目前还有哪些化学问题仍未得到解决?这些问题如果解决,会对人类生活产生怎样的影响?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/28 09:33:43
目前还有哪些化学问题仍未得到解决?这些问题如果解决,会对人类生活产生怎样的影响?

21世纪化学的四大难题 :
1.化学的第一根本规律(第一个世纪难题):建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。
化学是研究化学变化的科学,所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。19世纪C.M.古尔德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律,是最重要的化学定律之一,但它是经验的、宏观的定律。
H.艾林的绝对反应速度理论是建筑在过渡态、活化能和统计力学基础上的半经验理论。过渡态、活化能和势能面等都是根据不含时间的薛定谔第一方程来计算的。所谓反应途径是按照势能面的最低点来描绘的。这一理论和提出的新概念虽然非常有用,但却是不彻底的半经验理论。
近年来发展了含时Hartree-Fock方法,含时密度泛函理论方法,以酉群相干态为基础的电子-原子核运动方程理论,波包动力学理论等。但目前这些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。
所以建立严格彻底的微观化学反应理论,既要从初始原理出发,又要巧妙地采取近似方法,使之能解决实际问题,包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应?能否生成预期的分子?需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应?如何在理论指导下控制化学反应?如何计算化学反应的速率?如何确定化学反应的途径?等等,是21世纪化学应该解决的第一个难题。
2.化学的第二个世纪难题:分子结构及其和性能的定量关系。
这里“结构”和“性能”是广义的,前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等,后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。虽然W.Kohn从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质,但实际计算困难很多,现在对结构和性能的定量关系的了解,还远远不够。要大力发展密度泛函理论和其他计算方法。这是21世纪化学的第二个重大难题。例如:
① 如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料?
② 如何使宏观材料达到微观化学键的强度?例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个数量级,但还远未达到金属-金属键的强度,所以增加金属材料强度的潜力是很大的。又如目前高分子纤维达到的强度要比高分子中的共价键的强度小两个数量级。这就向人们提出如何挑战材料强度极限的大难题。
③ 溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。
④ 具有单分子和多分子层的