【正文】 是久未攻克的化學(xué)難題。1940年，“無(wú)機(jī)苯”B3N3H6。 有機(jī)合成在本世紀(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，合成了許多高分子化合物，如酚醛樹(shù)脂(1907年)、丁鈉橡膠(1910年)、尼龍纖維(1934年)。他先后合成了奎寧(1944年)、包括膽甾醇(膽固醇)和皮質(zhì)酮(可的松)在內(nèi)的甾族化合物(1951年)、利血平(1956年)、葉綠素(1960年)以及維生素B12(1972年)等。 1965年，我國(guó)科學(xué)家第一次實(shí)現(xiàn)了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素蛋白質(zhì)的人工合成，這對(duì)揭示生命奧秘具有重要意義；1972年美國(guó)化學(xué)家科勒拉(，1922—)等人使用模板技藝合成了具有77個(gè)核苷酸片斷的DNA，其后又合成了含有207個(gè)堿基對(duì)的具有生物活性的大腸桿菌DNA；1981年我國(guó)科學(xué)家又實(shí)現(xiàn)了具有生物活性的酵母丙氨酸t(yī)RNA的首次全合成，取得了又一突破。 二 化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段的現(xiàn)代化 化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段是制約化學(xué)科學(xué)研究的非常重要的方面。為克服這些不足，人們?cè)趯?duì)原有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段加以改進(jìn)的同時(shí)，積極吸收現(xiàn)代各種科學(xué)技術(shù)的新成果，創(chuàng)造和發(fā)明了一大批現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備。但當(dāng)時(shí)的天平還比較粗糙，—。如現(xiàn)代的分析天平，從稱(chēng)量范圍來(lái)看，有常量分析天平(范圍：—100克)、微量分析天平(范圍：—20克)和介于二者之間的半微量分析天平；從種類(lèi)來(lái)看，有等臂式天平和懸臂式超微量天平(，最大載重為1毫克)。 現(xiàn)代化學(xué)的許多重大突破都與化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段的改進(jìn)、發(fā)明和創(chuàng)造緊密相關(guān)。阿斯頓利用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖、氬、氪、氙、氯等元素都有同位素存在；在71種元素中，他發(fā)現(xiàn)了天然存在的287種核素中的212種。 現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用了很多靈敏、精確和快速的實(shí)驗(yàn)手段，表現(xiàn)出儀器化的特點(diǎn)，紅外光譜、核磁共振、順磁共振和質(zhì)譜等實(shí)驗(yàn)手段已被廣泛使用。運(yùn)用這些實(shí)驗(yàn)手段，能夠更精確地進(jìn)行化學(xué)定量檢測(cè)，達(dá)到微(106)米、納(109)米、甚至皮(1012)米數(shù)量級(jí)，從而大大促進(jìn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段的精密化。目前出現(xiàn)的各種儀器的聯(lián)機(jī)使用和自動(dòng)化，不僅用于電分析化學(xué)、譜學(xué)、微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、平衡常數(shù)的測(cè)定、分析儀器的控制、數(shù)據(jù)的存貯與處理、以及化學(xué)文獻(xiàn)檢索等，而且還能使經(jīng)典化學(xué)操作達(dá)到控制的自動(dòng)化。 1．對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)和完善 雖然現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段具有快速、靈敏、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，但由于一些實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的價(jià)格比較昂貴、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、調(diào)試維修的任務(wù)較重，因此使它們的普及受到相當(dāng)大的限制，從而使一些傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法仍有普遍利用和進(jìn)一步改進(jìn)、完善的必要和可能。在30年代，人們已經(jīng)知道乙二胺四乙酸(簡(jiǎn)稱(chēng)EDTA)等氨基多羧酸在堿性介質(zhì)中能跟鈣、鎂離子生成極穩(wěn)定的配合物。1946年他又提出以鉻黑T作為絡(luò)合滴定的指示劑，從而奠定了EDTA滴定法的基礎(chǔ)。由于這種方法應(yīng)用范圍較廣，因此受到普遍歡迎，至今仍是一種常規(guī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。這些方法從原理上看，都超越了經(jīng)典方法的局限性，幾乎都不再是通過(guò)定量化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量，而是根據(jù)被檢測(cè)組分的某種物理的或物理化學(xué)的特性(如光學(xué)、電學(xué)和放射性等方面的特性)，因而具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性。 光學(xué)分析法是利用光譜學(xué)的研究成果而建立起來(lái)的一類(lèi)方法，它包括光度法和光譜法等。但使用這些儀器容易引起觀測(cè)上的主觀誤差，并易使測(cè)試人員眼睛疲勞，分辨能力降低。本世紀(jì)30年代以后，人們利用棱鏡和能發(fā)射紫外與可見(jiàn)連續(xù)光譜的汞燈、氫燈制造了可見(jiàn)光紫外光分光光度計(jì)。 40年代紅外技術(shù)開(kāi)始在化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中加以運(yùn)用并得到較快的發(fā)展，人們可以根據(jù)紅外光譜來(lái)推斷分子中某些基團(tuán)的存在。 光譜法 光譜法產(chǎn)生于19世紀(jì)50年代，但只是利用光譜來(lái)進(jìn)行一些定性檢驗(yàn)。本世紀(jì)60年代，利用光電倍增管為接受器的多道光譜儀問(wèn)世，使光譜定量分析的速度和自動(dòng)化程度大為提高。 (2)極譜法。其創(chuàng)始人是捷克斯洛伐克的化學(xué)家海洛夫斯基(，1890—1967)，他于本世紀(jì)20年代開(kāi)始研究極譜分析法。1946年，他又在極譜儀上配置了示波器，從而發(fā)明了示波極譜法。 (3)色譜法。茨衛(wèi)特(，1872—1920)。(，1900—1967)就曾運(yùn)用層析法在維生素和胡蘿卜素的離析與結(jié)構(gòu)分析中取得了重大研究成果，并于1938年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 本世紀(jì)50年代以后，人們將這種分離手段與檢測(cè)系統(tǒng)連接起來(lái)，從而使其成為一種獨(dú)特的分析方法，它包括氣相色譜和液相色譜等。 4．質(zhì)譜法 質(zhì)譜法的基本原理是使化學(xué)試樣中的各種組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶正電荷的離子，經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)的作用，形成了離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器。這種方法在同位素質(zhì)量的測(cè)定中被廣泛應(yīng)用。此后，人們又相繼發(fā)明了速度聚焦質(zhì)譜儀、雙聚焦質(zhì)譜儀和離子源質(zhì)譜儀，使這種方法的適用性更加廣闊。 此外，放射化學(xué)分析法也是現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法中的一種比較重要的方法。最早的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室大概要算煉丹術(shù)士的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件極其粗糙和簡(jiǎn)陋，實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊仓皇菫榱藢で蟆伴L(zhǎng)生不老”和“點(diǎn)石化金”的“仙藥”。但這些實(shí)驗(yàn)室都屬于私人所有，如波義耳在他姐姐家建立的實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)大師貝采里烏斯的實(shí)驗(yàn)室是他的廚房，在那里化學(xué)實(shí)驗(yàn)和烹調(diào)一起進(jìn)行。李比希就曾在蓋這個(gè)時(shí)期的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本上屬于個(gè)體式研究，個(gè)別的科學(xué)家獨(dú)居樓閣，擺弄著燒瓶、量筒、天平等儀器，其規(guī)模和形式近似于手工業(yè)作坊。自此之后，歐洲各大學(xué)都紛紛仿效，建立了自己的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在19世紀(jì)的公共實(shí)驗(yàn)室中，最著名的是1824年李比希在吉森大學(xué)建立的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，它可以同時(shí)容納22名學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。他們這種集體式的合作研究，取得了驚人的成就。這一成就在化學(xué)史上首屈一指。許多尖端實(shí)驗(yàn)決不是任何個(gè)人、一般科研組織所能勝任的，而必須由國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃、組織協(xié)調(diào)各學(xué)科科學(xué)家來(lái)共同攻關(guān)。 第二節(jié) 物理化學(xué)發(fā)展史 一般認(rèn)為，物理化學(xué)作為一門(mén)學(xué)科的正式形成，是從1877年德國(guó)化學(xué)家 Ostwald和荷蘭化學(xué)家 Van39。從這一時(shí)期到20世紀(jì)初，物理化學(xué)以化學(xué)熱力學(xué)的蓬勃發(fā)展為其特征。Gibbs對(duì)多相平衡體系的研究和Van39。 1906年，Lewis提出處理非理想體系的逸度和活度概念以及測(cè)定方法，化學(xué)熱力學(xué)的全部基礎(chǔ)已經(jīng)具備。Arrehnius關(guān)于化學(xué)反應(yīng)活化能的概念，以及bodenstein和Nernst關(guān)于鏈反應(yīng)的概念，對(duì)后來(lái)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展也都作出了重要貢獻(xiàn)。 1926年，量子力學(xué)研究的興起，不但在物理學(xué)中掀起了高潮，對(duì)物理化學(xué)研究也給以很大的沖擊。1931年P(guān)auling和Slater把這種處理方法推廣到其他雙原子分子和多原子分子，形成了化學(xué)鍵的價(jià)鍵方法。 價(jià)鍵法和分子軌道法已成為近代化學(xué)鍵理論的基礎(chǔ)。在這個(gè)時(shí)期，物理化學(xué)的其他分支也都或多或少地帶有微觀的色彩，例如由Hinshelwood和謝苗諾夫兩個(gè)學(xué)派所發(fā)展的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動(dòng)力學(xué)，Debye和Huckel的強(qiáng)電解質(zhì)離子的互吸理論，以及電化學(xué)中電極過(guò)程研究的進(jìn)展——?dú)涑妷豪碚摗? 電子學(xué)、高真空和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，不但使物理化學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確度、精密度和時(shí)間分辨率有很大提高，而且還出現(xiàn)了許多新的譜學(xué)技術(shù)。 光化學(xué)首先獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，因?yàn)楣庾V的研究弄清楚了光化學(xué)初步過(guò)程的實(shí)質(zhì)，促進(jìn)了對(duì)各種化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究。這些檢測(cè)手段對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展也有很大的推動(dòng)作用。電子能譜的出現(xiàn)更使結(jié)構(gòu)化學(xué)研究能夠從物體的體相轉(zhuǎn)到表面相，對(duì)于固體表面和催化劑而言，這是一個(gè)得力的新的研究方法。大容量高速電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，以及微弱信號(hào)檢測(cè)手段的發(fā)明孕育著物理化學(xué)中新的生長(zhǎng)點(diǎn)的誕生。研究對(duì)象從一般鍵合分子擴(kuò)展到準(zhǔn)鍵合分子、范德瓦耳斯分子、原子簇、分子簇和非化學(xué)計(jì)量化合物。 在理論研究方面，快速大型電子計(jì)算機(jī)加速了量子化學(xué)在定量計(jì)算方面的發(fā)展。福井謙一提出的前線軌道理論以及伍德沃德和霍夫曼提出的分子軌道對(duì)稱(chēng)守恒原理的建立是量子化學(xué)的重要發(fā)展。 中國(guó)物理化學(xué)發(fā)展史 中國(guó)物理化學(xué)的發(fā)展歷史，以1949年中華人民共和國(guó)成立為界，大致可以分為兩個(gè)階段。 1949年以后，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，在各個(gè)高等學(xué)校設(shè)置物理化學(xué)教研室進(jìn)行人才培養(yǎng)的同時(shí)，還在中國(guó)科學(xué)院各有關(guān)研究所和各重點(diǎn)高等學(xué)校建立了物理化學(xué)研究室，在結(jié)構(gòu)化學(xué)、量子化學(xué)、催化、電化學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等方面取得了可喜的成績(jī)。在這一情況下，時(shí)間不是一個(gè)變量。 化學(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 以量子理論為理論基礎(chǔ)，研究原子和分子的結(jié)構(gòu)，物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與物性的規(guī)律性。 化學(xué)體系的動(dòng)態(tài)性質(zhì) 研究由于化學(xué)或物理因素的擾動(dòng)而引起體系中發(fā)生的化學(xué)變化過(guò)程的速率和變化機(jī)理。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化、光化學(xué)和