彭硯淼+宋文芳

何謂化學(xué)？化學(xué)何為？

中國科學(xué)院院士黎樂民用一句話歸納道：

“化學(xué)是研究化學(xué)物質(zhì)變化規(guī)律的科學(xué)，其目的是掌握變化規(guī)律，利用來創(chuàng)造社會(huì)物質(zhì)財(cái)富，保障大眾生命健康?！?/p>

黎樂民早年從事核燃料絡(luò)合物化學(xué)和萃取化學(xué)研究，后因情況變化改變研究方向，從事量子化學(xué)和理論無機(jī)化學(xué)研究。投身祖國化學(xué)事業(yè)半個(gè)多世紀(jì)，在黎樂民看來，化學(xué)是深受社會(huì)關(guān)注的科學(xué)，化學(xué)研究不是簡(jiǎn)單的個(gè)人愛好，歸根結(jié)底是為了滿足社會(huì)的需求。概括而言，化學(xué)家研究的最終目的有兩個(gè)：一是為了創(chuàng)造社會(huì)物質(zhì)財(cái)富，二是保障大眾生命健康，兩者都是為了改善人類生存環(huán)境，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步。

化學(xué)研究的目的與人類社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)?；瘜W(xué)研究的起源可上溯到古代煉丹術(shù)和煉金術(shù)。據(jù)歷史記載，從我國戰(zhàn)國時(shí)期開始，為了獲取象征永生的丹藥和象征財(cái)富的黃金，國內(nèi)外煉丹家和煉金術(shù)士們開始了早期的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。煉丹術(shù)的期望是煉出“不死之藥”，服之可以包治百病、長(zhǎng)生不老；煉金術(shù)則尋找“哲人石”，利用來點(diǎn)石成金，希望把石頭或其他物料“變成”黃金，就是把“低廉”原料轉(zhuǎn)變成“昂貴”物品，創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富。這些嘗試，標(biāo)示了人類開始為保持生命健康與創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富的探索軌跡。雖然煉丹術(shù)和煉金術(shù)活動(dòng)受時(shí)代認(rèn)識(shí)水平的局限沒有直接發(fā)展成為現(xiàn)在的化學(xué)科學(xué)，其主觀追求的目標(biāo)卻是一脈相承的，所以可以視之為化學(xué)的原始形式或者化學(xué)的雛形。

化學(xué)之所以名為化學(xué)，“變化”是它的根本內(nèi)涵。化學(xué)的英文字根包含著阿拉伯文中“不可捉摸、奇怪、變化莫測(cè)”的意思。黎樂民認(rèn)為，老一輩人之所以用“化學(xué)”二字作為這門學(xué)科的中文譯名，是為凸顯它“變化的科學(xué)”的內(nèi)涵，因?yàn)榛瘜W(xué)的中心內(nèi)容是研究化學(xué)物質(zhì)變化的規(guī)律。為什么要強(qiáng)調(diào)是化學(xué)物質(zhì)？物質(zhì)的概念有哲學(xué)范疇的定義，有物理學(xué)上的定義，也有化學(xué)上的定義；探討由化學(xué)元素組成的各種各樣形態(tài)物質(zhì)的變化規(guī)律，限于在化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，例如不包括原子核的變化規(guī)律，那屬于核物理學(xué)的范疇。

化學(xué)研究活動(dòng)，從本質(zhì)上說是以人為本的。作為科學(xué)本身，化學(xué)研究規(guī)律，而研究規(guī)律的目的則是為了掌握規(guī)律以后，利用對(duì)規(guī)律的深刻認(rèn)識(shí)，達(dá)到為社會(huì)創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富和保障人類健康的目的，總體目標(biāo)是不斷改善人類生存環(huán)境，保證生活更美好，生命更健康，一切是以人為中心的?，F(xiàn)在很多學(xué)者強(qiáng)調(diào)做基礎(chǔ)科學(xué)研究不要講目的，黎樂民對(duì)此觀點(diǎn)不完全贊同。他認(rèn)為，誠然，任何搞科學(xué)的人都要對(duì)他研究的事物有濃厚興趣，但是不能僅僅強(qiáng)調(diào)興趣，因?yàn)閺纳鐣?huì)層面來講，科學(xué)活動(dòng)本質(zhì)上是一種社會(huì)化事業(yè)，是必須做到以人為本、以人為中心的，且不說現(xiàn)代科學(xué)活動(dòng)需要社會(huì)很多甚至是極大的投入了。

從理解化學(xué)變化本質(zhì)的角度看，化學(xué)是相對(duì)成熟了。但從化學(xué)要達(dá)到的目的角度看，化學(xué)這門學(xué)科還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠成熟，而且只要人類還存在就永遠(yuǎn)不會(huì)有完全成熟的一天。化學(xué)正式成為現(xiàn)代科學(xué)，是在十八世紀(jì)。為什么分界在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)？因?yàn)楝F(xiàn)代化學(xué)學(xué)科是建立在確認(rèn)元素、原子、分子等是客觀存在的基礎(chǔ)上的。天然存在的幾十種元素是客觀存在的，是可以通過實(shí)驗(yàn)?zāi)玫綄?shí)際的純物質(zhì)的?；瘜W(xué)科學(xué)建立在反映客觀實(shí)際的基礎(chǔ)之上，而不是像煉丹術(shù)和煉金術(shù)那樣以想象中的構(gòu)成世界萬物的本源物質(zhì)“金木水火土”或者“水土火氣”等為“理論”基礎(chǔ)，臆測(cè)實(shí)驗(yàn)，穿鑿附會(huì)。十八世紀(jì)，1772至1777年間，拉瓦錫用定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了燃燒的本質(zhì)是物質(zhì)與氧元素的化合作用，而不是虛構(gòu)的“燃素”的參與，提出燃燒的氧化學(xué)說，開創(chuàng)了通過實(shí)驗(yàn)定量研究實(shí)際化學(xué)物質(zhì)變化規(guī)律的新時(shí)期，使化學(xué)沿著正確的軌道發(fā)展。此后幾百年，經(jīng)過眾多化學(xué)家們的研究和努力，化學(xué)學(xué)科發(fā)展到現(xiàn)在，人們已經(jīng)清楚認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確掌握很多基本化學(xué)變化規(guī)律了。從這個(gè)意義上講，化學(xué)是一門成熟的科學(xué)。這種成熟表現(xiàn)為人們不再把化學(xué)變化看得那么神秘，那么不可捉摸，而是原則上肯定所有化學(xué)變化都是可以理解的，可以徹底弄清楚的。但如果認(rèn)為化學(xué)已經(jīng)很成熟了，也不確切。因?yàn)榛瘜W(xué)的目的在于創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富，守護(hù)人類健康。與物理研究注重矛盾的普遍性、重視發(fā)現(xiàn)基本規(guī)律相比，化學(xué)研究更偏重于掌握并利用矛盾的特殊性?；瘜W(xué)物質(zhì)的特殊性是無窮無盡的，而且人類進(jìn)步的要求是“得寸進(jìn)尺”、不斷提高的。比如現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的除草劑“草甘膦”，具有殺草譜廣、對(duì)環(huán)境無污染的特點(diǎn)，開始使用時(shí)認(rèn)為非常理想。但使用較長(zhǎng)一段時(shí)間后，導(dǎo)致出現(xiàn)抗藥性極強(qiáng)的“超級(jí)雜草”，并且發(fā)現(xiàn)它可能是致癌物質(zhì)?；瘜W(xué)家就要針對(duì)出現(xiàn)的問題研發(fā)出新一代更高效、低毒、低殘留、無污染的除草劑。在研發(fā)給人類治病的藥、供人類使用的各種材料等方面，類似的產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的例子不勝枚舉。這就是化學(xué)研究的“個(gè)性”特征，研究目的常常是很具體的。黎樂民認(rèn)為，在把握物質(zhì)的具體特性及其變化規(guī)律層面，化學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有成熟，也永遠(yuǎn)不會(huì)成熟。因?yàn)槿祟愖非笪镔|(zhì)財(cái)富，追求健康，永遠(yuǎn)不會(huì)停止，矛盾也在不停變化，提出的問題有著特殊性，研究就得不停地往前走。

化學(xué)工業(yè)是化學(xué)研究成果的工業(yè)化生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2014年與化工過程相關(guān)產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)GDP的20%以上，高居第一位。美國化工過程產(chǎn)業(yè)占的比重也很高，在出口產(chǎn)品中位列前茅。可以說，“沒有化學(xué)研究成果，就沒有現(xiàn)代物質(zhì)文明。”但化學(xué)對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)總是被歸功到別的產(chǎn)業(yè)上，諸如能源工業(yè)、石油化工、制藥工業(yè)、化肥農(nóng)藥、金屬冶煉、玻璃陶瓷、紡織原材料、國防裝備材料（例如高能推進(jìn)劑、隱身材料、高爆炸藥）等，而這些產(chǎn)業(yè)都是化學(xué)研究成果的工業(yè)化。

可以肯定地說，社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)的進(jìn)步，化學(xué)做出的貢獻(xiàn)是基石性的，國民經(jīng)濟(jì)中占相當(dāng)比重的產(chǎn)業(yè)都是以化學(xué)研究成果為基礎(chǔ)?；瘜W(xué)研究成果經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，供給社會(huì)需求。我們每個(gè)人的生活中，方方面面都離不開化工產(chǎn)業(yè)。比如說石油資源利用問題，看起來跟化學(xué)沒有關(guān)系，實(shí)際上解決其中的化學(xué)問題很關(guān)鍵。石油開采出來，如果只是簡(jiǎn)單分餾，能得到的輕質(zhì)油較少，原油利用效率較低。后來經(jīng)過化學(xué)研究，利用高溫催化裂化反應(yīng)，將石油中的重質(zhì)油成分裂化，可以將汽油和柴油的產(chǎn)出大幅度提高，而且油品質(zhì)量顯著提高。事實(shí)上現(xiàn)在國內(nèi)市場(chǎng)銷售的汽油中約80%、柴油中約40%是通過催化裂化生產(chǎn)出來的。改變反應(yīng)條件，也可以通過催化裂解生產(chǎn)出小分子碳?xì)浠衔?，例如乙烯、丙烯等，用作有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料。這就極大地提高了石油資源的利用率，如果沒有化學(xué)研究發(fā)揮的作用，石油資源利用率低就成大問題了。再以紡織業(yè)為例，在現(xiàn)代紡織業(yè)的原材料中，化學(xué)纖維占據(jù)重要地位，極大地滿足了人類的衣著需求，這是眾所周知的事實(shí)。即使原材料本身取材自天然，但是經(jīng)過化學(xué)加工后，品質(zhì)可以得到極大提高，比如漂白可使產(chǎn)品潔白如雪，染色則能得到色彩絢麗而且不會(huì)褪色的產(chǎn)品。實(shí)際上，與人類衣食住行相關(guān)的大部分產(chǎn)業(yè)都跟化學(xué)有直接或者間接的密切關(guān)系。例如，保證人類基本生存條件的糧食生產(chǎn)，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，化肥在對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)的總份額中約占40%至60%，也就是說，如果沒有以化學(xué)研究成果為基礎(chǔ)的化肥工業(yè)，現(xiàn)在人類缺糧將達(dá)到40%以上，就會(huì)有三分之一以上的人要餓死。