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我的專業是化學,我從學化學,教化學,到研究化學已有幾十年了,可是現在我卻有點搞不清楚化學的定義了。我深深感到科學的發展太快了,需要對本門科學重新認識,重新定位。這是我進入21世紀首先要關注的問題。
1一門科學的定義至少有三個屬性：
1.1整體和局部性
科學是一個復雜的知識體系，好比一塊蛋糕。為了便于研究，要把它切成大、中、小塊。首先切成自然科學、技術科學和社會科學三大塊。在自然科學中，又有許多切法。一種傳統的切法是分成數理化天地生等一級學科。近來又有切成物質科學、生命科學、地球科學、信息科學、材料科學、能源科學、生態環境科學、納米科學、認知科學，系統科學等的分類法。化學是從科學整體中分割開來的一個局部，它和整體必然有千絲萬縷的聯系, 所以學科之間的交叉和相互滲透是必然的趨勢。這是它的第一屬性。
1.2發展性
化學的內涵隨時代前進而改變。在19世紀，恩格斯認為化學是原子的科學（參見《自然辯證法》），因為化學是研究化學變化，即改變原子的組合和排布，而原子本身不變的科學。到了20世紀，人們認為化學是研究分子的科學，因為在這100年中，在《美國化學文摘》上登錄的天然和人工合成的分子和化合物的數目已從1900年的55萬種，增加到1999年年底的2340萬種。 沒有別的科學能象化學那樣制造出如此眾多的新分子、新物質。現在世紀之交，我們大家深深地感受到化學的研究對象和研究內容大大擴充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世紀的化學是研究泛分子的科學。
1.3定義的多維性
一門科學的定義，按照從簡單到詳細的程度可以分為：(1)一維定義或X定義，X是指研究的對象。(2)二維定義或XY定義。Y是指研究的內容。(3)三維定義或XYZ定義。Z是指研究方法。(4)四維定義或WXYZ定義，W是指研究的目的。(5)多維定義或全息定義。一門科學的全息定義還要說明它的發展趨勢、與其他科學群的交叉、世紀難題和突破口等等。這樣才能對這門科學有全面的了解。下面以化學為例加以說明。
2 21世紀化學的定義和內涵
2.1 化學的一維定義
21世紀的化學是研究泛分子的科學。泛分子的名詞是仿照泛太平洋會議(Pan Pacific Conference), 泛美航空公司(Pan American Air Line)等提出的。泛分子是泛指21世紀化學的研究對象。它可以分為以下10個層次：
（1）原子層次棗例如近來受到重視的堿金屬原子的Bose-Einstein凝聚態。
（2）分子片層次棗分子片是指組成分子的碎片，例如［1，2］：一價分子片：CH3, OH,Mn(CO)5, Co(CO)4，二價分子片：CH2,NH,Fe(CO)4,Ru(PR3)4，三價分子片：CH,Co(CO)3, NiCp等。
（3）結構單元層次棗例如芳香化合物的母核，高聚物的單體，蛋白質的氨基酸，DNA的A,C,G,T。 高級結構單元，如蛋白質的αhelix,βsheet等。
（4）分子層次棗研究分子層次的問題有如分子周期律，單分子光譜，單分子監測和控制，分子的激發態，吸附態等。
（5）超分子層次棗超分子是二個分子通過非共價鍵的分子間作用力結合起來的物質微粒。例如環糊精［γ-CD］是一個分子，形似花盆 ,它的尺度略大于C60的直徑，可以把C60包進去，生成1:1和2:1的超分子。艾滋病毒HIV是一個生物大分子，其活性部位，形似環糊精，大小與C60十分接近，它們可以形成超分子。因此，C60可以抑制艾滋病毒HIV。環糊精分子還可作為主體，把其它小分子包在里面，又可作為客體，插入Zr(HPO4)2(H2O)晶體的結構層之間，組裝成復雜的超分子體系。
（6）高分子層次。
（7）生物分子(biomolecules)層次。
（8）納米分子和納米聚集體層次棗例如碳納米管、納米金屬、微乳、膠束、反膠束、氣溶膠、納米微孔結構、納米厚度的膜、固體表面的有序膜、單分子分散膜等。
（9）原子和分子的宏觀聚集體層次棗固體、液體、氣體、等離子體、溶液、熔融體、膠體、表面、界面等。
（10）復雜分子體系及其組裝體的層次：(ⅰ)復合和雜化分子材料。(ⅱ) 分子器件，例如在金絲尖端裝上經過巰基化修飾的單層碳納米管（SWCNT），可以作為M的針尖。又如分子導線、分子開關、分子探針、分子芯片、分子晶體管等。(ⅲ)分子機器，如分子馬達在UV光下，能通過4種同分異構體進行旋轉，又如分子計算機等。(ⅳ) 宏觀組裝器件如燃料電池，太陽能電池等。
2.2 化學的二維定義
化學是研究X對象的Y內容的科學。具體地說，就是：化學是研究原子、分子片、結構單元、分子、高分子、原子分子團簇、原子分子的激發態、過度態、吸附態、超分子、生物大分子、分子和原子的各種不同維數、不同尺度和不同復雜程度的聚集態和組裝態，直到分子材料、分子器件和分子機器的合成和反應，制備、剪裁和組裝，分離和分析，結構和構象，粒度和形貌，物理和化學性能，生理和生物活性及其輸運和調控的作用機制，以及上述各方面的規律，相互關系和應用的自然科學。
2.3化學的三維定義
化學是用Z方法研究X對象的Y內容的科學。化學的研究方法和它的研究對象及研究內容一樣，也是隨時代的前進而發展的。在19世紀，化學主要是實驗的科學，它的研究方法主要是實驗方法。到了20世紀下半葉，隨著量子化學在化學中的應用，化學不再是純粹的實驗科學了，它的研究方法有實驗和理論。現在21世紀又將增加第三種方法，即計算機模擬的方法。
2.4 化學的四維定義
化學是用Z方法研究X對象的Y內容以達到W目的的科學。化學的目的和其它科學技術一樣是認識世界和改造世界，但現在應該增加一個“保護世界”。化學和化學工業在保護世界而不是破壞地球這一偉大任務中要發揮特別重要的作用。造成污染的傳統化學向綠色化學的轉變是必然的趨勢。21世紀的化工企業的信條是五個“為了”和五個“關心”（Five“care”and five “for”）：（1）為了社會而關心環保（Environmental care for the society）；（2）為了職工而關心安全、健康和福利（Safetycare for the employee）；（3）為了顧客而關心質量、聲譽和商標（Qualitycare for the customers）；（4）為了發展而關心創新（Innovation-care for the development）；（5）為了股東而關心效益（Profit-care for the stockholders）
3 21世紀化學研究的六大趨勢
3.1 更加重視國家目標，更加重視不同學科之間的交叉和融合
在世紀之交，中國和世界各國政府都更加重視國家目標，在加強基礎研究的同時，要求化學更多地來改造世界，更多地滲透到與下述10個門類的科學的交叉和融合：（1）數理科學（2）生命科學（3）材料科學（4）能源科學（5）地球和生態環境科學（6）信息科學（7）納米科學技術（8）工程技術科學（9）系統科學（10）哲學和社會科學。這是化學發展成為研究泛分子的大化學的根本原因。所以培養21世紀的化學家要有寬廣的知識面，多學科的基礎。
3.2 理論和實驗更加密切結合
1998年諾貝爾化學獎授予W.Kohn和J.A.Pople。頒獎公告說：“量子化學已經發展成為廣大化學家所使用的工具，將化學帶入一個新時代，在這個新時代里實驗和理論能夠共同協力探討分子體系的性質。化學不再是純粹的實驗科學了”。所以在21世紀，理論和計算方法的應用將大大加強，理論和實驗更加密切結合。
3.3 在研究方法和手段上，更加重視尺度效應
20世紀的化學已重視宏觀和微觀的結合，21世紀將更加重視介乎兩者之間的納米尺度（1-100 nm），并注意到從小的原子、分子組裝成大的納米分子，以至微型分子機器。
3.4 合成化學的新方法層出不窮
合成化學始終是化學的根本任務，21世紀的合成化學將從化合物的經典合成方法擴展到包含組裝等在內的廣義合成，目的在于得到能實際應用的分子器件和組裝體。
合成方法的十化：芯片化，組合化，模板化，定向化，設計化，基因工程化，自組裝化，手性化，原子經濟化，綠色化。
化學實驗室的微型化和超微型化：節能、節材料、節時間、減少污染。
從單個化合物的合成、分離、分析及性能測試的手工操作方法，發展到成千上萬個化合物的同時合成，在未分離的條件下，進行性能測試，從而篩選出我們需要的化合物（例如藥物）的組合化學方法。
3.5 造成污染的傳統化學向綠色化學的轉變是必然的趨勢［3，4］
21世紀的化工企業的信條是五個“為了”和五個“關心”。
3.6 分析化學已發展成為分析科學［5，6］
分析化學已吸收了大量物理方法、生物學方法、電子學和信息科學的方法，發展成為分析科學，應用范圍也大大拓寬了。
分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在線化、實時化(real time)、原位化(in situ)，在體化(in vivo)、智能化信息化，高靈敏化，高選擇性化，單原子化和單分子化。 單分子光譜、單分子檢測，搬運和調控的技術受到重視。
分離和分析方法的連用，合成和分離方法的連用，合成、分離和分析方法的三連用。
4 21世紀化學的四大難題（中長期）
科學研究始于提出問題。 科學問題的提出、確認和解決是科學發展的動力。20世紀最偉大的數學家Hilbert 在1900年提出23個數學難題。每一個難題的解決，就誕生一位世界著名的數學家。現在2000年世界數學家協會提出七大數學難題，籌集了700萬美元，懸賞100萬美元給每一個難題的解決者。
21世紀物理學的難題：(1) 四個作用力場的統一問題，相對論和量子力學的統一問題。(2) 對稱性破缺問題。(3) 占宇宙總質量90%的暗物質是什么的問題。(4) 黑洞和類星體問題。(5) 夸克禁閉問題等。
21世紀生物學的重大難題是后基因組學、蛋白質組學、腦科學、生命起源等。
2000年中國科學院化學部和國家自然科學基金委員會化學部組織編寫了《展望21世紀的化學》［7］，對20世紀化學的成就作了很好的總結，對21世紀近期（10-20年）化學的發展提出很好的展望。最近MIT化學系主任S.Lippard教授在廣泛征求美國化學同行的基礎上提出基礎化學的22個新前沿領域［8］。
由此可見，中外化學家都在展望21世紀化學的發展，但似乎還沒有提出化學應在21世紀解決的重大難題。 這樣與物理學和生物學相比，就會顯得化學沒有什么偉大的目標了。這是近年來在世界范圍內出現的淡化化學的思潮的主觀原因之一。那么化學果真提不出重大難題嗎？下面不揣冒昧，試對這一問題，作一初步探討，希望大家指正。如能拋磚引玉，引起大家的討論，然后由中國化學會組織化學界來共同討論21世紀化學的難題，這對21世紀化學的發展十分有利。
4.1 化學的第一根本規律--化學反應理論和定律
化學是研究化學變化的科學，所以化學反應理論和定律是化學的第一根本規律。化學和化學變化的本質是若干原子核和電子之間的電磁相互作用，與強、弱、引力相互作用的關系比較小，暫時可以不考慮。這種相互作用的根本規律是量子力學。薛定鄂第一方程可以解決定態分子結構、化學鍵理論和分子間的相互作用問題。薛定鄂第二方程是包含時間的方程，可以解決原子或分子從某一定態到另一定態的躍遷幾率問題，從而建立光譜躍遷理論。
但量子力學沒有給出嚴格的化學反應速率的基本方程。H.Eyring的絕對反應速度理論是建筑在過渡態、活化能和統計力學基礎上的半經驗理論。過渡態、活化能和勢能面等都是根據不含時間的薛定鄂第一方程來計算的。所謂反應途徑是按照勢能面的最低點來描繪的。這一理論和提出的新概念是非常有用的，但卻是不徹底的半經驗理論。
19世紀C.M.古爾德貝格和P.瓦格提出的質量作用定律，是最重要的化學定律之一，但它是經驗的、宏觀的定律。20世紀在宏觀化學動力學與微觀分子反應動態學方面，有很大發展。例如Semenov發展了鏈式反應理論，M.Eigen提出了馳豫法研究快速的化學反應，李遠哲和Herschbach用交叉分子束研究態態反應等。但離開徹底了解化學反應的規律，還有很大的距離。所以嚴格的徹底的微觀的化學反應理論，包括決定某兩個或幾個分子之間能否發生化學反應？能否生成預期的分子？需要什么催化劑才能在溫和條件下進行反應？如何在理論指導下控制化學反應？如何計算化學反應的速率？如何確定化學反應的途徑等，是21世紀化學應該解決的第一個難題。
在化學反應理論中特別重要，應予首先研究的課題有：（1）充分了解若干個重要的典型的化學反應的機理，以便設計最好的催化劑，實現在最溫和的條件進行反應，控制反應的方向和手性，發現新的反應類型，新的反應試劑。（2）在搞清楚光合作用和生物固氮機理的基礎上，設計催化劑和反應途徑，以便打斷CO2, N2等穩定分子中的惰性化學鍵。（3）研究其它各種酶催化反應的機理。酶對化學反應的加速可達100億倍，專一性達100%。如何模擬天然酶，制造人工催化劑，是化學家面臨的重大難題。（4）充分了解分子的電子、振動、轉動能級，用特定頻率的光脈沖來打斷選定的化學鍵--選鍵化學的理論和實驗技術。
4.2 化學的第二根本規律--結構和性能的定量關系
這里“結構”和“性能”是廣義的，前者包含構型、構象、手性、粒度、形狀和形貌等，后者包含物理、化學和功能性質以及生物和生理活性等。雖然W.Kohn從理論上證明一個分子的電子云密度可以決定它的所有性質，但實際計算困難很多，現在對結構和性能的定量關系的了解，還遠遠不夠。所以這是21世紀化學的第二個重大難題。
要優先研究的課題有：（1）分子和分子間的非共價鍵的相互作用的本質和規律。（2）超分子結構的類型，生成和調控的規律。（3）給體--受體作用原理。（4）進一步完善原子價和化學鍵理論，特別是無機化學中的共價問題。（5）生物大分子的一級結構如何決定高級結構？高級結構又如何決定生物和生理活性？（6）分子自由基的穩定性和結構的關系。（7）摻雜晶體的結構和性能的關系 。（8）各種維數的空腔結構和復雜分子體系的構筑原理和規律。（9）如何設計合成具有人們期望的某種性能的材料？（10）如何使宏觀材料達到微觀化學鍵的強度？例如“金屬胡須”的抗拉強度比通常的金屬絲大一個量級，但比金屬-金屬鍵的強度小得多。又如目前高分子纖維達到的強度要比高分子中的共價鍵的強度小兩個數量級。這就向人們提出如何挑戰極限的大難題。（11）鑭系理論--4f電子的能級比sp區和d區元素的能級多一個量級，所以稀土元素有十分豐富的光、電、磁、聲等功能性質。稀土化合物的配位數可在3-12的寬廣范圍內變化，所以稀土元素有機化合物是很好的催化劑。稀土是21世紀的戰略元素。研究鑭系元素的結構和性能關系具有十分重要的意義。以上各方面是化學的第二根本問題，其迫切性可能比第一問題更大，因為它是解決分子設計問題的關鍵。
4.3 納米尺度的基本規律
現在中美日等國都把納米科學技術定為優先發展的國家目標。在復雜性科學和物質多樣性研究中，尺度效應至關重要。尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，導致物質性能及其運動規律和原理的質的區別。納米尺度體系的熱力學性質，包括相變和“集體現象（Collective phenomena)”如鐵磁性，鐵電性，超導性和熔點等與粒子尺度有重要的關系。當尺度在十分之幾到10納米的量級，正處于量子尺度和經典尺度的模糊邊界(fuzzy boundary)中，此時熱運動的漲落和布朗運動將起重要的作用。例如金的熔點為1063℃，納米金的融化溫度卻降至330℃。銀的熔點為960.3℃，而納米銀為100℃。當代信息技術的發展，推動了納米尺度磁性(Nanoscale magnetism)的研究。由幾十個到幾百個原子組成的分子磁體表示出許多特性，如tunneling,quantum coherance, thermoinduced spin crossover transitions。納米粒子的比表面很大，由此引起性質的不同。例如納米鉑黑催化劑可使乙烯催化反應的溫度從600℃降至室溫。又如電子或聲子的特征散射長度，即平均自由途徑 在納米量級。當納米微粒的尺度小于此平均自由途徑時，電流或熱的傳遞方式就發生質的改變。所以納米分子和材料的結構與性能關系的基本規律是21世紀的化學和物理需要解決的重大難題之一。
4.4 活分子運動的基本規律
充分認識和徹底了解人類和生物體內活分子(living molecules)的運動規律，無疑是21世紀化學亟待解決的重大難題之一。例如：（1）配體小分子和受體生物大分子的相互作用，這是藥物設計的基礎。（2）在地球元素的生態循環中，植物界做了兩件偉大的事：其一，利用太陽能把很穩定的CO2和H2O分子的化學鍵打開，合成碳水化合物［CH2O］n，并放出氧氣O2，供人類和其它動物使用。在這個偉大的過程中，活分子催化劑葉綠素是怎樣作用的？其二，豆科植物的根瘤菌能打開非常穩定的氮分子中的化學鍵，生成含氮小分子，再進一步合成蛋白質和核酸。我們必須把這兩個過程的全部反應機理搞清楚，然后研究能否在化學工廠中，在溫和的條件下，實現這兩個偉大的催化反應。（3）搞清楚牛、羊等食草動物胃內酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應機理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎。（4）人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計算機。如何徹底了解大腦的結構和功能將是21世紀的腦科學、生物學、化學、物理學、信息和認知科學等交叉學科共同來解決的難題。（5）了解活體內信息分子的運動規律和生理調控的化學機理。（6）了解從化學進化到手性和生命的起源。（7）如何實現從生物分子到分子生物(molecular life)的飛躍？如何跨越從化學進化到生物進化的鴻溝?（8）研究復雜、開放、非平衡的生命系統的熱力學，耗散和混沌狀態，分形現象等非線形科學問題。
由此可見，21世紀的化學是有偉大的目標和難題，需要我們去解決的。與物理學相比，物理的難題偏重于認識世界。研究物理學的難題，需要超高能加速器和航天飛機上的磁譜儀等大型科學工程為基礎，是我國國力難以承受的。而21世紀化學的重大難題和突破口則偏重于改造世界和保護世界，有更現實的目標，不需要大型科學工程的支持，對化學的R&D投入，通常有較高的回報率。21世紀是生物學大發展的世紀，但現代生物學是建筑在分子水平上的生物學，所以對化學難題的研究和解決和解決生物學難題是互相促進的。如果淡化化學的重要性， 減少化學的科學研究投入，在大學中吸引不到優秀的中學生來考化學專業，那么對國民經濟和生命科學的發展都是十分不利的。
5. 21世紀化學的11個突破口（10-20年）
5.1 新的合成方法學
例如(1)組合化學。(2)手性合成。(3)分子反應器控制的合成。(4) 自復制和自組裝合成。(5)定向合成。(6)掌握零維籠狀和杯狀、一維通道、二維層間、三維網絡空腔結構的合成方法，并通過化學、電場或磁場的作用，使囚禁在里面的客體分子被釋放或取代出來。
5.2 納米化學、納米材料和分子器件，納米表面化學、高效 納米催化劑設計合成及應用。
5.3 稀土化學特別是有我國知識產權的新型稀土功能材料［9］。
5.4 能源科學中的化學問題
例如：（1）各種高效換能器(Transducer)，特別是太陽能電池。（2）燃料電池。（3）氫能利用問題。（4）各種再生能源。
5.5 生命和醫藥科學中的化學問題
例如：（1）把中國名醫的處方和人體的生理病理狀態作為兩個復雜體系來研究它們之間的 相互作用和 藥效。（2）用組合化學的方法來篩選特效中藥，并使中藥現代化。（3）藥物設計、合成和開發應用。（4）生物材料（Biomaterials）和人工器官的合成。（5）配合物小分子作為Key和DNA大分子作為Lock的相互作用。（6）了解神經細胞和生理調控的化學機理（7）糖化學。
5.6 生態環境科學中的化學問題
例如：（1）環境元素的循環。（2）有害化學物質的控制和治理。（3）以“原子經濟”和“零排放”為目標的綠色化學和化工。（4）生態環境化學。
5.7 信息科學中的化學問題
例如：（1）高效的光纖通信材料，特別是可使激光得到增益的稀土鉺羼雜Si基1。54微米材料。（2）高效的光貯存材料。（3）分子芯片。（4）分子計算機。
5.8 分析化學的十化
5.9 化工化學復雜體系中的多層次、多尺度效應及其規律和方法學研究。
5.10 理論化學和計算化學的基礎及應用研究
5.11 化學信息學
20世紀的化學積累了巨量的實驗材料和信息，21世紀的化學信息學將建立各種化學信息庫，然后分析信息的內涵，總結出規律，最大限度地挖掘、開發和應用信息寶庫，使它們作為實驗歸納法和理論演繹法的橋梁，推動化學和化工學科的發展，為國民經濟服務。
6. 20世紀化學的盲點
20世紀的化學得到前所未有的迅猛發展。但迅猛發展的化學正和急速向前推進的勝利部隊一樣，常常會在后方留下一些照顧不到的空白點，例如：
6.1 無機化學中共價概念被忽視
原子價是化學中最重要的概念之一，也是總結大量分子必須考慮的性質之一。但令人驚奇的是，迄今還沒有一個大家公認的定義。原子價可分為共價、電價、氧化態(oxidation state)、配位數、超價(supervalence)等。關于共價現在大家采用的是鮑林提出的定義：一個原子的共價是指它在分子中和其它原子形成的共價鍵數。鮑林的定義在有機化學中非常成功，但在無機化學中遇到困難，例如如何決定CO、NO、N2O、NO2、HNO3、O3、 BeCl2、Al2Cl6、Ni(CO)4、Cp2ZrCl2、Cr(C6H6)2等分子中的C、N、O、Be、Al、Ni、Zr、Cr的共價。在后面5個分子中，通常我們說Be是2價，Al是3價，Ni是0價，Zr是4價，Cr是0價。但這是指它們的氧化態。它們的共價等于多少？這個問題常常被忽略不提。為此我們提出共價鍵的新定義：一個原子的共價是指它在形成分子時，從其它原子接受的共享電子數。按照這個物理概念，給出量子化學定義進行量子化學計算，得到在上述分子中原子的共 價為：C=4，N=3，O=2，Be=6、Ni=8，Zr=12，Cr=12［10，11］。 關于配位數也沒有明確的定義。例如F.A.Cotton［12］:，認為Ti在Cp2TiCl2 中的配位數=4［12］，即Cp提供的配位數是1。這樣在Cr(C6H6)2, Cr(C6H6)(CO)3, Cr(CO)6三個分子中Cr的配位數分別等于2，4，6。我們建議把配位數定義為：中心原子周圍的成鍵電子對數。這樣在上述三個分子中Cr的配位數都等于6。在Cp2TiCl2中Ti的配位數等于8［13］。
6.2 化學文獻和數據的積累非常迅速，但利用這一文獻寶庫來總結規律的工作相對滯后
從科學發展史看，科學數據的大量積累，往往導致重大科學規律的發現。如17世紀的天文學積累了幾百顆天體運動的數據，對它們的分析導致開普勒提出天體運動的三大定律，為牛頓建立他的經典力學體系奠定基礎。19世紀60年代的化學積累了數十種元素和上萬種化合物的數據，門捷列夫把這些元素按原子量的大小次序排列，發現它們的化合物的性質有周期性變化，因而在1869年提出元素周期律，為以后發現新元素和玻耳建立原子模型指明了方向。20世紀30年代，積累了100多萬種化合物的數據，結合量子化學的發展，導致鮑林提出共價、電價和氧化值的定義，以及σ鍵、π鍵、雜化軌道、電負性、共振結構等新概念，總結出化學鍵理論，發表《論化學鍵本質》這本經典著作，對20世紀化學的發展起了非常重要的作用。現在截止1999年12月31日，美國化學文摘登記的分子、化合物和物相的數目已超過2340萬種，比鮑林總結化學鍵理論時擴大了10余倍，但全世界的化學家似乎還沒有充分利用這一化學文選寶庫來總結規律。這是世紀之交的難得機遇，不可交臂失之。
6.3 分子周期律
為了與數以千萬計的分子打交道，我們建議在原子和分子之間引入分子片和結構單元兩個層次。分子片這一名詞是由霍夫曼（R.Hoffmann)在他的“等瓣性原理”中首先提到的。分子片Mj是由一個中心原子Ak與若干個配體Lm組成,其中k和m分別為中心原子A的價電子數和配體的總價電子數。分子片M的價電子數j=k+m。分子片價數等于它的價軌道中的空位數。
分子結構類型的數字化表征。我們建議用N,B,σ,π四個數字來表征，N是它所含的分子片數，B是分子片之間的共價鍵數，其中含有σ個σ鍵和π個π鍵［在少數分子中還包含δ鍵和三中心二電子鍵等］。例如苯分子C6H6的N,B,σ,π=6,9,6,3。Dewar苯的N,B,σ,π=6,9,7,2。Benzavalene的N,B,σ,π=6,9,8,1。Prismane的N,B,σ,π=6,9,9,0。如以N,B為坐標可以繪出分子的結構類型表。
以上舉出化學在跨向21世紀時落在后面的一些盲點，而展現在它前面的亮點，如四大難題，11個突破口，則因研究對象、內容和方法的豐富多采，更是琳瑯滿目。希望有更多的青年學子來耕耘這片肥沃的土地。化學不是夕陽科學,決不會在物理學和生物學的夾縫中消亡。人類需要化學來創造更多、更好新物質、新材料。這是任何別的科學不能代替的。
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