摘要:本次新书分享会给读者带来了《迷人的化学》这本书,我们邀请了上海海洋大学副教授薛斌亲临现场,带读者领略化学前沿探索的独特魅力。本期推文摘编了讲座活动的部分内容,供读者线上阅读与分享。
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本次新书分享会给读者带来了《迷人的化学》这本书,我们邀请了上海海洋大学副教授薛斌亲临现场,带读者领略化学前沿探索的独特魅力。本期推文摘编了讲座活动的部分内容,供读者线上阅读与分享。
很多人认为2024年的诺贝尔化学奖一半奖给了蛋白质研究,另一半给了人工智能,怎么看都不是纯粹的化学。的确,近20多年来诺贝尔化学奖就是这么有个性,似乎让人越来越看不懂!那么当今世界的化学家都在做哪些研究?最前沿的化学还能叫化学吗?化学家们的工作对我们普通人有什么意义,会如何改变我们的社会和生活?在本次讲座中,薛斌老师通过分享《迷人的化学》一书,从宇宙和考古、能源和环境、生命和健康、美味和美容等几个方面,带读者领略化学的独特魅力。
《迷人的化学》
上海科技教育出版社
ISBN:978-7-5428-8143-4
本书通过50多个研究故事,深入浅出地介绍了化学在日常生活中的广泛应用和前沿进展。内容涵盖将二氧化碳转化为绿色燃料、利用3D打印复制人体器官、开发新型分子以更有效地治疗疾病等主题。此外,书中还探讨了海洋和云层的化学性质、分子内部的奥秘,以及古代香水配方和著名画家作品中的化学秘密。
嘉宾
薛斌
理学博士、上海海洋大学副教授、浙江大学化学博士、复旦大学博士后、美国约翰斯·霍普金斯大学访问学者、中国化学会高级会员、中国科普作家协会会员、中国化学会《化学通讯》编委、中国科普作家协会“青年短篇科普佳作金奖”获得者、搜狐视频“十大科学播主”称号获得者,主要研究方向为功能材料化学,主办科普微信公众号和视频号“化无止境”,科普领域包括化学、材料、能源、环境、食品、海洋和化学史等。
精彩内容
No.1 宇宙和考古
天体化学和星际分子
生命的起源
宇宙和考古是我们关注的重要主题。提到宇宙,天文学或物理学似乎是最直接相关的领域,而化学似乎并不属于其中的范畴。然而,实际上却存在一个专门的学科分支,名为“天体化学”。例如,我们现在已经明确太阳的主要成分是氢元素(H)和氦元素(He),分别是元素周期表中的第1号和第2号元素。
正如人们常说的那样,我们要仰望星空,同时也要脚踏实地。在人类早期的文明中,哲人就已经开始思考这些深邃的问题:“我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?” 这些问题至今仍未完全破解。天体化学的研究或许会给我们提供一些线索。
地球的起源是什么呢?根据天体化学的研究,与其他星体类似,地球可能起源于太阳的热核反应过程中产生的一粒“火球”,经过约46亿年的演化,逐渐形成了今天的地球,这个演化过程伴随着复杂的化学变化。这样,天体化学与地球化学、地质学、地理学等学科紧密交融,共同推动我们对宇宙和地球起源的认识。
生命的起源又是什么呢?地球上的最初生命迹象是来自宇宙空间?还是来自地球本身?由碳(C)、氢(H)、氧(O)和氮(N)等元素构成的“星际分子”的捕获表明宇宙空间并非“死气沉沉”,对星际分子的探究开辟了解开生命起源谜题的新途径。
高深莫测的史前奇观、叹为观止的陵墓宝藏,为我们了解人类文明的发展历程提供了丰富的素材,考古学研究离不开化学。从碳十四测定,到古兵器成分破译,到陶瓷器修复,再到人类遗传学研究,再到古城墙保护,化学科学和技术大显身手。化学帮助我们复现了古代文明,也为我们传承古代文明提供了重要保障。
No.2能源和环境
碳循环
资源循环
能源和环境是人类可持续发展的两大关键主题,当下的碳中和、碳达峰、碳循环等热门议题皆与此息息相关。自工业革命以来,化石燃料的大量使用虽推动了工业化进程,但也带来了严重的环境问题,尤其是二氧化碳的过量排放。
在工业革命前,人类主要依赖薪柴作为燃料,资源有限且动力不足。工业革命后,煤炭逐渐取代薪柴成为主要能源,催生了现代工业文明的同时,也导致了二氧化碳排放剧增。这些排放物进入海洋形成碳酸,造成海洋酸化,威胁海洋生态。此外,温室气体的积累加剧了全球气候变暖,对地球生态系统产生了深远影响。
实现可持续发展,关键在于减少二氧化碳排放并实现资源化利用。二氧化碳不仅是排放物,更是一种可转化为燃料和材料的资源。通过化学技术,可以将其转化为有用的化学品,实现资源循环利用。但这一过程需要技术支持,并需兼顾资源的可持续性。矿产资源虽丰富,但其开采与提纯过程高能耗且伴随污染,亟需高效利用与回收。
近年来,资源回收和分类逐渐成为重要举措,例如上海推广的垃圾分类。塑料瓶可制成化纤衣物,金属制品通过回收减少浪费。但粗放式回收方式如焚烧可能引发二次污染,科学技术的介入是解决问题的关键。
综上,能源与环境的协调发展关乎人类未来。通过技术创新和资源高效循环利用,才能真正实现可持续发展目标,为地球的明天奠定坚实基础。
No.3 生命和健康
诊断
治疗
生命和健康是人类永恒讨论的主题,而在这一过程中,化学为医学诊断与治疗带来了诸多革命性突破。以下是一些关键领域的应用与发展:
1. 免疫胶体金技术:胶体金技术通过其与抗原结合的特性,用于快速、精准的抗体检测,已成为现代医疗诊断的重要工具。这一技术源自化学和物理学的交叉研究,其应用极大地提高了疾病检测的效率和便捷性。
2. 气味诊断:动物如猫狗因嗅觉敏锐,能够感知人类疾病状态的气味变化。例如,有报道称猫能“预测”疗养者的生死,这背后或许是其对病患特殊气味的敏感。此外,科学研究表明,人体健康状态改变会导致挥发性有机物的释放,形成特定气味,甚至有助于早期疾病诊断。
3. 造影剂:现代医学中的增强CT与核磁共振通常需要注射造影剂,这些造影剂多含放射性或稀土元素,其安全性与化学稳定性经过严格控制,为精准影像诊断提供支持。
4. 芯片实验室:芯片实验室将复杂的化学反应浓缩到几平方厘米的芯片中,能够高效完成分子识别与检测,大幅减少了传统实验的耗时与资源浪费。
5. 靶向纳米药物:传统药物通常存在利用率低、副作用大的问题,而靶向纳米药物能够精确作用于病变部位,减少对正常组织的损害。这一技术在癌症等复杂疾病治疗中展现出巨大潜力。
6. AI辅助药物筛选:人工智能通过分析大数据,优化药物研发过程中的多因素实验设计,显著提高了药物筛选效率,为新药开发提供了强有力的工具。
7. 3D打印与生物工程:3D打印技术已被用于制造骨骼、组织甚至器官。由于器官供体不足,未来通过生物组织的3D打印,有望实现器官移植的商品化和批量化生产,解决供体短缺问题。
8. 基因与免疫治疗:基因治疗与免疫治疗的出现,为癌症等复杂疾病的治疗带来了希望。尽管目前这些技术仍存在成本高、效果有限等问题,但其发展前景广阔,未来有望彻底改变疾病治疗的格局。
从诊断到治疗,化学与生命健康的结合推动了医学的飞速发展。通过持续创新,这些技术将进一步提升人类健康水平,为生命科学开辟新的篇章。
No.4 美味化学和美容化学
美味化学
美容化学
美味化学:葡萄酒、冰淇淋、巧克力和红烧肉,这些熟悉的美食背后隐藏着化学的奥秘。
葡萄酒需加入二氧化硫以延长保存和保持风味,这是化学在食品中的重要应用。冰淇淋的软糯口感源于固体、液体和气体的复杂结合。其制作需依赖化学原理,研究如何调控融化速度、提升口感,甚至形成了“冰淇淋化学”这一研究领域。巧克力的制作则涉及晶体结构的控制,不同晶体形态对应不同的口感,而最佳口感需通过精准的化学调控实现。红烧肉的香气和色泽来自“美拉德反应”,这是糖与氨基酸在高温下发生的化学反应,使其色香味俱佳。这些美味的背后,正是化学智慧的体现,展现了科学在美食中的无限魅力。
美容化学:精华霜、护发素、防晒霜和面膜,化学在美容与日用化学品中起到了关键作用。
这些产品依赖化学成分实现保湿、抗皱等效果。胶原蛋白的提取与优化、精油的芳香成分(如酯类、醇类)等,都是化学研究的成果。护发产品如洗发水、护发素的去屑、生发、抗分叉等功能,也源于化学成分的设计与调配。防晒霜则从古希腊的橄榄油发展到现代紫外线吸收剂如二氧化钛、氧化锌的应用。面膜的核心成分如水杨酸,能帮助实现美白和毛孔紧致,这些日用化学品的背后无一不体现化学的魅力,展现了科学与生活的完美结合。
来源:老王的科学大讲堂