《选专业》每日一专业——化学

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1、什么是化学?

“化学”(Chemistry)一词,若单从字面解释就是“变化的科学”之意。化学同物理皆为自然科学之基础科学。很多人称化学为“中心科学”(Central Science),它是在原子和分子层面上研究物质的组成、结构、性质、变化规律及应用的一门自然科学。比如对空气的研究,我们知道空气是由氮气、氧气、二氧化碳及稀有气体组成的,也知道氧气可以支持燃烧,是人类生存必需的,二氧化碳可以灭火,能够造成温室效应等。世界是由许许多多物质组成的,化学则是人类认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志。

《选专业》每日一专业——化学

进入21世纪后,化学与生命科学、材料科学、信息科学的交叉日益紧密。面对生命科学、材料科学、信息科学等其他学科迅猛发展的挑战和人类对认识和改造自然提出的新要求,化学在不断开拓新的研究领域和思路的同时,也在不断地创造出新的物质和品种来满足人民的物质文化生活,造福国家、造福人类。我国未来发展中所面临的一系列问题,包括资源的有效开发利用、环境保护与治理、社会和经济的可持续发展、人口与健康和人类安全、高新材料的开发和应用等,都需要化学工作者的参与和贡献。

化学主要分为六大类:无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学和计算化学。

无机化学(Inorganic Chemistry)是化学学科中发展最早的一支学科,主要研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用。对于矿物资源的综合利用,近代技术中无机原材料及功能材料的生产和研究等都具有重大的意义。例如,世界上钢铁用量十分巨大,但每年由于生锈而损失的钢铁达到1/3,造成的直接经济损失超过20亿美元!于是通过对铁生锈的机理研究,可以控制铁生锈的条件,如水气、氧、二氧化碳、空气中的杂质和温度等,防止铁的生锈,减少损失。当前无机化学正处在蓬勃发展的新时期,许多边缘领域迅速崛起,研究范围不断扩大。已形成无机合成与制备化学、丰产元素化学、配位化学、有机金属化学、无机固体化学、生物无机化学和同位素化学等领域。

分析化学(Analytical Chemistry)的主要任务是鉴定物质的化学组成(元素、离子、官能团或化合物)、测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构(化学结构、晶体结构、空间分布)和存在形态(价态、配位态、结晶态)及其与物质性质之间的关系等。其任务为:①确定物质的化学组成———定性分析,如对矿泉水进行定性分析,可以得出矿泉水含有Ca、Mg、K、Na等离子;②测量各组成的含量———定量分析,如对矿泉水进行定量分析,就可以知道所含每种矿物元素的具体含量;③表征物质的化学结构、形态、能态———结构分析、形态分析、能态分析,如对苯分子的研究表明苯分子是由6个碳原子以单、双键相互交替结合而成的环状链结构;④表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征———动态分析,如研究化学反应过程中实时的能量变化。

有机化学(Organic Chemistry)又称为碳化合物的化学,是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科,是化学中极重要的一个分支。含碳化合物被称为有机化合物,这是因为以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物(有机体)才能制造。然而在1828年的时候,德国化学家弗里德里希·维勒,在实验室中成功合成尿素(一种生物分子),自此以后有机化学便脱离传统的定义范围,扩大为含碳物质的化学。有机化合物和无机化合物之间没有绝对的分界。有机化学之所以成为化学中的一个独立学科,是因为有机化合物确有其内在的联系和特性。位于周期表当中的碳元素,一般是通过与其他元素的原子共用外层电子而达到稳定的电子构型的(即形成共价键)。这种共价键的结合方式决定了有机化合物的特性。大多数有机化合物由碳、氢、氮、氧几种元素构成,少数还含有卤素和硫、磷、氮等元素。因而大多数有机化合物具有熔点较低、可以燃烧、易溶于有机溶剂等性质,这与无机化合物的性质有很大不同。在含多个碳原子的有机化合物分子中,碳原子互相结合形成分子的骨架,其他元素的原子连接在该骨架上。在元素周期表中,没有一种元素能像碳那样以多种方式彼此牢固地结合。由碳原子形成的分子骨架有多种形式,有直链、支链、环状等。

物理化学(Physical Chemistry)是在物理和化学两大学科的基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象,大量采纳物理学的理论成就与实验技术,探索、归纳和研究化学的基本规律和理论,构成化学科学的理论基础。1926年,量子力学研究的兴起,不但在物理学中掀起了高潮,对物理化学研究也带来极大的冲击。尤其在1927年,海特勒和伦敦对氢分子问题的量子力学处理,为1916年路易斯提出的共享电子对的共价键概念提供了理论基础。1931年,鲍林和斯莱特把这种处理方法推广到其他双原子分子和多原子分子,形成了化学键的价键方法。1932年,马利肯和洪德在处理氢分子的问题时根据不同的物理模型,采用不同的试探波函数,发展了分子轨道方法。物理化学的水平在相当大的程度上反映了化学发展的深度。物理化学学科的主要研究方向有量子化学、统计力学与计算化学、超分子结构与谱学、催化化学、结构化学、凝聚态物质的光物理与光化学、功能材料物理化学、应用化学热力学、电化学等十几个研究方向。一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面:①化学体系的宏观平衡性质。以热力学的三个基本定律为理论基础,研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学、溶液、胶体和表面化学。②化学体系的微观结构和性质。以量子理论为基础,研究原子和分子的结构,物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构,以及结构与物性的规律。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。③化学体系的动态性质研究。由化学或物理因素的扰动所引起的化学变化过程的速率和变化机理是其研究内容。在这一情况下,时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。

高分子化学(Polymer Chemistry)是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。它与人类生活有着密切的关系。在过去几千年的漫长岁月里,人们一直在利用天然高分子淀粉和蛋白质充饥,木、竹等作为建筑材料。一切生命物质的基本结构单元也都是高分子化合物。合成高分子的历史不过80年,所以高分子化学真正成为一门科学还不足60年,但由于塑料、纤维、橡胶三大合成材料的发展速度惊人,高分子化学发展非常迅速。目前它的内容已超出化学范围,因此,现在用“高分子科学”这一名词来称呼这门学科更合逻辑。狭义的高分子化学,则是指高分子合成和高分子化学反应。在21世纪,高分子化学通过分子的纳米合成实现材料的纳米化,包括高分子薄膜、纤维和晶体等材料。此外高分子仿生合成和生物合成等都将成为高分子化学发展的热门。

计算化学(Computational Chemistry)是理论化学的一个分支。其主要目标是利用有效的数学近似以及计算机程序计算分子的性质(例如总能量、偶极矩、四极矩、振动频率、反应活性等),并解释一些具体的化学问题。计算化学其实是一门有着悠久历史的研究领域,自1902年量子力学理论建立以来,许多科学家曾尝试以各种数值计算方法深入了解原子与分子之各种化学性质。然而在数值计算机广泛使用之前,此类计算由于其复杂性而只能应用在简单的系统与高度简化的理论模型之中。在十多年前,计算化学仍是一门具有高度量子力学与数值分析素养的人所从事的研究,而且由于其计算量庞大,绝大部分计算工作需依靠昂贵的大型计算机主机或高级工作站进行。计算化学主要应用已有的计算机程序和方法对特定的化学问题(如为合成实验预测起始条件、研究化学反应机理、解释反应现象等)进行研究。

2、培养什么人?

根据这个专业所分的几个方向可以看出,该专业培养具备化学的基础知识、基本理论和基本技能,能在化学及与化学相关的科学技术和其他领域从事科研、教学及相关管理工作的高级专门人才。

本专业的毕业生通常与一些化学家和化学工程师为伍,研发和使用一些制剂或与化学相关的仪器。主要分为两大类,一类是在实验室从事研究工作,研发新产品,如开发新药、创制新型药物分子、研究药物合成工艺、建立新的分析方法等;另一类是在生产一线,从事测试分析、物质合成和把握环境兼容性等。

从专业细分来说,有机化学相当于一门手艺,合成出来的产品能够带来直接效益,所以最受大型制药公司的青睐,但由于有机化学需要经常接触具有毒性的实验用品,其对身体会造成或多或少的伤害,有因吸入刺激性物质而出现的咽喉不适、头晕甚至呕吐,也有长期接触某化学品导致的潜在疾病等。当然,现在的实验室与工厂都有相对完善的保护设施与措施,会将危害降低到最小。分析化学方向的毕业生同样也可以选择去制药公司或分析仪器公司发展,从事药物的检测与鉴定或分析仪器的研发与维护操作工作。无机化学与物理化学方向的毕业生的就业面相对比较窄,但是化学专业的毕业生整体上是不错的,因为化学化工产业已经形成规模,有很多大公司需要化学人才,比如杜邦、陶氏化学、GE、英国石油、壳牌等外企,对优秀的人才从来都是高薪引进的。而高分子化学是一个新兴的学科,也是一个新兴的产业,在新型功能材料,尤其是纳米材料等方面具有极大的前景。

3、主要代表院校

1、全国高校第四轮学科评估化学学科:

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2、拥有化学类相关专业国家级特色专业高校:

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3、拥有化学国家重点学科一级学科的高校:北京大学、南开大学、吉林大学、复旦大学、南京大学、浙江大学、中国科学技术大学、厦门大学

4、拥有化学学科国家重点学科二级学科的高校:

无机化学:中山大学

分析化学:清华大学,武汉大学、湖南大学

有机化学:四川大学、兰州大学

物理化学:北京师范大学、福州大学、山东大学

高分子化学与物理:中山大学

地球化学:中国科学技术大学

5、化学学科国家“双一流”世界一流学科建设高校:北京大学、清华大学、南开大学、天津大学、大连理工大学、吉林大学、东北师范大学、复旦大学、上海交通大学、华东理工大学、南京大学、浙江大学、中国科学技术大学、厦门大学、福州大学、山东大学、郑州大学、武汉大学、湖南大学、中山大学、华南理工大学、四川大学、兰州大学、新疆大学、中国科学院大学

4、开设哪些课程?

化学专业开设的课程包括公共课、专业课、专业外语和科研训练。

公共课一般开设在大学一、二年级,如高等数学C(高数共分为A、B、C、D四个级别,除了物理化学对高数的要求比较高,其他各方向对高数基本没有什么需要)、线性代数、概率统计与分析、大学英语、C语言、大学物理、基础物理实验、生物化学等课程(都是为了扩大知识面而设置的课程,只需了解即可)。

专业课主要包括无机化学、有机化学、分析化学(仪器分析)、物理化学、化工基础、结构化学、高等有机化学、波谱学与质谱学、配位化学、胶体与界面化学、有机合成、催化化学、无机合成、环境化学等课程。这些都是化学专业的必修课,需要完全掌握。

无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四门课程是化学的基础课程,对这些课程的学习,是一个逐渐清晰认识化学专业的必由之路。而高等有机化学、仪器分析,有机合成、无机合成、催化化学等课程是在理论上了解了化学的知识后,分别引导学生选择不同的化学分支去学习,是将来选择研究生方向的基础。当然所有的课程是一个整体,环环紧扣、层层深入。

无机化学作为化学专业的基础课程,研究范围广,涉及许多领域。无机化学首先是对基础的化学原理进行比较系统的介绍,使学生掌握有关化学方面的基本概念、定律和理论;然后对各种元素及其化合物的组成、结构、性质及其应用等知识进行研究,这样可以使学生对自然界的物质从本质上有一个清晰的认识;最后对无机化学的学科前沿和发展趋势进行介绍,使学生初步了解该学科的最新发展,同时与之配套的实验课补充和完善了理论,加深感性认识。

有机化学是一门有着无限乐趣的方向,各种不同的化合物,在各式各样的条件下发生反应。对于有机化学这门课的学习,需要一些兴趣。与高中时的学习相比,在这门课上学到的知识更加系统和深入。例如烷、烯、炔、芳环化合物、卤代烷、醇和醚、醛和酮、羧酸、酯、硝基化合物等方面的内容,在高中阶段只是简单介绍,而大学时新增的内容除了一些略微复杂的人名反应(如Baeyer-Villiger氧化反应、Hoffman重排反应等),更重要的是对反应机理的探讨,即从分子、原子、电子的角度,对化学反应进行分析。

分析化学是从事化学工作的基本技能,说得直白点,它是化学工作者的眼睛,所以对分析化学的学习非常重要。分析化学主要包含经典的化学分析方法:滴定分析法和重量分析法,例如酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定等。分析化学特别注重实验,每一项滴定法都要通过实验来理解,其误差要求特别苛刻(如在酸碱滴定的平行实验之间误差不得超过005%),学生应在理解实验的同时逐渐形成严谨的科学态度。同时,学生还可以用仪器来验证实验结果,如通过核磁共振、质谱来确定有机化合物的结构,通过X-衍射确定化合物的构型,通过色谱与质谱来分析某产品的成分及含量,也可以检测各种污染物的成分及含量等。对于分析化学(包含仪器分析)的学习,首先需要一个严谨的科学态度,尊重事实,以实验为基础,通过各种仪器的结合使用,学会并掌握化学分析的技能。

物理化学作为专业课概念繁多且抽象,因此学习物理化学除了需要理解各个知识点以外,还需要很多记忆的知识(如各种概念、公式)。

专业外语根据语种不同可分为化学专业英语、化学专业俄语、化学专业日语等,一般只需要掌握一门即可,此课程主要通过讲解化学专业的外文词汇、文章等而使学生能够读懂且理解外文文献。

为了调动学生的主动性、积极性和创造性,激发学生的创新思维和创新意识,逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力,学校都会对本科生设置科研训练环节。科研训练一般在大二结束后,根据个人的兴趣选择研究方向,查阅国内外文献并结合老师的指导设计实验方案,独立或者以小组合作的形式完成一些科学创新实验。

此外,为了使学生了解化学学科的研究的最前沿及普及化学知识,各学校结合自身特点与当代化学的最新研究进展,定期地邀请一些化学家就某些研究领域或社会热点来学校开展讲座。

5、毕业后做什么?

在当今社会多元化的大背景下,行业划分也越来越细。但是化学作为一门基础科学,在当今社会多元的行业里有着广泛的需要。因此,在完全掌握了有机化学、分析化学、无机化学等领域的专业知识和技能后,化学专业毕业生的就业面很广。由于对化学知识的了解的深入情况不同,本科生与硕士生在就业上的区别主要表现在工资上。硕士的起薪往往高于本科生,并且硕士生更倾向于作研发。首先是化学相关企业,这是化学专业毕业生就业的第一选择,也是大部分化学专业的毕业生的去向。从小型的外包公司、化学制剂公司到大型的国有企业(如中石油、中石化等)及外企(如陶氏化学、巴斯夫、拜尔、杜邦、宝洁、寰球等),这些都是化学专业的毕业生向往的公司。另外随着公务员待遇的不断提高,也有越来越多的化学专业的毕业生投入到国考的大军中去,积极寻求一个铁饭碗。

其次,现代社会快速发展,对尖端人才的需求越来越大。因此对本专业知识的系统及深入学习成为必要,继续读研究生、读博士,出国深造等也成为很多学生的选择。

化学专业总结

化学专业要求学生掌握系统的化学基础理论知识,具备扎实的化学实验基本操作技能,了解化学学科的最新知识及学科发展的前沿状况,具有向不同领域发展的潜力和素质,特别是在交叉学科的进一步深造方面具有优势;旨在培养富有科学研究的创新和挑战精神并能适应社会发展的高素质、复合型人才,并能在大中型高新技术产业、公司、科研单位、高等院校从事科研、教学、开发和管理工作。

就业方向

本专业学生毕业后可从事化学工业领域的产品研制与开发、装置设计、生产过程的控制以及企业经营管理等方面的工作。

从事行业:

毕业后主要在制药、教育、新能源等行业工作,大致如下:

1 制药/生物工程

2 教育/培训/院校

3 新能源

4 石油/化工/矿产/地质

5 环保

6 检测,认证

7 专业服务(咨询、人力资源、财会)

8 电子技术/半导体/集成电路

从事岗位:

毕业后主要从事研发工程师、化验员、销售工程师等工作,大致如下:

1 研发工程师

2 化验员

3 销售工程师

4 工艺工程师

5 销售代表

6 销售经理

7实验员高中化学老师

8 质检员

工作城市:

毕业后,上海、北京、广州等城市就业机会比较多,大致如下:

1 上海

2 北京

3 广州

4 深圳

5 杭州

6 苏州

7 南京

8 武汉

就业前景

化学专业就业前景每年一次性就业率都较高,就业行业包括教育、材料、军工、汽车、军队、电子、信息、环保、市政、建筑、建材、消防、化工、机械等行业。部门包括:各级质量监督与检测部门、科研院所、设计院所、教学单位、生产企业、省级以上的消防总队等。

市场调研发现应用化学专业的毕业生适宜到石油化工、环保、商品检验、卫生防疫、海关、医药、精细化工厂等生产、技术、行政部门和厂矿企业从事应用研究、科技开发、生产技术和管理工作;适宜到科研部门和学校从事科学研究和教学工作;适宜继续攻读应用化学及相关学科的硕士学位研究生。

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