热力学温度的影响对证券/基金/期货市场有什么可能的影响？

大连化物所直接转化二氧化碳为汽油？大家有什么看法？

正好最近在准备oral，introduction里面涉及到sustainable energy的问题。看到有很多知友提出了热力学上的能量转化问题，即你用了很大的能源去制备氢气，提供足够高的温度或者过电位还原二氧化碳从而制备的甲醇，其所能提供的能量是不可能超出消耗的能源的。这是个很好也很尖锐的问题。事实上，制备得到的甲醇的化学能也许是仅仅占消耗的电能或者热能的10%或更少，而消耗这些甲醇会产生等量的二氧化碳，加上在裂解石油天然气产氢的时候释放的二氧化碳，似乎二氧化碳的排放量也并没有减少。这几乎让这篇文章和类似领域的研究成了一场笑话。其实，scientist是最会算账的（不然phd的工资也不会这么低，手动捂脸），NSF和国家基金委的人也不傻，不会把钱花在完全没有用的地方。
这其中有几个概念需要了解清楚，1.地球上的能源很多，我们不缺能量，而能够直接利用的能源很少，。为什么这么说呢，除了化石能源，我们有风，水，地热，太阳能，核能等无数足够丰富的能源，但我们能够直接利用的能源只有能够直接燃烧的生物质能，通过转化效率大约40%-50%的内燃机把化学能转化为动力利用起来。当然我们也用电，电能也是一种可以被我们直接利用的清洁能量，但可惜的是电能不是能源，并不存在一座存储了无限电能的矿场供人类直接插上十亿个充电宝供电。人类有无数的方法可以用来发电，但没有足够有效的方法来储存电能。父亲在水利行业和计算机领域做研究，参与过葛洲坝和三峡大坝水轮发电机的自动化控制，小时候在父亲给我讲大坝蓄水发电的时候我就问他，为什么不把蓄起来的水都放掉来解决夏天供电不足的问题呢。事实是，水电厂，火电厂产出的电流通过过无数变电站和输电线和耗电系统直接相连，根据最低木板原理，其实输入功率是由输出功率决定的，即用多少电发多少电，多发的电全部浪费在电网里无法保存。
虽然我们有电容器，超级电容器，锂离子电池，硫酸铅蓄电池等等储电装置，但说到底还是把电能转化成了化学能和电势能，且设计目的是为了循环充放电而不是储能，而且势必无法制造几百亿个锂离子电池来长时间储存电能。所以三峡大坝的最大的目的不是发电而是储能和调节分配能源，把能量通过重力势能的形式储存起来，在枯水季通过适当放水来发电。所以每年汛期强行开闸放水调节洪峰的时候你都能看到水利部长一脸肉疼的表情，因为放走的都是能源和白花花的银子。
2 太阳能，风能能提供丰富但是不稳定的能源因此暂时无法接入电网正常使用。尤其是太阳能，受到环境的影响太大没有稳定输出。所以我们迫切需要的能够存储电能的清洁无污染的物质which最好还能直接利用。答案显而易见，燃料。燃料包括但不限于氢气，氨气，甲烷，甲醇，乙醇，4-8碳的烷烃等等等等。如何最大限度的利用这些能源已经研究了很多年，毕竟理论上内燃机的效率是有上限的。最好的利用方法目前看来是3.燃料电池，其化学能转化为电能的理论上限是100%，而电动机的效率又远高于内燃机，因此燃料电池的设计将会逐渐取代内燃机。However，除了燃料电池自身的催化剂问题要解决之外，燃料从哪里来。化石能源总有消耗完的一天，而且这一天的确不远了。其他燃料，比如氢氧燃料电池，氧气空气中有，氢气怎么办呢，现阶段大部分人工制造的氢气来自于对甲烷的steam re-forming，这个过程消耗了极大的能量，仅提供合成氨所用到的氢气量就占了世界能源年消耗量的1%，年二氧化碳排放量的3%。所以我们当然不能通过消耗化石能源来制备用于燃料电池的氢气，太太太太太败家了，石油工业可不仅仅可以提供汽油，它几乎是所有有机合成工业原材料的提供商，而这些原材料大多现阶段我们无法通过简单的无机分子合成得到。
4.不用石油那氢气怎么得到，光解水或者电解水，我们有丰富的电而不能储存。电解水就是一个极好的储存能源的办法，氢气在cathode上析出，氧气在anode上析出，电能转换成了化学能存储在氢气里。同时，可以把电解水和太阳能电池联合在一起制备PEC来进行光解水，利用无处不在的太阳能分解水来储存能源。氢气作为气体，自然在储存上有很大的难题，譬如难压缩，易燃易爆不稳定，难以释放等等，因此以MOF和Pd材料来储氢又是一个新的领域。制备出来的氢气还能做什么呢，用来还原二氧化碳制备甲醇或者多碳醇烃，或者还原氮气都是很好的选择。更有甚者，直接通过水和二氧化碳在加电压的情况下生成氧气和醇类，这类装置被称为人工树叶，可以进行人工光合作用固碳固氮，伯克利的杨培东和Yaghi都是这个领域的佼佼者。所以，当光解水技术和电催化技术成熟商业化后，还原二氧化碳的氢气和能量可以完全来自于太阳能和水，因此不用担心生产过成的能量转化效率，我们只是把我们无法直接使用的无数能量存储起来了部分而已，总归是赚的（连带着海水淡化技术也需要进一步发展才行ToT）
回到这个问题本身，二氧化碳本身是我们所痛恨的温室效应的几个主要罪魁祸首之一，内燃机和火电不可避免会造成大量排放二氧化碳，而所有的国家为了经济发展不会轻易减少排放量。这时候转化二氧化碳就显得尤为重要了。既然有希望看到通过太阳能风能这种清洁能源转化二氧化碳为燃料，工业给料来代替日渐稀少的化石能源，何乐而不为呢。这个领域要走的路很长很长，有人认为这是个坑，有人认为这不可能商业化，有人认为这篇文章只是小小的进展，甚至连突破都算不上，还有人说科研是拿着钱在做毫无意义的哗众取宠。但是你们从第一段的描述就应该可以看出，这个方向是目前材料科学家能想到的解决问题的最合适的方法之一（当然生物界，地质界有自己的一套思路），这个方法不是单独的一个领域，而是数十个领域叠合在一起的研究，每一个领域负责解决这个技术的一部分问题，因此当你孤立的看待每一个领域的时候往往会觉得此研究毫无意义甚至荒谬，但当你整体的看待这个问题，居高临下看到整个问题的解决方法是如何一点点被拼凑成一个精密的庞然大物的时候，你才会感叹于人类智慧之光的伟大。每一篇文章都在尝试解决技术上的小问题，都在尝试提供一种解决问题的新思路，或证明，证伪其他人提出的想法。正是所有研究人员的努力和未雨绸缪，才会让我们在面对未来可能出现的危机时不惊慌失措手忙脚乱，we always think ahead。（不过，前几天带实验课和学生聊天的时候也说到，科研的优先级是肯定低于经济发展，农业发展，军事和教育的，一定是先保证人类能够存活，人民吃饱穿暖安居乐业的前提下，才合适将多余的资金大量的投入科研。而基础科研的成果大多在很多年内都是无法直接兑换成核心竞争力和金钱的，所以川普削减了科研的funding去造边境长城也无可厚非，毕竟全球变暖造成的毁灭可远没有失业率提高5个点和敌国新部署的核武器的威胁来的直接和快速，更别提希格斯粒子，暗物质引力波，宇宙微波背景辐射，癌细胞突变这些和日常生活完全不在一个尺度上的研究）

物理学家霍金奉献一生，他有着怎样的人生经历？

霍金是谁？他是一个大脑，一个神话，一个当代最杰出的理论物理学家，一个科学名义下的巨人……或许，他只是一个坐着轮椅，挑战命运的勇士。
智慧的大脑诞生了
史蒂芬·霍金，出生于1942年1月8日，这个时候他的家乡伦敦正笼罩在希特勒的狂轰滥炸中。
霍金和他的妹妹在伦敦附近的几个小镇度过了自己的童年。多年以后，他们的邻居回忆说，当霍金躺在摇篮车中时非常引人注目，他的头显得很大，异于常人———这多半是因为霍金现在的名声与成就远远异于常人，邻居不由自主地要在记忆里重新刻画一下天才儿童的形象。
不过霍金一家在古板保守的小镇上的确显得与众不同。霍金的父母都受过正规的大学教育。他的父亲是一位从事热带病研究的医学家，母亲则从事过许多职业。小镇的居民经常会惊异地看到霍金一家人驾驶着一辆破旧的二手车穿过街道奔向郊外——汽车在当时尚未进入英国市民家庭。然而这辆古怪的车子却拓展了霍金一家自由活动的天地。
霍金热衷于搞清楚一切事情的来龙去脉，因此当他看到一件新奇的东西时总喜欢把它拆开，把每个零件的结构都弄个明白——不过他往往很难再把它装回原样，因为他的手脚远不如头脑那样灵活，甚至写出来的字在班上也是有名的潦草。
霍金在17岁时进入牛津大学学习物理。他仍旧不是一个用功的学生，而这种态度与当时其他同学是一致的，这是战后出现的青年人迷惘时期——他们对一切厌倦，觉得没有任何值得努力追求的东西。霍金在学校里与同学们一同游荡、喝酒、参加赛船俱乐部，如果事情这样发展下去，那么他很可能成为一个庸庸碌碌的职员或教师。然而，病魔出现了。
病魔出现了
从童年时代起，运动从来就不是霍金的长项，几乎所有的球类活动他都不行。
到牛津的第三年，霍金注意到自己变得更笨拙了，有一两回没有任何原因地跌倒。一次，他不知何故从楼梯上突然跌下来，当即昏迷，差一点死去。
直到1962年霍金在剑桥读研究生后，他的母亲才注意到儿子的异常状况。刚过完21岁生日的霍金在医院里住了两个星期，经过各种各样的检查，他被确诊患上了“卢伽雷氏症”，即运动神经细胞萎缩症。
大夫对他说，他的身体会越来越不听使唤，只有心脏、肺和大脑还能运转，到最后，心和肺也会失效。霍金被“宣判”只剩两年的生命。那是在1963年。
起初，这种病恶化得相当迅速。这对霍金的打击是可想而知的，他几乎放弃了一切学习和研究，因为他认为自己不可能活到完成硕士论文的那一天。然而，一个女子出现了。
轮椅出现了
霍金的病情渐渐加重。1970年，在学术上声誉日隆的霍金已无法自己走动，他开始使用轮椅。直到今天，他再也没离开它。
永远坐进轮椅的霍金，极其顽强地工作和生活着。
1991年3月，霍金在一次坐轮椅回柏林公寓，过马路时被小汽车撞倒，左臂骨折，头被划破，缝了13针，但48小时后，他又回到办公室投入工作。
又有一次，他和友人去乡间别墅，上坡时拐弯过急，轮椅向后倾倒，不料这位引力大师却被地球引力翻倒在灌木丛中。
虽然身体的残疾日益严重，霍金却力图像普通人一样生活，完成自己所能做的任何事情。他甚至是活泼好动的——这听来有点好笑，在他已经完全无法移动之后，他仍然坚持用惟一可以活动的手指驱动着轮椅在前往办公室的路上“横冲直撞”；在莫斯科的饭店中，他建议大家来跳舞，他在大厅里转动轮椅的身影真是一大奇景；当他与查尔斯王子会晤时，旋转自己的轮椅来炫耀，结果轧到了查尔斯王子的脚趾头。
当然，霍金也尝到过“自由”行动的恶果，这位量子引力的大师级人物，多次在微弱的地球引力左右下，跌下轮椅，幸运的是，每一次他都顽强地重新“站”起来。
1985年，霍金动了一次穿气管手术，从此完全失去了说话的能力。他就是在这样的情况下，极其艰难地写出了著名的《时间简史》，探索着宇宙的起源。霍金取得巨大成功，但生活的现实取代了爱情的浪漫，他和简的婚姻走到了尽头。
来自直觉的启示：黑洞不黑
霍金的研究对象是宇宙，但他对观测天文从不感兴趣，只有几次用望远镜观测过。与传统的实验、观测等科学方法相比，霍金的方法是靠直觉。
“黑洞不黑”这一伟大成就就来源于一个闪念。在1970年11月的一个夜晚，霍金在慢慢爬上床时开始思考黑洞的问题。他突然意识到，黑洞应该是有温度的，这样它就会释放辐射。也就是说，黑洞其实并不那么黑。
这一闪念在经过3年的思考后形成了完整的理论。1973年11月，霍金正式向世界宣布，黑洞不断地辐射出X光、伽马射线等，这就是有名的“霍金辐射”。而在此之前，人们认为黑洞只吞不吐。
从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制，霍金对量子宇宙论的发展做出了杰出的贡献。霍金获得1988年的沃尔夫物理奖。
畅销书之王：《时间简史》
霍金的科普著作《时间简史———从大爆炸到黑洞》在全世界的销量已经高达2500万册，从1988年出版以来一直雄踞畅销书榜，创下了畅销书的一个世界纪录。在这本书里，霍金力图以普通人能理解的方式来讲解黑洞、宇宙的起源和命运、黑洞和时间旅行等。
在《时间简史》一书的开头，霍金指出：“有人告诉我，我在书中每写一个方程式，都将使销量减半。于是我决定不写什么方程。不过在书的末尾，我还是写进一个方程，爱因斯坦的著名方程E=mc2。我希望此举不致吓跑一半我的潜在读者。”现在看来，霍金完全是多虑了。

影响化学发展的十大历史事件

一、化学的前奏
1．人类文明的起点——火的利用
在几百万年以前，人类过着极其简单的原始生活，靠狩猎为生，吃的是生肉和野果。根据考古学家的考证，至少在距今50万年以前，可以找到人类用火的证据，即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。有了火，原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康，智力也有所发展，提高了生存能力。后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，这样，火就可以随身携带了。于是，人们不再是火种的看管者，而成了能够驾驭火的造火者。火是人类用来发明工具和创造财富的武器，利用火能够产生各种各样化学反应这个特，类开始了制陶、冶金、酿造等工艺，进入了广阔的生产、生活天地。
2．历史悠久的工艺——制陶
陶器是什么时候产生的，已很难考证。对陶器的由来，说法不一，有人推测：人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。大约距今1万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。陶器的发明，制造技木上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化，使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义，而且有新的经济意又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法，陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。
3．冶金化学的兴起
在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限，于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿，约公元前3800年，伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后，便出现了青铜器。到了公元前3000～前2500年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡(xī) 和铅(qiān)两种金属。往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800℃左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅)，它的硬度高，适合制造生产工具。青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好，还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器，是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期(公元前6 世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁■(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。到了公元前8～前7世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。
4．中国的重大贡献——火药和造纸
黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢？这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)石和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火药也是黑色的，叫黑火药。火药的性质是容易着火，因此可以和火联系起来，但是这个“药”字又怎样理解呢？原来，硫磺和硝石在古代都是治病用的药，因此，黑火药便可理解为黑色的会着火的药。火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关，炼丹的目的是寻求长生不老的药，在炼丹的原料中，就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中，长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中，曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象，经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系，一直被用在军事上。古代人打仗，近距离时用刀枪，远距离时用弓箭。有了黑火药以后，从宋朝开始，便出现了各种新式武器，例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种，用火将药线点着，把火药包抛出去，利用燃烧和爆炸杀伤对方。大约在公元8世纪，中国的炼丹术传到了阿拉伯，火药的配制方法也传了过去，后来又传到了欧洲。这样，中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。纸是人类保存知识和传播文化的工具，是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前，中国古代传播文字的方法主要有：在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字，即所谓的甲骨文；甲骨数量有限，后来改在竹简或木简上刻字。可是，孔子写的《论语》所用的竹简之多，份量之重是可想而知的；另外，用丝织成帛(bó)，也可以用来写字，但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸，一直流传到今天。1957年5月，中国考古工作者在陕西省西安市灞(bà)桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造，其年代不会晚于汉武帝(公元前156～公元前87年)，这是现存的世界上最早的植物纤维纸。提起纸的发明，人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重，便总结了前人造纸的经验，带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料，先把它们剪碎或切断，放在水里长时间浸泡，再捣烂成为浆状物，然后在席子上摊成薄片，放在太阳底下晒干，便制成了纸。它质薄体轻，适合写字，很受欢迎。造纸是一个极其复杂的化学工艺，它是广大劳动人民智慧的产物。实际上，蔡伦之前已经有纸了，因此，蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。
5．炼丹术与炼金术
当封建社会发展到一定的阶段，生产力有了较大提高的时候，统治阶级对物质享受的要求也越来越高，皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望：第一是希望掌握更多的财富，供他们享乐；第二，当他们有了巨大的财富以后，总希望永远享用下去。于是，便有了长生不老的愿望。例如，秦始皇统一中国以后，便迫不及待地寻求长生不老药，不但让徐福等人出海寻找，还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为，可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金，然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是，在合金表面便形成了一层硫化锡，它的颜色酷似黄金(现在，金黄色的硫化锡被称为金粉，可用作古建筑等的金色涂料)。这，炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上，这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法，是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到，但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中，应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训，甚至总结出一些化学反应的规律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出：“丹砂(硫化汞)烧之成水银，积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结，即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验，必定需要大批实验器具，于是，他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要，制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药，其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来，他们还创造了许多技术名词，写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作，开挖了化学这门科学的先河。从这些史实可见，炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的，后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们，应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此，在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近，其真正的含义是“化学源于炼金术”。
二、创建近代化学理论——探索物质结构
世界是由物质构成的，但是，物质又是由什么组成的呢？最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140年)，他认为：“易有太极，易生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。约公元前1400 年，西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的泰立斯认为水是万物之母；黑拉克里特斯认为，万物是由火生成的；亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时，以四种“原性”作为自然界最原始的性质，它们是热、冷、干、湿，把它们成对地组合起来，便形成了四种“元素”，即火、气、水、土，然后构成了各种物质。上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上，是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出：“元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物。但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”波义耳还主张，不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺，而应把它看成一门科学。因此，波义耳被认为是将化学确立为科学的人。人类对物质结构的认识是永无止境的，物质是由元素构成的，那么，元素又是由什么构成的呢？1803 年，英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。原子学说的主要内容有三点：1．一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成，这种微粒称为原子；2．同一种元素的原子的性质和质量都相同，不同元素的原子的性质和质量不同；3．一定数目的两种不同元素化合以后，便形成化合物。原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德罗又于1811年提出了分子学说，进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为，许多物质往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在，例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子，而化合物实际上都是分子。从此以后，化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。
三、现代化学的兴起
19 世纪末，物理学上出现了三大发现，即X射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，从而开始建立了物理化学，把化学从理论上提高到了一个新的水平。在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论，使人类进一步了解了分子结构与性能的关系，大大地促进了化学与材料科学的联系，为发展材料科学提供了理论依据。化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决社会问题，例如能源危机、粮食问题、环境污染等。化学与其他学科的相互交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证，在改善人民生活，提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上，发展成为多分支学科的科学，开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手，为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。
6、安全炸药造福人类——诺贝尔发明安全炸药
“轰隆隆..”一声巨响，山崩地裂，土石飞迸。这是我们经常能从荧屏和银幕上看到的场景。今天，威力巨大的炸药是从事开矿、筑路等大型工程建设必不可少的开路先锋；可当初，人类是怎样找到并驯服这位力大无穷却又脾气暴烈的“朋友”的呢？说来就话长了。大家都知道，黑色火箭是中国古代四大发明之一。大约在公元13～14世纪，通过中亚阿拉伯国家传到了欧洲各国，欧洲人学合使用火药后加以推广，不仅造出了用火药发射的枪支、大炮，还用来发展生产。到了17世纪，随着工业革命的深入，许多国家迫切要求发展采矿业，加快采掘速度，需要更强有力的炸药，而传统的黑色火药燃烧不充分，爆炸力不强，因此寻找威力巨大的新炸药成为迫在眉睫的一个大问题。1847年，意大利人索伯莱罗发明了一种名叫硝化甘油的烈性炸药它的威力比黑色火药大得多。但非常容易爆炸，制造、存放和运输都很危。人们没办法控制它，因此很难将它应用于实际。为了驯服这头暴烈的“野马”，许多人煞费苦心，可是都没有成功；而最终降服并驾驭这匹“野马”，制造出高效安全炸药的是瑞典的一位勇士——化字家阿尔弗雷德·诺贝尔。
诺贝尔的父亲是一个机械师，没受过高等教育，但非常喜欢化学实验，一有空就研制炸药。在父亲的影响下，小诺贝尔也热衷于改进炸药的研究。可是他的父母并不赞成，因为搞炸药太危险了。他的父亲希望他老老实实地当一名机械师。但是诺贝尔却坚信改进炸药将会给人类创造极大的财富。父母被地执著追求的坚强意志所感动，只好默认了。从此，父子俩站在同一条战壕里，为攻克科学难关而并肩奋斗。1862年初，诺贝尔开始研究利用硝化甘油来制造可控制的烈性炸药。他想：硝化甘油是液体，不好控制，如果把它与固休的黑色火药混合起来，不就便于贮存、控制了吗？他拭着用10%的硝化甘油加入黑色火药之内，制成的混合炸药爆炸力确实大大增强，但他不久就发现这种炸药不能长期贮存，放置几小时以后，硝化甘油就全被火药的孔隙所吸收，燃烧速度随之减慢，爆炸力大大减弱，因此没有实用价值。
为了研制成一种可控制的高效能炸药，诺贝尔日以继夜地进行着大胆的试验和细心的观察。过去，人们通过点燃导火索来引爆黑色火药，但这种方法却不能引爆硝化甘油。硝化甘油不容易按照人的要求爆炸，却又容易自行爆炸。真是个桀骜(jiéà o)不驯的家伙！
1862年初夏，诺贝尔设计了一个引爆硝化甘油的重要突验：把一个小玻璃管硝化甘油放入一个装满黑色火药的金属管内，安上导火索后将金属管口塞紧；点燃导火索，把金属管丢入深沟。霎那间，轰隆一声，发生了剧烈的爆炸，这表明里面的硝化甘油已完全爆炸。从中诺贝尔认识到：密封容器内少量黑色火药的爆炸，可以引起分隔开的硝化甘油完全爆炸。
第二年秋天，诺贝尔在斯德哥尔摩的海伦坡建立了他的第一个实验室，专门从事硝化甘油的研究和制造。开始，他用黑色火药作引爆药，效果还不十分理想，以后他又改用雷酸汞制成引爆管(现称雷管)，成功地引爆了硝化甘油。1864年他取得了这项发明的专利权。他终于发明了可供实用的硝化甘油炸药。
初步成功的喜悦尚未过去，接踵而来的却是一次沉重的打击。1864年9月3 日，为进一步改进雷管的性能，制造更高效的炸药，他们进行一次新的试验。只听得轰的一声巨响，实验室被送上了天，地下也炸出了一个大坑。当人们跑来把诺贝尔从废墟中救出来时，满脸血迹的诺贝尔嘴里还在不停地说：“试验成功了，我的试验成功了！”是的，新炸药的威力是巨大的，然而，损失是惨重的：他的实验室完全被摧毁，诺贝尔的弟弟埃米被炸死，父亲重伤致残，哥哥和他自己也都受了伤。事故发生以后，周围的邻居十分恐慌，当局也禁止他们在城内从事炸药生产或实验。结果，诺贝尔只能把设备搬到3 公里以外马拉湖内的一只平底船上。但这丝毫也没有动摇诺贝尔制造新炸药的决心。几经周折，终于获得政府批准，于1865年3月在温特维根建造了世界上第一座硝化甘油工厂。
诺贝尔生产的炸药，很受采矿业的欢迎。除了瑞典以外，在英、法、德、美各国也都取得了专利权。然而，新炸药的性能仍不够稳定，在运输中经常发生事故：美国的一列火车，在途中因颠簸而引起炸药爆炸，变成了一堆废铁；“欧罗巴”号海轮，在大西洋上遇到狂风，船体倾斜，导致硝化甘油爆炸，船沉人亡。一连串的事故，使人们对硝化甘油又产生了疑惧，有些国家甚至下令禁运。面对这种艰难的局面，不少人劝诺贝尔不要再搞危险的炸药试验了，但诺贝尔不达目的誓不罢休，他考虑的是在不减弱爆炸力的同时一定使硝化甘油炸药变得很安全。
诺贝尔接连做了一系列试验，希望用一些多孔的物质，如木炭粉、锯木屑、水泥等吸附硝化甘油，以减少爆炸的危险，但结果都不令人满意。有一次一辆运输车上的一个硝化甘油罐不慎打破了，硝化甘油流出来和旁边作为防震填充料的硅藻土混在一起，却没发生事故。这给诺贝尔很大的启示，经过反复试验，终于制成了用一份硅藻土吸收三份硝化甘油的固体炸药。这种炸药无论运输或使用都十分安全，这就是诺贝尔安全炸药。为了消除人们对安全炸药的怀疑，1867年7 月14 日，诺贝尔做了一次公开的对比实验。他把一箱安全炸药放在一堆点燃的木柴是，结果炸药并未炸开；再把一箱安全炸药从20 米高的山崖上扔下去，结果仍未炸；最后在石洞、铁桶中装入安全炸药，用雷管引爆，全都成功地爆炸了！“野马”终于套上了笼头，炸药不再令人生畏。
诺贝尔再接再励，继续改进他的炸药。他把一份火棉(低氮量硝酸纤维素)溶于九份硝化甘油中，得到一种爆炸力更强的胶状物——炸胶，1887年，他又把少量樟脑加到硝化甘油和火棉炸胶中，发明了爆炸力强而烟雾少的无烟火药。直到今夭，军工生产中普遍使用的火药，仍属这一类型。在隆隆的爆炸声中，诺贝尔的事业迅速发展起来。他的工厂遍布欧美各国，新型炸药的销售量直线上升。他的发明大大促进了公路、铁的修建，帮助了隧道的开凿和矿藏的开采；然而，他的炸药也加深了战争的灾难和痛苦，这使他很痛心。为了造福于人类，1895 年11月29 日他在巴黎写下了一份著名的遗嘱，将其毕生积累的巨额财产中的一部分创办科学研究所，而把大部分巨额财产作为基金，分设物理、化学、生理(或医学)、文学与和平事业五项奖金，以鼓励对人类作出最多贡献的人。
7、开创制碱工业的新纪元——侯德榜发明联合制碱法
在化学工业中，纯碱是一种重要的化工原料，它的化学名称又叫“碳酸钠”，是一种白色的粉末。别小看它，它的用途可大呢！制造肥皂、玻璃、纸张时要用它；纺纱织布时要用它；炼铁、炼钢过程中也少不了它。用它还可以制造出好多好多的化工产品哩！它诞生在化工厂里，是用联合制碱法生产出来的。这个方法由中国化学工业的先驱侯德榜首创，所以也叫“侯氏制碱法”。那末侯德榜是在怎样情况下研究制碱法，又是怎样创立侯氏制碱法的呢？事情得从17 世纪说起，当时人们在生产玻璃、纸张、肥皂等时已经知道要用纯碱，但那时的碱是从草木灰和盐湖水中提取的，人们还不知道可以从工厂中生产出来。后来法国一位医师路布兰用了4 年时间，在1791年首创了一种纯碱制造法，从此纯碱能源源不断地人工厂中生产出来，满足了当时工业生产的需要。可惜这一方法并不完善，还存在着许多缺点，如生产过程中温度很高、工人劳动强度很大、煤用得很多、产品质量也不高等，因此很多人都想改进它。1862年，比利时有一位化学家叫苏尔维，他提出了一种以食盐、石灰石、氨为主要原料的制碱方法，这方法叫“氨碱法”或“苏尔维制碱法”。由于这个方法产量高、质量优、成本低、能连续生产，所以很快就替代了路布兰的方法。但这个方法都被制造商严格控制住，一点也不让它泄露出来，被他人知道。20 世纪初，当时的中国工业生产也需要纯碱，但自己不会生产，只能依靠进口。第一次世界大战时，纯碱产量大大减少，加上交通受阻，英国一家制造纯碱的公司乘机抬高碱价，甚至不供货给中国，致使中国以碱为原料的工厂只得倒闭、关门。当时有一位在美国留学的中国学生侯德榜，他学飞很刻苦，成绩优异，在美国学习化学工程已有8 年，1921 年取得了博士学位，发他听说外车资本家如此卡中国人的脖子时，连肺都要气炸了，他发誓学成回国，以自己已学到的知识报效祖国，振兴中国的民族工业。1921 年10月侯德榜回国了，他任永利碱业公司总工程师，任务是要创建中国第一家制碱工厂。当时要生产出碱，只能按苏尔维制碱法生产。
原理说说很简单，可真正要制造出来可就难了。由于技术封锁，侯德榜只能靠自己不断研究、试验、摸索。经过好长时间的努力，终于设计好了流程，安装好了设备，接著就开始试生不。谁知一开始就碰到困难。一天，刚试车不久，高高的蒸氨塔突然晃功得很厉害，并且发出巨响大家害怕极了，侯德榜见了马上喊停车。一检查，原来所有的管道都被白色的沉淀物堵住了。怎么办？开始他拿大铁钎捅，累得满头大汗，但也无济于事。后来，他想出加干碱的办法，才使沉淀物慢慢掉了下来，终于转危为安。类似这样的故障还有很多很多，每次都被他一一排除掉了。经过几年的努力，1924年8 月13 日，中国第一家制碱厂正式投产了。那天工人们早早地来到车间，都想亲眼目睹中国第一批纯碱的诞生。几小时后，不知谁喊了一声：“出来了！”大家眼睛一齐朝出碱口望去。咦？怎么出来的是红白相间的碱？按理应该是雪白的呀！大家的心头一凉。这时侯德榜仔细地检查了设备，原来纯碱出来时遇到了铁锈，才使产品变红了。原因查出来了，大家都松了一口气，以后改进了设备，终于制得了纯白色的产品。望著白花花的纯碱，侯德榜笑了，他笑得那么舒心，几年的辛苦没有白费，他终于摸索出苏尔维制碱法的奥秘，实现了自己报效祖国的誓言。
1937 年日本帝国主义发动了侵华战争，他们看中了南京的硫酸铵厂，为此想收买侯德榜，但是遭到侯德榜的严正拒绝。为了不使工厂遭受破坏，他决定把工厂迁到四川，新建一个永利川西化工厂。制碱的主要原料是食盆，也就是氯化钠，而四川的盐都是井盐，要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于浓度稀，还要经过浓缩才能成为原料，这样食盐成本就高了。另外，苏尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高，也就是说有30%的食盐要白白地浪费掉，这样成本就更高了，所以侯德榜决定不用苏尔维制碱法，而另辟新路。他首先分析了苏尔维制碱法的缺点，发现主要在于原料中各有一半的比分没有利用上，只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根，二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成了氯化钙，这个产物都没有利用上。那么怎祥才能使另一半成分变废为宝呢？他想呀想，设计了好多方案，但是—一都被推翻了。后来他终于想到，能否把苏尔维制碱法和合成氨法结合起来，也就是说，制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供，滤液中的氯化铵加入食盐水，让它沉淀出来。这氯化铵既可作为化工原料，又可以作为化肥，这样可以大大地提高食盐的利用率，还可以省去许多设备，例如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。设想有了，能否成功还要靠实践。于是地又带领技术人员，做起了实验。l次、2次、10次、100次..一直进行了500多次试验，还分析了2000多个样品，才把试验搞成功，使设想成为了现实。
这个制碱新方法被命名为“联合制碱法”，它使盐的利用率从原来的70%一下子提高到96%。此外，污染坏境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥——氯化铵，还可以减少1/3设备，所以它的优越性在大超过了苏尔维制碱法，从而开创了世界制碱工业的新纪元。