃、充满活力的。

  源于C.J Pedersen等发现冠醚,J.M Lehn和D.J Cram在其工作启发下也开始研究,促使超分子化学作为一门新型边缘学科快速发展。(三位因在超分子化学理论方面的开创性工作获1987年诺贝尔化学奖)

  编后话

  其实,化学学科的分支已经何止23个?就比如无机化学,已经衍生出元素化学、无极合成化学、无机固体化学、配位化学、生物无机化学、有机金属化学等;有机化学细分出有机合成化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化学等;环境化学按照研究领域不同,细分如环境有机分析化学、环境无机分析化学(环境分析化学研究领域),大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学、环境生态化学(各圈层环境化学研究领域),大气污染控制化学、水污染控制化学、固体废物污染控制化学(环境工程化学研究领域)。

  综合目前较为正统的说法,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、物理化学、无机化学和化学工程学七大分支学科共80项。

  不过话说回来,不管划分成多少个学科分支,这骨子里都离不开“化学”!

 

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