第17章化學科學的科學發(fā)展觀1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

2.

量子化學與計算機化學3.化學與人類社會可持續(xù)發(fā)展4.未來精英化學家的條件1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

美國人比爾·蓋茨對計算機Windows系統(tǒng)和Internet

網(wǎng)絡平臺的開發(fā)，使個人計算機成為全世界各行各業(yè)必備的服務工具，全面改變了世界的面貌，對人類社會科技進步作出卓越的貢獻。當今，我們?nèi)绾卫糜嬎銠C技術(shù)把自己的專業(yè)工作推向高端發(fā)展？比爾·蓋茨（1955-）WilliamHenryGates1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

1966年的諾貝爾化學獎

頒發(fā)給美國人穆利肯教授，表彰他在創(chuàng)立結(jié)構(gòu)化學的分子軌道理論、促進對化學鍵和分子的電子結(jié)構(gòu)的認識方面做出貢獻。他在當年頒獎大會的講演中有一段驚人的預言，他說：“我1958年的那篇論文已經(jīng)過時，這是由于計算機技術(shù)迅速發(fā)展的結(jié)果。計算機化學家的時代即將到來，到那時，若不是上千也是成萬的化學家，為了化學中日益增多的許多細節(jié)問題將走向計算機，而不是走向?qū)嶒炇摇?！穆利肯的預言預示著化學的發(fā)展將會出現(xiàn)重大的變化。穆利肯（1896-1986）R.S.Mullikan分子軌道理論，求解多電子分子的薛定諤方程，是化學鍵的量子理論。1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示1998年的諾貝爾化學獎頒發(fā)給美國人科恩教授（加州大學）和英國人波普教授（美國西北大學）?？贫靼l(fā)展了量子化學中的電子密度泛函理論，波普發(fā)展了量子化學計算方法。

科恩波普

W.Kohn（1923-）J.A.Pople

（1925-）1.

比爾·蓋茨的業(yè)績和兩次諾貝爾獎的啟示

標志著古老的化學已由實驗科學發(fā)展成為理論與實驗緊密結(jié)合的“嚴密科學”

了。

瑞典皇家學會的1998年諾貝爾化學獎頒獎公報對本項成果給予了非同尋常的評價：量子化學已經(jīng)發(fā)展成為廣大化學家使用的工具，將化學帶入一個新時代，在這個新時代里，實驗和理論能夠共同協(xié)力，探討分子體系的性質(zhì)?；瘜W不再是單純的實驗科學了。整個化學正在經(jīng)歷著一場革命性的變化?；瘜W已進入實驗和理論共同協(xié)力研究分子體系的性質(zhì)的一個新時代——嚴密科學的新時代。2.量子化學與計算機化學

1927年量子化學誕生，德國化學家海特勒和倫敦用量子力學的基本原理，采用近似的計算方法，計算出氫分子的結(jié)合能，人們開始認識到可以用量子力學的原理討論分子的結(jié)構(gòu)問題，化學開始有了自己的數(shù)學語言。

量子化學

是物理化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法，研究化學問題的一門基礎科學。2.量子化學與計算機化學量子化學發(fā)展的第一階段：

◆1927年－20世紀50年代末

◆創(chuàng)建時期

◆三種化學鍵理論的建立和發(fā)展

◆鮑林的價鍵理論

◆穆利肯的分子軌道理論

◆貝特的配體場理論2.量子化學與計算機化學量子化學發(fā)展的第二階段：

◆

20世紀60年代－至今

◆計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展

◆量子化學計算方法的研究

◆1966年、1998年兩次諾貝爾化學獎頒發(fā)給量子化學的研究成果

◆化學科學開始進入嚴密科學時代2.量子化學與計算機化學我國發(fā)展量子化學研究的奠基人唐敖慶（1915-2008）

唐敖慶教授，江蘇宜興人，1940年畢業(yè)于西南聯(lián)合大學化學系，留校任教。1946年赴美到哥倫比亞大學攻研，1949年獲物理化學博士學位。1950年回國，先后在北京大學和吉林大學任教，1955年當選為中國科學院學部委員（院士），1981年當選為國際量子分子科學研究院院士。他在量子化學領(lǐng)域科研和著作碩果累累，大力開展量子化學理論研究和開展量子化學全國范圍教育工作，成功地培養(yǎng)了一批量子化學精英杰出人。唐敖慶是一位奇人。2.量子化學與計算機化學

計算機化學

是因計算機在迅速發(fā)展的化學學科中的應用、計算機技術(shù)與化學和化學教育相結(jié)合而建立起來的一門新興交叉學科。

計算機的高速度和高可靠性等優(yōu)勢，使化學家可以方便地進行數(shù)據(jù)處理、實驗模擬等工作，使得計算機化學應運而生，并在20世紀80年代得到快速發(fā)展，形成為獨立學科。從早期的單一數(shù)值分析、文獻查詢等到如今的與信息學、統(tǒng)計學、數(shù)據(jù)庫、圖論、人工智能、控制論等多學科的綜合，進一步形成為一門多學科交叉的具有特定內(nèi)涵的和繼續(xù)發(fā)展的新興學科。2.量子化學與計算機化學

計算機化學

可定義為用計算機技術(shù)來進行化學研究的科學，它是量子化學的得力助手?！?/p>

數(shù)據(jù)處理如數(shù)據(jù)采集、數(shù)值分析、化學數(shù)據(jù)庫等；●圖譜解析如譜圖解析、結(jié)構(gòu)解析等；●體系計算如量子化學從頭計算和半經(jīng)驗計算法等；●分子模擬如分子力學、分子動力學計算、構(gòu)象分析等；●合成設計如合成路線選擇、化學反應知識的發(fā)現(xiàn)、推理和預測等；●化學教學如多媒體教學、智能圖庫、數(shù)字教案、遠程教學等。2.量子化學與計算機化學

計算機化學面臨兩大問題：●對化學信息的采集和處理：

有著比較長的發(fā)展歷史和相對成熟的方法，也積累了很多成功的經(jīng)驗。例如儀器分析數(shù)據(jù)的采集與處理、大量化學文獻的儲存和查索等。●對化學體系的模擬和化學知識的推理：

在處理這類“智能型”問題上，面臨巨大的挑戰(zhàn)，有許多待解決的難題。例如：各類譜圖的智能解析、有機合成路線的設計、藥物分子設計等。2.量子化學與計算機化學

“嚴密科學時代”

的標志：●化學實驗室研究●量子化學理論研究●計算機化學模擬三駕馬車聯(lián)合在一起，解決化學家深入認識分子體系的問題。3.化學與人類社會可持續(xù)發(fā)展

當今困擾人類的根本問題，是一個發(fā)展模式的問題。

傳統(tǒng)的發(fā)展模式是：高生產(chǎn)、高消耗、高污染。這正是過去發(fā)達國家所走過的道路，它導致了今天人類所面臨的種種困境（人口爆炸、能源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等）。20世紀末期人們提出了新的發(fā)展模式——

可持續(xù)發(fā)展“可持續(xù)發(fā)展”道路一經(jīng)提出便受到世界各國人民和政府的高度重視和最大關(guān)注。今天，沒有任何其他詞匯能像“可持續(xù)發(fā)展”那樣，在短短幾年內(nèi)便風靡全世界和廣泛深入人心。3.化學與人類社會可持續(xù)發(fā)展“可持續(xù)發(fā)展”道路是人類安全發(fā)展前途的唯一選擇?？沙掷m(xù)發(fā)展的具體任務是：改造世界，創(chuàng)造一個美好的新世界，改造人類的生活環(huán)境，挽救地球的困境，恢復自然生態(tài)平衡，把地球改造成人類和一切生命體的和諧宜居家園。許多可持續(xù)待解決的問題是：能源、地球氣候變化、減排溫室氣體和工業(yè)廢氣、治理環(huán)境污染、改造工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。4.未來精英化學家的條件（1）有較高水平的漢語文素養(yǎng)，寫字端正，能寫出通順流利的總結(jié)性報告和文章，有一定的文學修養(yǎng)。（2）外語，主要是英語，要達到四會，能寫出通順流暢的英文論文報告。（3）熟練掌握電子計算機的應用技術(shù)。（4）有深厚的化學基礎知識根底。4.未來精英化學家的條件（6）有較強的自學能力，能自主自動獨立工作。（7）身體健康，有體育鍛煉習慣或有體育一技之長。（8）愛祖國、愛人民、愛事業(yè)，愛工作，能夠與合作者團結(jié)合作共事。遵守科學家道德自律規(guī)范。