化学与人类文明论文

李成章

（华中农业大学---理学院---应用化学1101）

摘 要: 化学与生活息息相关，密不可分，甚至生活的方方面面都是对化学知识的实际应用，

如：粮食生产、饮食安全、环境保护、材料科学研究等都是化学在生活中的应用课题，对化学的认识也是人类对自身认识的过程，研究化学，对促进人类社会的发展有着重要意义。化学不仅仅是科学，它是不同领域、不同时代、不同文化的思想交汇。化学，就其本质而言，是人类与周围的生活环境相协调的一种手段与周围的生活环境相协调的一种手段。这种手段种手段是多样的。多样的。巫术的。巫术、巫术、宗教、文学、宗教、文学、艺术、文学、艺术、艺术、法律都法律都是协调自然是协调自然环境和环境和社会环境的方式社会环境的方式，但化学是一种理性化学是一种理性的方理性的方式的方式，是一种物是一种物质的方式质的方式，有着元素，有着元素、元素、原子、原子、分子层面子层面上讨论物质的上讨论物质的结构表达和模型建立质的结构表达和模型建立的结构表达和模型建立的理论依据，理论依据，因而显示出绵延不显示出绵延不绝的生命力的生命力。命力。本文将讲述本文将讲述化学在将讲述化学在农业化学在农业、食农业、食品工业、食品工业发展中的应用。品工业发展中的应用。

关键词：化学；氮循化学；氮循环；氮循环；化学固氮；农药化学固氮；农药、化学固氮；农药、化学添加剂；、化学添加剂；食添加剂；食品安全。 安全。

1 前言

世界由物质世界由物质组成，组成，化学的研究对象便化学的研究对象便是象便是物质，因此质，因此，化学是人类认识因此，化学是人类认识改造和，化学是人类认识改造和保护改造和保护物保护物质世界的重世界的重要理论依据，理论依据，从原始人类社会从原始人类社会使人类社会使用火到使用火到使用各种人工合成物种人工合成物质的工合成物质的现质的现代社会，人类无代社会，人类无时无刻不在无刻不在享受着化学发展享受着化学发展所带来着化学发展所带来的所带来的成果，化学是成果，化学是基于原子和，化学是基于原子和分基于原子和分子层次上研究子层次上研究物研究物质的组成质的组成，组成，结构，结构，性质，变化规律以及实际应用的一规律以及实际应用的一门实际应用的一门科学，它以科学，它以实验为基础验为基础，在保证了，在保证了人类生证了人类生存人类生存，并不断地提高着人断地提高着人类的生活质量类的生活质量。比如，近如，近代化学技代化学技术，如农药，如农药，化农药，化肥，化肥等在农业上等在农业上的农业上的大规模应用，规模应用，极大地提高了应用，极大地提高了农产品产量，满足了日益增长的食满足了日益增长的食物来的食物来源需求物来源需求。在食源需求。在食品加工。在食品加工行品加工行业里，食品添加剂，食品添加剂技品添加剂技术也丰富了人们日益挑剔的们日益挑剔的物质生活。不过食品质生活。不过食品安全问安全问题也随之题也随之而随之而来。

2 化学在农业中的应用------化肥与农药

2.1.1 自然界中的氮循环

矿质元素氮直接元素氮直接关直接关乎到植物的生长状况的生长状况。长状况。众所周知，氮元素周知，氮元素是氮元素是蛋白质，蛋白质，叶绿质，叶绿素叶绿素，核酸，核酸，酶，

生物激素等重要生命物等重要生命物质的不可命物质的不可缺少质的不可缺少的缺少的基本组成元素之组成元素之一。农一。农作物缺氮将严氮将严重减产。 产。 氮是地球大气中地球大气中极为丰富的一种丰富的一种元素的一种元素，元素，他在大气中的大气中的体积中的体积分体积分数约７９％。可是，数约７９％。可是，即。可是，即使氮气使氮气（N2）在空气中的而必须要空气中的含量很高却中的含量很高却不含量很高却不能为绝大为绝大多数生物体直接吸收，体直接吸收，必须要通过固氮作固氮作用然后才能被利用。能被利用。固氮用。固氮作固氮作用有两条主用有两条主要两条主要途径：途径：非生物固氮，如物固氮，如闪电，如闪电；闪电；生物固氮，如物固氮，如豆，如豆科植物的根瘤菌以及蓝以及蓝藻等微生物，可使氮，可使氮气使氮气转化为NH3 如下示意图展示了大气中的了大气中的单中的单循环： 环： 氮气循环示意图 -+NONH34， 从大气中在硝化或亚硝化或大气中固定下来定下来的氮转化为或亚硝化细菌的作用下转化下转化为-，而这一氧化过程统称化过程统称为统称为硝化作用。 用。 NO，而这2植物从土壤物从土壤中土壤中吸收硝吸收硝酸根离酸根离子，通过一系列过一系列作系列作用转化为自身的所自身的所需要的氨要的氨基酸，进而合成，进而合成重要的生命重要的生命载体物质----蛋白质。蛋白质。 质。 2.1.2化学固氮 由于大气由于大气中大气中氮气难以直接被利用，直接被利用，为用，为了增加农了增加农作加农作物产量，人们，人们便想到通过人工合成固过人工合成固定工合成固定大气中的氮中的氮。 o件下直纪初， 德国化学德国化学家化学家Haber，以锇作催化剂，在30~50兆帕压力兆帕压力，500~600C条件下直20世纪初，o接用氮气和氢气合成出氨合成出氨，化工，化工专家博施解决了专家博施解决了当时生产铵时生产铵的催化剂贵而少及反应对反应对反应塔材料严重腐蚀这腐蚀这两大难两大难题，促进了题，促进了合成氨合成氨的工业化，工业化，因此化，因此，因此，后人将此法称将此法称为哈伯.博施法博施法。其生产流程示意图如下： 不过，由于现不过，由于现有的由于现有的合成有的合成氨合成氨工艺依然存工艺依然存在着对能在着对能耗和仪器设备的要仪器设备的要求的要求太高，化学产率，化学产率不高，能耗大，环境不太友好，环境不太友好等太友好等问题，人工模题，人工模拟工模拟生物固氮过程的研究物固氮过程的研究似过程的研究似乎有着广阔有着广阔的广阔的前景。前景。 2.2农药 农药定农药定义： 义： 农药是农药是防治农防治农林业中的种植中的种植业，即植物即植物的病、虫、草害的草害的药，还包括植还包括植物生长调节剂，防治人畜生活环境中害虫生活环境中害虫的害虫的卫生杀虫剂杀虫剂。抗病虫草害的抗病虫草害的转基因生基因生物如抗虫棉、抗虫棉、天敌生天敌生物如作为商品出售品出售的瓢虫都瓢虫都按农药管农药管理。 根据原料据原料来源分类 分类 （11）无机农药((波尔多波尔多液)) （22）植物性农药）植物性农药 物性农药 （33）微生物农药 物农药 （44）有机合成农药 合成农药 根据作用对象用对象分类 分类 （（11））杀虫剂杀虫剂：用来：用来防治有防治有害昆虫的化学害昆虫的化学物的化学物质。 质。 （（22））杀菌剂：：用来：用来防治植防治植物病原微生物的化学物的化学物质。 质。 （（33））除草剂：用以除草剂：：用以防除农防除农田杂草的化学田杂草的化学物的化学物质。 质。 （（44）杀螨剂）：用来杀螨剂：：用来防治蛛形纲防治蛛形纲中有蛛形纲中有害中有害种类的化学物种类的化学物质。 质。 （（55））杀鼠剂：用来：用来防治害鼠防治害鼠的化学物的化学物质。 质。 （（66））植物）植物生长调节剂：用来：用来促进或促进或抑制农抑制农林作物生长发育的化学物的化学物质

农药的发展：是人类农药的发展：是人类向的发展：是人类向大自然的斗争史；斗争史；是人类社会发展的进步史是人类社会发展的进步史；步史；是人类科学技是人类科学技术的发展史。其发展分为。其发展分为三个阶段三个阶段： 第一阶段：天然药物时代也然药物时代也成无时代也成无机成无机农药时代。农药时代。三时代。三大杀虫植杀虫植物：除虫菊除虫菊、鱼藤、鱼藤、烟草。硫酸铜可除十字花科十字花科杂草且杂草且不伤害禾谷类禾谷类作物。 第二阶段第二阶段：20世纪40-70年代的合成代的合成有合成有机化学农药化学农药时代。农药时代。杀虫时代。杀虫剂杀虫剂:DDT、六氯环六氯环已烷（已烷（6） 第三阶段第三阶段：20世纪70年代中后代中后期—90年代中后代中后期昆虫生昆虫生长发育调节剂和生剂和生物农药阶物农药阶段 但是目前，人们，人们广为使用的为使用的农药依然用的农药依然是，农药依然是， 是， 有机化学农药化学农药，它有如农药，它有如下，它有如下几方面的优点方面的优点：优点： 1、使用方便用方便，对劳动，对劳动力劳动力要求较小，较小，这一点成为了成为了农药为人农药为人们广泛使用的先用的先决条件之一 2、用药、用药量小，通常每公顷的用常每公顷的用药的用药量也就在几十克左右也就在几十克左右 几十克左右 3、高效，它能，它能有效杀灭作物病害，病害，为作物提供良好供良好的生长的生长环境 环境 上世纪上世纪以来，以来，随着有机着有机农药的农药的广泛应用，粮食产量应用，粮食产量不断创下新高，养活了数量急剧了数量急剧增长急剧增长的增长的人口，极大地丰富了人极大地丰富了人们的食物来的食物来源物来源，解放了大量劳动了大量劳动力劳动力，创造了极高的了极高的经济利益经济利益。利益。但是随着有机农药的农药的大规模使用，规模使用，抗用，抗药性，药性，再猖狂以及再猖狂以及残留毒以及残留毒害残留毒害问题也越题也越来越突出越突出。 3 化学与饮食 3.1食品中的化学添加剂 随着人类对食品着人类对食品的要求日益挑剔的要求日益挑剔，有人发求日益挑剔，有人发现，有人发现，许许多多许许多多的多多的合成和生产的化学合成和生产的化学品生产的化学品能够添加在食添加在食品中以提高食提高食品的营养，营养，增强食品的口感，保口感，保证，保证食品的色、香、味，延长食品的储存时间等作用。这用。这些化学品化学品包括使包括使用香精香料，香精香料，营养强料，营养强化营养强化剂，保鲜，保鲜剂，防腐剂防腐剂，食用色，食用色素等，被等，被称为食品添加剂。添加剂。

食品及其品及其原料在生产，运输料在生产，运输，运输，销售，储存过程中，由于过程中，由于本身由于本身具本身具有丰富的丰富的营养物营养物质，能质，能够为微生物的繁殖提繁殖提供适宜的环境，供适宜的环境，因的环境，因而许多微生物在食品在食品中生长中生长繁殖，繁殖，最终将最终将导致食导致食品腐败。为了延长食品的保存的保存时间，使其能够有足够长的时间的时间走完商走完商品化的循化的循环过程，实现环过程，实现经济利益经济利益，人利益，人们，人们便使用便使用了防腐剂防腐剂。常用的化学防腐用的化学防腐剂防腐剂包括：包括：

1、有机、有机酸（如：酸（如：苯甲如：苯甲酸苯甲酸，山梨酸山梨酸和丙酸及其盐）

2、有机、有机酸酯（如：尼泊金酯如：尼泊金酯类，尼泊金酯类，没类，没食子酸酯， L-抗坏血酸坏血酸(维生素C)酯等） 3、无机盐（如：含。 如：含亚硫酸盐，焦亚硫酸盐等）

食品添加剂，不仅品添加剂，不仅能，不仅能让人得到食品中的色中的色，香，味等感官上愉快的愉快的享受，而享受，而且，而且还可以促进食物的消化接收，甚至接收，甚至补充，甚至补充食补充食品中所缺乏的营养物营养物质，如加质，如加碘盐。食碘盐。食品。食品中的天中的天然色素是指在新鲜原料中含料中含有，或有，或者是本来无是本来无色来无色而经过加工后加工后发生反发生反应后而呈现颜色的物质。 质。

合成色合成色素本身无本身无营养价值营养价值甚至有价值甚至有些甚至有些物质对人体质对人体健康有健康有影响，影响，或者在人体在人体代谢过程中产生有害过程中产生有害物质，因此质，因此在因此在世界各国世界各国对合成色合成色素的使用种类以及使用种类以及使用以及使用量均有明确规明确规定。我国允许使用的人工用的人工合成色合成色素有四种：苋菜红种：苋菜红，苋菜红，胭脂红，胭脂红，柠檬黄和柠檬黄和靛蓝。 下面是几面是几种添加剂的添加剂的结构式：结构式：

糖精结构式

阿斯巴甜的结构式

辣椒素的结构式 3.2化学与食品安全 ，食品安全小安全小则关系到人类健康人类健康大健康大则关乎国家种国家种族兴衰。族兴衰。完食品安全包括安全包括两包括两个方 民以食为天，食品面：一是食品面：一是食品的供应；二是食品是食品卫生与营养生与营养。营养。 农药的发农药的发明的发明和广泛使用对世界用对世界粮食产世界粮食产量粮食产量的提高发提高发挥了重要作重要作用，但由于农药用，但由于农药的不但由于农药的不合理的不合理、合理、特别是过量是过量使用，食品用，食品中的残留中的残留农药残留农药已经农药已经对人类已经对人类健康对人类健康甚至生健康甚至生命甚至生命、生存、生存构成了构成了威胁。威胁。此外，不合理，不合理的合理的添加食添加食品添加剂也品添加剂也严重的增重的增加了食品安全问安全问题。食品题。食品中有毒中有毒有害物质的鉴质的鉴定检测以及检测以及形以及形成机理的研究已经的研究已经取得已经取得长足取得长足的进长足的进步的进步。除了传统的化学分析的化学分析法外，借鉴于借鉴于化学中的各化学中的各种现代仪器分仪器分析了高效液相色普法，气相色谱-质谱联用谱联用法，液相色谱-质谱法，质谱，质谱法等多种先进分析进分析方法，可以为食以为食品安全检测安全检测提检测提供强大供强大的技术手段。 我国是一个是一个农业大农业大国，但并非强并非强国。由于监由于监管措施落后，农民的教育素质普遍偏低等普遍偏低等问题，农药残留农药残留引起残留引起的引起的危害越来越突出越突出。对此。对此，可从，可从三个方面三个方面解决方面解决这解决这个问题： 题： （1）发明更简洁更灵敏易普及明更简洁更灵敏易普及的检测方检测方法和技法和技术； 术； （2）制定相关标准相关标准，标准，并督促政府立法以及加政府立法以及加强立法以及加强国民教育； （3）研发高研发高效无毒无公害的农药，农药，从根本上杜绝农药残留绝农药残留，保残留，保障，保障食品安全。 安全。 食品安全事安全事件已经屡见已经屡见不屡见不鲜，2007年12月日本千叶和兵库两兵库两县“毒县“毒饺子”事件”事件中饺子里检测出高浓度的浓度的甲胺磷；胺磷；2008年我国三鹿奶粉事件鹿奶粉事件中，奶粉中，奶粉里奶粉里检测出检测出大量三大量三聚氰胺；聚氰胺；2005年的苏丹红事件；三个事三个事件涉及到的化学及到的化学物的化学物质结构如结构如下： 甲胺磷（敌敌畏）结构式 苏丹红I 三聚氰胺的结构式 4 结束语 化学为化学为人类社会，人类文人类社会，人类文明人类文明的进步的进步与发展做与发展做出了不可磨不可磨灭的贡献。贡献。尤其是近其是近代以来，以来，各种化学技术的飞速发展，飞速发展，为发展，为人类生产生活提人类生产生活提供了大量所了大量所需的物质材料，为质材料，为某些问题的解决题的解决提解决提供了强大的理论以及技理论以及技术手段：极大促进极大促进了促进了人类社会的进步人类社会的进步。 然而，任何事而，任何事物任何事物都有其两都有其两面性，诸如环境污染如环境污染，污染，食品安全等问安全等问题皆因现代社会的因现代社会的飞速代社会的飞速发展而飞速发展而生，如何生，如何高效，低公害地应用化学技应用化学技术，成了摆在我们面前的一大的一大难题。作题。作为21世纪高素质的公民，学习，学习了化学与人类文明化学与人类文明这门课这门课后，我们有义务有义务，也有责任，也有责任将这责任将这一将这一问题克服！ 服！ 参考文献： [1] 唐除痴等，农药等，农药化学农药化学.天津：南开大南开大学出版社，1998. 王丹，王丹，赵美萍，赵美萍，大学化学 周爽，赵美萍，赵美萍，大学化学

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徐任生，徐任生，叶生，叶阳，赵维生天然产物化学（化学（第版）北京：科学北京：科学出：科学出版社，