正确认识化学科学和大化学革命

　　大化学革命是第六次科技革命的主要内涵之一

　　大化学（广义分子科学）革命与上述14个世界迫切需要解决问题的前10个问题密切相关。新生物学和技术革命与第8、第9、第10个问题相关。大成智慧革命和第11至第14个问题相关。物理革命对22世纪影响深远。

　　为什么此前国内外还没有人提出大化学革命呢？从上世纪下半叶以来，国内外有一股淡化化学科学的思潮，认为化学是一门老科学，在20世纪没有取得重大发展，在新闻媒体和报刊上，化学很少露面。在第六次科技革命中也很少有人提到化学。笔者认为这是一种误解。

　　联合国决定2011年为国际化学年，这是继2005年定为国际物理年后，对第二门基础科学的重视，也是对淡化化学学科舆论的一部分纠正，具有十分重要的意义。

　　20世纪的后半叶国内外舆论对化学科学的误解

　　误解之一：化学在20世纪没有提出重大科学问题。20世纪人类完成了最著名的三个重大科技工程：（1）人类基因组计划；（2）曼哈顿计划；（3）阿波罗登月计划。在这三大科技工程中，字面上都与化学无关。其实这些重大科技工程的完成，都是多学科的共同贡献，其中有一半是化学的贡献。认为化学和重大科技工程无关是误解。

　　人类基因组计划虽是生物学家提出来的，但却是分析化学家完成的。其全称应该是“人类基因分子的化学测序计划”。分析化学家的贡献占75%以上。我国化学家随后独立自主完成了水稻等重要基因的测序。我国留美化学家还在改进快速测序方面作出卓越贡献，大幅减少成本，使个人全基因组测序成为可能，并作为一种遗传疾病的重要诊断手段，从而可以制定个性化的医治和保健方案，大幅度提高人类的平均寿命。

　　曼哈顿计划是美国的原子弹试制计划。我国也独立自主完成了原子弹试制。这是我国核物理学家和放射化学家共同完成的任务。放射化学的贡献占50%。

　　阿波罗登月计划是美国开始的，后来中国也制定了巨大的太空航天计划。这是中国航空航天科学家和工程人员完成的伟大计划，但关键导航材料的研制，登月飞船特殊新材料，以及扫描、记录、传送等新材料的研制，都是化学家的任务，贡献占25%。 所以20世纪的三大科学工程都与化学有紧密的联系，总贡献率达50%。认为化学和重大科技工程无关是严重的误解。

　　误解之二：报刊上常说20世纪发明了六大技术：（1）信息技术；（2）生物技术；（3）核电站和核武器技术；（4）航空航天和导弹技术；（5）激光技术；（6）纳米技术。但却很少有人提到包括合成氨、合成尿素、合成抗生素、新药物、新材料和高分子的化学合成（包括分离）技术。

　　上述六大技术如果缺少一两个，人类照样能够生存。但如果没有哈勃发明的高压合成氨和后来的合成尿素技术，世界粮食产量至少要减半，全球70亿人口有35亿要挨饿。如果没有合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类不可能控制最可怕的天花、肺结核、伤寒、痢疾等传染病，无法缓解心脑血管病，平均寿命就要缩短25年。如果没有合成避孕药，人类就不能有效控制人口。如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶的技术，人类生活要受到很大影响。信息技术的核心是集成电路芯片，这是在化学提纯制备的硅单晶片上经过化学光刻生产的，计算机的存储器材料也是化学合成的，其他部件用了大量合成高分子材料。又如核电站的关键是核燃料铀、钚等的生产和后处理、放射性废水处理等，这些都是化学工业。

　　纳米技术是化学家发明并合成C-60、碳纳米管、石墨烯等纳米尺度的新材料，并发现纳米材料具有特殊性能的新技术。激光、光纤、航空、航天、导弹等技术无不需要化学合成的高新材料。所以如果没有化学合成技术，上述六大技术根本无法实现。

　　但化学和化工界非常谦虚，从来不提抗议（这句话是英国《自然》杂志在2001年的评论中说的）。我们应该理直气壮地大力宣传20世纪发明了七大技术，即化学合成（包括分离）技术和上述六大技术。在20世纪发明的七大技术中，人类最迫切需要的，对人们的生活和世界经济的发展影响最大的两大发明是化学合成技术和信息技术。

　　上述七大技术，按照对GDP贡献的大小来排序（依据2004年中国的统计资料），第一是与化学、化工、冶金、石油炼制、药物和高新材料的合成等密切相关的产业，总称为过程工程。原中国科学院化工冶金研究所所长郭慕孙院士非常有远见地把他们的所改名为中国科学院过程工程研究所。将来生物技术成熟了，也将很可能进入过程研究所，因为技术非常相似。

　　过程工程对GDP的贡献达16.6%，位居第一。第二是信息产业，包括计算机和芯片制造、电信服务、网络服务、软件产业等。对GDP的贡献为9.0%。第三是飞机、航天、人造卫星，导弹产业。第四是核电站和核工业。这四个都是大产业，其中核燃料生产和重水的生产实际上是化学工业，但划入核工业计算。第五是生物技术和生物产业，2004年占GDP还不到1%，但发展前途远大。第六是纳米产业。第七是激光技术产业。

　　误解之三：化学是一门有二三百年历史的老科学，没有多大发展前途。事实上，化学是创造新物质最多的科学，是20世纪发展最快的一级基础学科之一。

　　1900年在《美国化学文摘》（CA）上登录的，从天然产物中分离出来并确定其组成的，和人工合成的已知化合物只有55万种。经过45年翻了一番，到1945年达到110万种。再经过25年到1970年又翻一番，为236.7万种。以后新化合物增长的速度大大加快，到2011年9月14日CAS登录号已达11685万种，其中测定的生物大分子化学序列6314万种，合成的新药物、新材料等广义的新分子5371万种，比1970年增长50倍。没有一门其他科学能像化学那样在过去的110年中，创造出如此众多的新物质，并在过去的40年中使CAS的化学物质登录号增加近50倍。

　　上面是从数量来看合成化学的成就，从质量和重要性来看，合成和分离化学共获得了41项诺贝尔奖。其中对人类至关重要的发明可举例如下：

　　其一，哈勃（F.Haber）在1909年发明了用锇做催化剂的高压合成氨技术，在1918年获诺贝尔奖。C.Bosch 改进了合成氨技术，获1931年诺贝尔奖。这一合成氨技术，被国外传媒评为20世纪最重大的发明，因为它解决了最重要的世界粮食生产问题。

　　其二，W.N.Haworth 人工合成维生素C，获1937年诺贝尔奖。R.Kuhn人工合成多种维生素，获1938年诺贝尔奖。A.Butenandt 发现并分离提纯多种性激素，G.Domagk 发现能抗菌的磺胺药，获1939年诺贝尔奖。A.Fleming、E.B.Chain、H.W.Florey 发现青霉素的治疗效果并发明其生产技术，获1945年诺贝尔奖。R.Robinson 研究分离提纯生物碱，获1947年诺贝尔奖。S.A.Waksman 发现链霉素，获1952年诺贝尔奖。这些维生素、抗生素、激素和其他新药物的合成，对人类健康作出很大贡献。

　　其三，H.Staudinger 研究高分子聚合的原理，获1953年诺贝尔奖。K.Ziegler、G.Natta 发明用于高分子合成的Ziegler-Natta催化剂，获1963年诺贝尔奖。Alan J.Heeger、Alan G. MacDiarmid 研究合成导电性高分子，获2000年诺贝尔奖。高分子合成化学的发展大大提高了人类的生活水平。

　　其四，柯尔（R.F.Curl）、斯莫利（R.E.Smally）、克鲁托（H.W.Kroto）于1985年发现碳元素的第三种存在形式——巴基球（富勒烯），其中最重要的是C-60。富勒烯可以制成新的超导材料、有机化合物、高分子和纳米材料，获1996年奖。化学合成了零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯等纳米材料。所以纳米科学是在化学合成科学的基础上建立起来的。