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什么是化学？通常说：化学研究物质的组成、结构、性质与变化的规律。化学研究的是化学物质。宏观地看，化学物质构成了物体（气、液、固等），举例说，玻璃杯、玻璃纤维等是物体，而构成他们的玻璃是化学物质；微观地看，化学物质地最低层次是原子（包括原子发生电子得失形成的单原子离子）。比原子更低的层次，如电子、质子、中子以及由质子和中子组成的原子核可总称亚原子微粒（subatomic particles），就不是化学研究的对象了。比原子高一个层次的化学物质是原子以强相互作用力（通称化学键）相互结合形成的原子聚集体。如果把所有单独存在的原子和所有原子聚集体都称为“分子”（molecules），我们就可以说，化学研究分子的组成、结构、性质与变化。这里的“分子”概念显然已不同于140年前建立的传统概念，即中学教材所述保持物质性质的最小颗粒，它既包括各种单原子分子（如稀有气体），也包括以共价键结合的传统意义的分子，还包括离子晶体（如食盐）、原子晶体（如金刚石）或者金属晶体（如铜）等的单晶以及各种聚合度不同的高分子。如今人们所说的“分子层次”（molecular scale）的“分子”就是这个意思，本质上是核-电子体系。 比分子高一层次，是超分子层次。什么是超分子（supramolecule）？他的内涵有二。其一似与很大的分子，即巨分子（macromolecule）同义，它们是单一的分子，它们的原子之间以强相互作用力结合，但他们是由许多小分子合成的，而且具有某种特殊的高级构型或结构。超分子的另一含义是若干个分子以弱相互作用力（通常称分子间作用力，包括范德华力和氢键等）相联系，并通过所谓“自组装”（self-assembling）或“自组织”（self-organizing）构筑（tectonize）成某种高级结构。 综上所述，化学是研究分子层次以及以超分子为代表的分子以上层次的化学物质的组成、结构、性质和变化的科学。 在分子和超分子的微观层次上研究物质，是化学不同于其他物质科学的基本特征。化学的核心是合成，这是化学区别于所有其他科学的特色。化学创造了一个人造世界，是一门最富创造性和想象力的科学。近年来，先人造，而后发现自然界里也有的物质屡见不鲜。例如球碳C60，偶然地合成于1985年，后来才发现自然界也有。但球碳的发现标志着合成化学的质变——新化合物已不是单纯数量增多，类型也花样翻新，目不暇接。近几十年来，化学新名词层出不穷，如分子树（dentrimer）、团簇（cluster）、离子液体（ionic liquid）等等。 20世纪后半叶，化学合成的理论和方法有了长足的进步。例如，逆合成原理、绿色化学（green chemistry）、组合化学（combinatorial chemistry）、分子设计（molecular design）等，都是近几年形成的新的合成原理和方法。合成方法的自动化、智能化、计算机化大大加速了合成新化合物的数量和复杂程度。目前，利用量子化学理论进行分子设计已初具规模。理论化学家预言了许多未知化合物。化学理论的现状说明，认为化学是一门实验科学的观念已经过时。诚然，化学跟其他科学一样，始终以科学观察和实验为基础。系统的观察和实验是科学不同于其他人类活动最本质的特征。21世纪的化学是一门实验与理论互相推动并驾齐驱的科学。 早在化学形成时期，分离和鉴定化学物质就已经是化学研究的主要内容之一。普遍认为，近代化学始于爱尔兰人波意耳（Robert Boyle）发表“怀疑派化学家”一书。波意耳提出：化学元素是用分离手段获得的不可再分的物质。元素的这一操作性定义大大推动了化学的发展。现代化学的高速发展，很大程度得益于使用各种物理方法和先进技术进行的快速的高度自动化的分离和表征（characterization）。无论是合成还是分离与表征，以及研究化学物质地性质，都大量地涉及化学物质地化学反应（reaction）。 概而言之，化学研究包括对化学物质的分类、合成、反应、分离、表征、设计、性质、结构、应用以及它们的相互关系。 |
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