化学是在分子和原子的水平上研究物质的性质、组成、结构及变化规律和其应用、制备，以及物质间相互作用关系的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以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。人类的生活能够不断提高和改善，化学的贡献在其中起了重要的作用。化学是重要的基础科学之一，在与物理学、生物学、自然地理学、天文学等学科的相互渗透中，得到了迅速的发展，也推动了其他学科和技术的发展。但化学同时也存在很多疑问，这些疑问推动着化学学科的进一步发展。
元素周期表的终点
学习化学，首先就要接触化学元素周期表。我们知道，现在的化学元素周期表中有107个化学元素，但是这107是不是就是化学元素表的终点了呢？科学家们认为，还远远不够，化学元素的大家庭还有更多的成员等待着被发现。其实，化学元素周期表就是在不断地充实中壮大起来的。最初1896年俄国科学家门捷列夫发明元素周期表时，只有63个元素，到19世纪，元素数增加到92个，到目前的21世纪，元素已经增加到107个……所以我们不能排除，元素还有逐步增加的可能。这也是化学学科当中最首要的谜题。
俄国化学家门捷列夫
我们肉眼看得见的物质（如楼房）或看不见的物质（如空气），都是由什么组成的？这一问题曾困扰人们好多年。由于人类的进步，到19世纪初期，经过科学家们的研究，终于揭开了物质世界的面纱：世界上的一切物质都是由元素组成的。从坚硬的石头到软绵绵的棉花；从流动的水到飘浮的云；从人的肌肉骨骼到极小的细菌；从高大的树木到浮游生物……一切都不例外。那么元素大家庭的成员到底有多少个呢？19世纪时，科学家们认为只有92个。直到1940年，美国加利福尼亚大学的麦克米伦教授和物理化学家艾贝尔森在铀裂变后的产物中，才发现了93号新元素！他们俩把这新元素命名为“镎”，镎的希腊文原意是“海王星”，这名字是跟铀紧密相连的，因为铀的希腊文原意是“天王星”。镎的发现，充分说明了铀并不是周期表上的终点，说明化学元素远没有达到周期表上的终点，在镎之后还有许多化学元素。镎的发现，鼓舞着化学家在认识元素的道路上继续前进！不多久，美国化学家西博格、沃尔和肯尼迪又在铀矿石中发现了94号元素。他们把这一新元素命名为“钚”，希腊文的原意是“冥王星”。这是因为镎的希腊文原意是“海王星”，而冥王星是在海王星的外面，当时人们认为它是太阳系中离太阳最远的一个行星。钚的发现在当时根本没有引起人们的注意，人们只是把它看作一种新元素而已，谁也没有去研究它到底有什么用处。但当人们发现了钚可以制作原子弹之后，钚就一下子青云直上，成了原子舞台上非常难得的“明星”！而且，钚的发现及广泛应用，使人们对元素的认识，进入了一个新的阶段：原来，世界上还有许多很重要的未被发现的新元素哩！于是，人们继续努力，要寻找94号以后的“超钚元素”。在1949年底，钚的发现者——美国化学家西博格和加利福尼亚大学教授乔索合作，用质子轰击钚原子核，最先发现了95号元素和96号元素。他们将95号元素和96号元素分别命名为“镅”和“锔”，用以纪念发现地点美洲和居里夫妇（“锔”的原意即“居里”）。西博格和乔索继续努力，在1949年又制得了97号元素——锫；在1950年制得了98号元素——锎。锫的原意足“柏克立”。因为它是在柏克立城的回旋加速器帮助下制成的；锎的原意是“加利福尼亚”，因为它是在加利福尼亚州的回旋加速器帮助下制成的。接着，人们又开始寻找99号元素和100号元素。当人们准备用回旋加速器制造出这两种新元素之前，却在另一个场合无意中发现了它们。那是在1952年11月，美国在太平洋上空爆炸了第一颗氢弹。当时，美国科学家在观测这次爆炸产生的原子“碎片”时，发现竟夹杂着两种新元索——99号和100号元素。1955年美国加利福尼亚大学在实验室中制得了这两种新元素。为了纪念在制成这两种新元素前几个月逝世的著名物理学家爱因斯坦和意大利科学家费米，分别把99号元素命名为“锿”（原意即“爱因斯坦”），把100号元素命名为“镄”（原意即“费米”）。1955年，就在制得锿以后，美国加利福尼亚大学的科学家们用氦核去轰击锿，使锿原子核中增加两个质子，变成了101号元素。他们把101号元素命名为“钔”，以纪念化学元素周期律的创始人、俄罗斯化学家门捷列夫。紧接着，在1958年，加利福尼亚大学与瑞典的诺贝尔研究所合作，用碳离子去轰击锔，使锔这个本来只有一个质子的原子核，一下子增加了六个质子，制得了极少量的102号元素。他们用“诺贝尔研究所”的名字来命名它，叫做“锘”。到了1961年，美国加利福尼亚大学的科学家们着手制造103号元素。他们用原子核中含有五个质子的硼，去轰击原子核中含有九十八个质子的锎，进行原子“加法”：5+98=103，从而制得了103号元素。这个新元素被命名为“铹”，以纪念当时刚去世的美国物理学家、回旋加速器的发明者劳伦斯。在1964年、1967年，苏联弗列罗夫领导的研究小组和美国的乔索及西博格等人，分别用不同的方法制得了104、105和106号元素。但是由于双方都说是自己最早发现了新元素，所以，关于104号、105和106号元素的命名，至今仍争论不休，没有得到统一。1976年，苏联弗列罗夫等人着手试制107号元素。他们用24号元素——铬的原子核，去轰击83号元素的原子核。24+83=107，就这样，107号元素被制成了。到目前为止，得到世界各国科学家公认的化学元素，总共有107种。然而，世界上到底存在有多少种化学元素？人们会不会无休止地把化学元素逐个制造出来呢？这个问题引起了人们激烈的争论。有人认为，从100号元素镄以后，人们虽然合成了许多新元素，但是这些新元素的寿命却越来越短。像107号元素，只能存在1毫秒。照此推理下去，108号、109号、110号……这些元素的寿命可能更短，因此要人工合成新元素的希望将越来越渺茫。他们预言，即使今后人们还有可能再制成几种新元素，但却已为数不多了。但是，很多科学家认真研究了元素周期表，并推算出在108号元素以后，可能又会出现几种“长命”的新元素！到底孰是孰非呢？迄今为止，尚无定论。
元素周期表光合作用是怎样产生的？
作为地球上最重要的化学反应，光合作用对大多数人来说，好像并没有什么太大的秘密，似乎它的过程无非就是吸收二氧化碳，放出氧气。然而，尽管光合作用的发现至今已有二百多年历史，并且已有多位科学家在光合作用前沿研究上频频摘取诺贝尔奖，但其内在复杂机理仍被重重谜团笼罩。科学家坦言，要真正揭开“绿色工厂”的全部谜底，仍有很长的一段路要走。植物光合作用为什么科学家们要对光合作用进行研究呢？这是因为人类所需要的许多生产生活资料都是由光合作用产生的，如果没有光合作用就不会有人类的生存与发展。所以，光合作用研究是一个重大的生物科学问题，同时又与人类现在面临的粮食、环境、材料、信息问题等密切相关。现在世界上每年通过光合作用产生2200亿吨物质，相当于世界上所有的能耗的十倍。要植物产生更多的物质，就需要提高光合作用效率。通过高新技术转化，我们甚至可以让有些藻类，在光合作用的调节与控制下直接产生氢。根据光合作用原理，还可以研制高效的太阳能转换器。光合作用与农业的关系同样密切，农作物产量的90％到95％来自光合作用。高产水稻与小麦的光合作用效率只有1％到1.5％，而甘蔗或者玉米的效率则可达到50％或者更高。如果人类可以人为地调控光能利用效率，农作物产量就会大幅度增加。近年来，空气里面二氧化碳不断增加，产生温室效应。光合作用能否优化空气成分，延缓地球变暖，也很值得探索。光合作用研究，还可以为仿真模拟生物电子器件，研制生物芯片等，提供理论基础或有效途径，对开辟21世纪新兴产业产生广泛而深远的影响。正是这些，使得光合作用研究在国际上成为一大热点。早在两个多世纪以前，科学家就已经知道了光合作用，但真正开始研究光合作用还是在量子力学建立之后，人们也越来越为它复杂的机制深深叹服。现在，科学家们已经知道，光合作用的吸能、传能和转化均是在具有一定分子排列及空间构象、镶嵌在光合膜中的捕光及反应中心色素蛋白复合体和有关的电子载体中进行的。但是让科学家们不可思议的是，从光能吸收到原初电荷分离涉及的时间尺度仅仅为1015～1017秒。这么短的时间内却包含着一系列涉及光子、激子、电子、离子等传递和转化的复杂物理和化学过程。更让人惊奇的是，这种传递与转化不仅神速，而且高效。在光合膜系统中，在最适宜的条件下，传能的效率可高达94％～98％，在反应中心，只要光子能传到其中，能量转化的量子效率几乎为100％。这种高效机制是当今科学技术远远不能企及的。光合作用那么，光合系统这个高效传能和转能超快过程到底是如何进行的？其全部的分子机理及其调控原理究竟是怎样的？为什么这么高效？这迄今仍是多年来一直困扰着众多科学家的谜团。有科学家说：要彻底揭开这一谜团，在很大程度上依赖于合适的、高度纯化和稳定的捕光及反应中心复合物的获得，以及当代各种十分复杂的超快手段和物理及化学技术的应用与理论分析。事实上，当代所有的物理、化学最先进设备与技术都可以用到光合作用研究中来。光合作用的另外一个谜团是：生化反应起源是自然界最重大的事件之一，光合作用的过程是一系列非常复杂的独立代谢反应，它究竟是如何演化而来？美国亚利桑那州立大学的生化学家罗伯特教授说：“我们知道这个反应演化来自细菌，大约在25亿年前，但光合作用发展史非常不好追踪。有多种光合微生物使用相同但又不太一样的反应。虽然有一些线索能把它们联系在一起，但还是不清楚它们之间的关系。”罗伯特教授等人还试图透过分析五种细菌的基因组来解决部分的问题。他们的研究结果显示，光合作用的演化并非是一条从简至繁的直线，而是不同的演化路线的合并，把独立演化的化学反应混合在一起。也许，他们的工作会给人类这样一些提示：人类也可能通过修补改造微生物产生新生化反应，甚至设计出物质的合成反应。这样的工作对天文生物学家了解生命在外星的可能演化途径，也大有裨益。我国著名科学家匡廷云院士曾深有感触地说：“要揭示光合作用的机理，就必须先搞清楚膜蛋白的分子排列、空间构象。这方面我们最新取得的原创性成果就是提取了膜蛋白，完成了LHC-Ⅱ三维结构的测定。由于分子膜蛋白是镶嵌在脂质双分子膜里面的，疏水性很强，因此难分离，难结晶。”现在，中国科学院植物所经过多年努力已经提取了这种膜蛋白，在膜蛋白研究上，我国已经可以与世界并驾齐驱。那么是否可能会有那么一天，人们可以模拟光合作用从工厂里直接获取食物，而不再一味依靠植物提供呢？科学家们认为，这在近期内不可能的，因为人类对光合作用的奥秘并不真正了解，还有很多问题需要进一步弄清楚，要实现人类的这一长远理想，可能还要付出更为艰辛的努力。
水存在着一种新的形态吗？
水的存在形态是液体，这是目前人所共知的并且是人们深信不疑的常识，但是近年来有科学家提出，还存在着其他的形态，那就是聚合水。这种水的比重比普通水重40％，在500℃的温度下不发生变化，而在700℃的高温下能够变成“正常的水”，在-40℃温度下凝结成玻璃状的冰。但是对于这个理论，科学家们保持怀疑态度。因此一直以来，有关聚合水的问题一直是化学界的一个未解之谜。
