《選專業》每日一專業——化學

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《選專業》每日一專業——化學

1、什麼是化學?

“化學”(Chemistry)一詞,若單從字面解釋就是“變化的科學”之意。化學同物理皆為自然科學之基礎科學。很多人稱化學為“中心科學”(Central Science),它是在原子和分子層面上研究物質的組成、結構、性質、變化規律及應用的一門自然科學。比如對空氣的研究,我們知道空氣是由氮氣、氧氣、二氧化碳及稀有氣體組成的,也知道氧氣可以支持燃燒,是人類生存必需的,二氧化碳可以滅火,能夠造成溫室效應等。世界是由許許多多物質組成的,化學則是人類認識和改造物質世界的主要方法和手段之一,它是一門歷史悠久而又富有活力的學科,它的成就是社會文明的重要標誌。

《選專業》每日一專業——化學

進入21世紀後,化學與生命科學、材料科學、信息科學的交叉日益緊密。面對生命科學、材料科學、信息科學等其他學科迅猛發展的挑戰和人類對認識和改造自然提出的新要求,化學在不斷開拓新的研究領域和思路的同時,也在不斷地創造出新的物質和品種來滿足人民的物質文化生活,造福國家、造福人類。我國未來發展中所面臨的一系列問題,包括資源的有效開發利用、環境保護與治理、社會和經濟的可持續發展、人口與健康和人類安全、高新材料的開發和應用等,都需要化學工作者的參與和貢獻。

化學主要分為六大類:無機化學、分析化學、有機化學、物理化學、高分子化學和計算化學。

無機化學(Inorganic Chemistry)是化學學科中發展最早的一支學科,主要研究元素、單質和無機化合物的來源、製備、結構、性質、變化和應用。對於礦物資源的綜合利用,近代技術中無機原材料及功能材料的生產和研究等都具有重大的意義。例如,世界上鋼鐵用量十分巨大,但每年由於生鏽而損失的鋼鐵達到1/3,造成的直接經濟損失超過20億美元!於是通過對鐵生鏽的機理研究,可以控制鐵生鏽的條件,如水氣、氧、二氧化碳、空氣中的雜質和溫度等,防止鐵的生鏽,減少損失。當前無機化學正處在蓬勃發展的新時期,許多邊緣領域迅速崛起,研究範圍不斷擴大。已形成無機合成與製備化學、豐產元素化學、配位化學、有機金屬化學、無機固體化學、生物無機化學和同位素化學等領域。

分析化學(Analytical Chemistry)的主要任務是鑑定物質的化學組成(元素、離子、官能團或化合物)、測定物質的有關組分的含量、確定物質的結構(化學結構、晶體結構、空間分佈)和存在形態(價態、配位態、結晶態)及其與物質性質之間的關係等。其任務為:①確定物質的化學組成———定性分析,如對礦泉水進行定性分析,可以得出礦泉水含有Ca、Mg、K、Na等離子;②測量各組成的含量———定量分析,如對礦泉水進行定量分析,就可以知道所含每種礦物元素的具體含量;③表徵物質的化學結構、形態、能態———結構分析、形態分析、能態分析,如對苯分子的研究表明苯分子是由6個碳原子以單、雙鍵相互交替結合而成的環狀鏈結構;④表徵組成、含量、結構、形態、能態的動力學特徵———動態分析,如研究化學反應過程中實時的能量變化。

有機化學(Organic Chemistry)又稱為碳化合物的化學,是研究有機化合物的結構、性質、製備的學科,是化學中極重要的一個分支。含碳化合物被稱為有機化合物,這是因為以往的化學家們認為含碳物質一定要由生物(有機體)才能製造。然而在1828年的時候,德國化學家弗里德里希·維勒,在實驗室中成功合成尿素(一種生物分子),自此以後有機化學便脫離傳統的定義範圍,擴大為含碳物質的化學。有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的分界。有機化學之所以成為化學中的一個獨立學科,是因為有機化合物確有其內在的聯繫和特性。位於週期表當中的碳元素,一般是通過與其他元素的原子共用外層電子而達到穩定的電子構型的(即形成共價鍵)。這種共價鍵的結合方式決定了有機化合物的特性。大多數有機化合物由碳、氫、氮、氧幾種元素構成,少數還含有鹵素和硫、磷、氮等元素。因而大多數有機化合物具有熔點較低、可以燃燒、易溶於有機溶劑等性質,這與無機化合物的性質有很大不同。在含多個碳原子的有機化合物分子中,碳原子互相結合形成分子的骨架,其他元素的原子連接在該骨架上。在元素週期表中,沒有一種元素能像碳那樣以多種方式彼此牢固地結合。由碳原子形成的分子骨架有多種形式,有直鏈、支鏈、環狀等。

物理化學(Physical Chemistry)是在物理和化學兩大學科的基礎上發展起來的。它以豐富的化學現象和體系為對象,大量採納物理學的理論成就與實驗技術,探索、歸納和研究化學的基本規律和理論,構成化學科學的理論基礎。1926年,量子力學研究的興起,不但在物理學中掀起了高潮,對物理化學研究也帶來極大的衝擊。尤其在1927年,海特勒和倫敦對氫分子問題的量子力學處理,為1916年路易斯提出的共享電子對的共價鍵概念提供了理論基礎。1931年,鮑林和斯萊特把這種處理方法推廣到其他雙原子分子和多原子分子,形成了化學鍵的價鍵方法。1932年,馬利肯和洪德在處理氫分子的問題時根據不同的物理模型,採用不同的試探波函數,發展了分子軌道方法。物理化學的水平在相當大的程度上反映了化學發展的深度。物理化學學科的主要研究方向有量子化學、統計力學與計算化學、超分子結構與譜學、催化化學、結構化學、凝聚態物質的光物理與光化學、功能材料物理化學、應用化學熱力學、電化學等十幾個研究方向。一般公認的物理化學的研究內容大致可以概括為三個方面:①化學體系的宏觀平衡性質。以熱力學的三個基本定律為理論基礎,研究宏觀化學體系在氣態、液態、固態、溶解態以及高分散狀態的平衡物理化學性質及其規律。屬於這方面的物理化學分支學科有化學熱力學、溶液、膠體和表面化學。②化學體系的微觀結構和性質。以量子理論為基礎,研究原子和分子的結構,物體的體相中原子和分子的空間結構、表面相的結構,以及結構與物性的規律。屬於這方面的物理化學分支學科有結構化學和量子化學。③化學體系的動態性質研究。由化學或物理因素的擾動所引起的化學變化過程的速率和變化機理是其研究內容。在這一情況下,時間是重要的變量。屬於這方面的物理化學分支學科有化學動力學、催化、光化學和電化學。

高分子化學(Polymer Chemistry)是研究高分子化合物的合成、化學反應、物理化學、物理、加工成型、應用等方面的一門新興的綜合性學科。它與人類生活有著密切的關係。在過去幾千年的漫長歲月裡,人們一直在利用天然高分子澱粉和蛋白質充飢,木、竹等作為建築材料。一切生命物質的基本結構單元也都是高分子化合物。合成高分子的歷史不過80年,所以高分子化學真正成為一門科學還不足60年,但由於塑料、纖維、橡膠三大合成材料的發展速度驚人,高分子化學發展非常迅速。目前它的內容已超出化學範圍,因此,現在用“高分子科學”這一名詞來稱呼這門學科更合邏輯。狹義的高分子化學,則是指高分子合成和高分子化學反應。在21世紀,高分子化學通過分子的納米合成實現材料的納米化,包括高分子薄膜、纖維和晶體等材料。此外高分子仿生合成和生物合成等都將成為高分子化學發展的熱門。

計算化學(Computational Chemistry)是理論化學的一個分支。其主要目標是利用有效的數學近似以及計算機程序計算分子的性質(例如總能量、偶極矩、四極矩、振動頻率、反應活性等),並解釋一些具體的化學問題。計算化學其實是一門有著悠久歷史的研究領域,自1902年量子力學理論建立以來,許多科學家曾嘗試以各種數值計算方法深入瞭解原子與分子之各種化學性質。然而在數值計算機廣泛使用之前,此類計算由於其複雜性而只能應用在簡單的系統與高度簡化的理論模型之中。在十多年前,計算化學仍是一門具有高度量子力學與數值分析素養的人所從事的研究,而且由於其計算量龐大,絕大部分計算工作需依靠昂貴的大型計算機主機或高級工作站進行。計算化學主要應用已有的計算機程序和方法對特定的化學問題(如為合成實驗預測起始條件、研究化學反應機理、解釋反應現象等)進行研究。

2、培養什麼人?

根據這個專業所分的幾個方向可以看出,該專業培養具備化學的基礎知識、基本理論和基本技能,能在化學及與化學相關的科學技術和其他領域從事科研、教學及相關管理工作的高級專門人才。

本專業的畢業生通常與一些化學家和化學工程師為伍,研發和使用一些製劑或與化學相關的儀器。主要分為兩大類,一類是在實驗室從事研究工作,研發新產品,如開發新藥、創制新型藥物分子、研究藥物合成工藝、建立新的分析方法等;另一類是在生產一線,從事測試分析、物質合成和把握環境兼容性等。

從專業細分來說,有機化學相當於一門手藝,合成出來的產品能夠帶來直接效益,所以最受大型製藥公司的青睞,但由於有機化學需要經常接觸具有毒性的實驗用品,其對身體會造成或多或少的傷害,有因吸入刺激性物質而出現的咽喉不適、頭暈甚至嘔吐,也有長期接觸某化學品導致的潛在疾病等。當然,現在的實驗室與工廠都有相對完善的保護設施與措施,會將危害降低到最小。分析化學方向的畢業生同樣也可以選擇去製藥公司或分析儀器公司發展,從事藥物的檢測與鑑定或分析儀器的研發與維護操作工作。無機化學與物理化學方向的畢業生的就業面相對比較窄,但是化學專業的畢業生整體上是不錯的,因為化學化工產業已經形成規模,有很多大公司需要化學人才,比如杜邦、陶氏化學、GE、英國石油、殼牌等外企,對優秀的人才從來都是高薪引進的。而高分子化學是一個新興的學科,也是一個新興的產業,在新型功能材料,尤其是納米材料等方面具有極大的前景。

3、主要代表院校

1、全國高校第四輪學科評估化學學科:

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2、擁有化學類相關專業國家級特色專業高校:

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3、擁有化學國家重點學科一級學科的高校:北京大學、南開大學、吉林大學、復旦大學、南京大學、浙江大學、中國科學技術大學、廈門大學

4、擁有化學學科國家重點學科二級學科的高校:

無機化學:中山大學

分析化學:清華大學,武漢大學、湖南大學

有機化學:四川大學、蘭州大學

物理化學:北京師範大學、福州大學、山東大學

高分子化學與物理:中山大學

地球化學:中國科學技術大學

5、化學學科國家“雙一流”世界一流學科建設高校:北京大學、清華大學、南開大學、天津大學、大連理工大學、吉林大學、東北師範大學、復旦大學、上海交通大學、華東理工大學、南京大學、浙江大學、中國科學技術大學、廈門大學、福州大學、山東大學、鄭州大學、武漢大學、湖南大學、中山大學、華南理工大學、四川大學、蘭州大學、新疆大學、中國科學院大學

4、開設哪些課程?

化學專業開設的課程包括公共課、專業課、專業外語和科研訓練。

公共課一般開設在大學一、二年級,如高等數學C(高數共分為A、B、C、D四個級別,除了物理化學對高數的要求比較高,其他各方向對高數基本沒有什麼需要)、線性代數、概率統計與分析、大學英語、C語言、大學物理、基礎物理實驗、生物化學等課程(都是為了擴大知識面而設置的課程,只需瞭解即可)。

專業課主要包括無機化學、有機化學、分析化學(儀器分析)、物理化學、化工基礎、結構化學、高等有機化學、波譜學與質譜學、配位化學、膠體與界面化學、有機合成、催化化學、無機合成、環境化學等課程。這些都是化學專業的必修課,需要完全掌握。

無機化學、有機化學、物理化學和分析化學四門課程是化學的基礎課程,對這些課程的學習,是一個逐漸清晰認識化學專業的必由之路。而高等有機化學、儀器分析,有機合成、無機合成、催化化學等課程是在理論上了解了化學的知識後,分別引導學生選擇不同的化學分支去學習,是將來選擇研究生方向的基礎。當然所有的課程是一個整體,環環緊扣、層層深入。

無機化學作為化學專業的基礎課程,研究範圍廣,涉及許多領域。無機化學首先是對基礎的化學原理進行比較系統的介紹,使學生掌握有關化學方面的基本概念、定律和理論;然後對各種元素及其化合物的組成、結構、性質及其應用等知識進行研究,這樣可以使學生對自然界的物質從本質上有一個清晰的認識;最後對無機化學的學科前沿和發展趨勢進行介紹,使學生初步瞭解該學科的最新發展,同時與之配套的實驗課補充和完善了理論,加深感性認識。

有機化學是一門有著無限樂趣的方向,各種不同的化合物,在各式各樣的條件下發生反應。對於有機化學這門課的學習,需要一些興趣。與高中時的學習相比,在這門課上學到的知識更加系統和深入。例如烷、烯、炔、芳環化合物、滷代烷、醇和醚、醛和酮、羧酸、酯、硝基化合物等方面的內容,在高中階段只是簡單介紹,而大學時新增的內容除了一些略微複雜的人名反應(如Baeyer-Villiger氧化反應、Hoffman重排反應等),更重要的是對反應機理的探討,即從分子、原子、電子的角度,對化學反應進行分析。

分析化學是從事化學工作的基本技能,說得直白點,它是化學工作者的眼睛,所以對分析化學的學習非常重要。分析化學主要包含經典的化學分析方法:滴定分析法和重量分析法,例如酸鹼滴定、絡合滴定、氧化還原滴定、沉澱滴定等。分析化學特別注重實驗,每一項滴定法都要通過實驗來理解,其誤差要求特別苛刻(如在酸鹼滴定的平行實驗之間誤差不得超過005%),學生應在理解實驗的同時逐漸形成嚴謹的科學態度。同時,學生還可以用儀器來驗證實驗結果,如通過核磁共振、質譜來確定有機化合物的結構,通過X-衍射確定化合物的構型,通過色譜與質譜來分析某產品的成分及含量,也可以檢測各種汙染物的成分及含量等。對於分析化學(包含儀器分析)的學習,首先需要一個嚴謹的科學態度,尊重事實,以實驗為基礎,通過各種儀器的結合使用,學會並掌握化學分析的技能。

物理化學作為專業課概念繁多且抽象,因此學習物理化學除了需要理解各個知識點以外,還需要很多記憶的知識(如各種概念、公式)。

專業外語根據語種不同可分為化學專業英語、化學專業俄語、化學專業日語等,一般只需要掌握一門即可,此課程主要通過講解化學專業的外文詞彙、文章等而使學生能夠讀懂且理解外文文獻。

為了調動學生的主動性、積極性和創造性,激發學生的創新思維和創新意識,逐漸掌握思考問題、解決問題的方法、提高其創新實踐的能力,學校都會對本科生設置科研訓練環節。科研訓練一般在大二結束後,根據個人的興趣選擇研究方向,查閱國內外文獻並結合老師的指導設計實驗方案,獨立或者以小組合作的形式完成一些科學創新實驗。

此外,為了使學生了解化學學科的研究的最前沿及普及化學知識,各學校結合自身特點與當代化學的最新研究進展,定期地邀請一些化學家就某些研究領域或社會熱點來學校開展講座。

5、畢業後做什麼?

在當今社會多元化的大背景下,行業劃分也越來越細。但是化學作為一門基礎科學,在當今社會多元的行業裡有著廣泛的需要。因此,在完全掌握了有機化學、分析化學、無機化學等領域的專業知識和技能後,化學專業畢業生的就業面很廣。由於對化學知識的瞭解的深入情況不同,本科生與碩士生在就業上的區別主要表現在工資上。碩士的起薪往往高於本科生,並且碩士生更傾向於作研發。首先是化學相關企業,這是化學專業畢業生就業的第一選擇,也是大部分化學專業的畢業生的去向。從小型的外包公司、化學制劑公司到大型的國有企業(如中石油、中石化等)及外企(如陶氏化學、巴斯夫、拜爾、杜邦、寶潔、寰球等),這些都是化學專業的畢業生嚮往的公司。另外隨著公務員待遇的不斷提高,也有越來越多的化學專業的畢業生投入到國考的大軍中去,積極尋求一個鐵飯碗。

其次,現代社會快速發展,對尖端人才的需求越來越大。因此對本專業知識的系統及深入學習成為必要,繼續讀研究生、讀博士,出國深造等也成為很多學生的選擇。

化學專業總結

化學專業要求學生掌握系統的化學基礎理論知識,具備紮實的化學實驗基本操作技能,瞭解化學學科的最新知識及學科發展的前沿狀況,具有向不同領域發展的潛力和素質,特別是在交叉學科的進一步深造方面具有優勢;旨在培養富有科學研究的創新和挑戰精神並能適應社會發展的高素質、複合型人才,並能在大中型高新技術產業、公司、科研單位、高等院校從事科研、教學、開發和管理工作。

就業方向

本專業學生畢業後可從事化學工業領域的產品研製與開發、裝置設計、生產過程的控制以及企業經營管理等方面的工作。

從事行業:

畢業後主要在製藥、教育、新能源等行業工作,大致如下:

1 製藥/生物工程

2 教育/培訓/院校

3 新能源

4 石油/化工/礦產/地質

5 環保

6 檢測,認證

7 專業服務(諮詢、人力資源、財會)

8 電子技術/半導體/集成電路

從事崗位:

畢業後主要從事研發工程師、化驗員、銷售工程師等工作,大致如下:

1 研發工程師

2 化驗員

3 銷售工程師

4 工藝工程師

5 銷售代表

6 銷售經理

7實驗員高中化學老師

8 質檢員

工作城市:

畢業後,上海、北京、廣州等城市就業機會比較多,大致如下:

1 上海

2 北京

3 廣州

4 深圳

5 杭州

6 蘇州

7 南京

8 武漢

就業前景

化學專業就業前景每年一次性就業率都較高,就業行業包括教育、材料、軍工、汽車、軍隊、電子、信息、環保、市政、建築、建材、消防、化工、機械等行業。部門包括:各級質量監督與檢測部門、科研院所、設計院所、教學單位、生產企業、省級以上的消防總隊等。

市場調研發現應用化學專業的畢業生適宜到石油化工、環保、商品檢驗、衛生防疫、海關、醫藥、精細化工廠等生產、技術、行政部門和廠礦企業從事應用研究、科技開發、生產技術和管理工作;適宜到科研部門和學校從事科學研究和教學工作;適宜繼續攻讀應用化學及相關學科的碩士學位研究生。

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