西方化學是如何起步的

① 化學起源

一、化學的前奏

1．人類文明的起點——火的利用
在幾百萬年以前，人類過著極其簡單的原始生活，靠狩獵為生，吃
的是生肉和野果。根據考古學家的考證，至少在距今50
萬年以前，可以找到人類用火的證據，即北京周口店北京猿人生活過的地方發現了經火燒過的動物骨骼化石。

有了火，原始人從此告別了茹毛飲血的生活。吃了熟食後人類增進
了健康，智力也有所發展，提高了生存能力。

後來，人們又學會了摩擦生火和鑽木取火，這樣，火就可以隨身攜
帶了。於是，人們不再是火種的看管者，而成了能夠駕馭火的造火者。

火是人類用來發明工具和創造財富的武器，利用火能夠產生各種各
樣化學反應這個特點，人類開始了制陶、冶金、釀造等工藝，進入了廣
闊的生產、生活天地。

2．歷史悠久的工藝——制陶
陶器是什麼時候產生的，已很難考證。對陶器的由來，說法不一，
有人推測：人類最原始的生活用容器是用樹枝編成的，為了使它耐火和
緻密無縫，往往在容器的內外抹上一層粘土。這些容器在使用過程中，
偶爾會被火燒著，其中的樹枝都被燒掉了，但粘土不會著火，不但仍舊
保留下來，而且變得更堅硬，比火燒前更好用。這一偶然事件卻給人們
很大啟發。後來，人們乾脆不再用樹枝做骨架，開始有意識地將粘土搗
碎，用水調和，揉捏到很軟的程度，再塑造成各種形狀，放在太陽光底
下曬干，最後架在篝火上燒製成最初的陶器。

大約距今
1萬年以前，中國開始出現燒制陶器的窯，成為最早生產陶器的國家。陶器的發明，在製造技木上是一個重大的突破。制陶過程改變了粘土的性質，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈣(gài),氧化鎂(měi)等在燒制過程中發生了一系列的化學變化，使陶器具備了防
水耐用的優良性質。因此陶器不但有新的技術意義，而且有新的經濟意
又。它使人們處理食物時增添了蒸煮的辦法，陶制的紡輪、陶刀、陶挫
等工具也在生產中發揮了重要的作用，同時陶制儲存器可以使穀物和水
便於存放。因此，陶器很快成為人類生活和生產的必需品，特別是定居
下來從事農業生產的人們更是離不開陶器。

3．冶金化學的興起

在新石器時代後期，人類開始使用金屬代替石器製造工具。使用得
最多的是紅銅。但這種天然資源畢竟有限，於是，產生了從礦石冶煉金
屬的冶金學。最先冶煉的是銅礦，約公元前3800年，伊朗就開始將銅礦 石(孔雀石)和木炭混合在一起加熱，得到了金屬銅。純銅的質地比較軟,用它製造的工具和兵器的質量都不夠好。在此基礎上改進後，便出現了青銅器。

到了公元前3000～前2500年，除了冶煉銅以外，又煉出了錫(xī)
和鉛(qiān)兩種金屬。往純銅中摻入錫，可使銅的熔點降低到800℃左
右，這樣一來，鑄造起來就比較容易了。銅和錫的合金稱為青銅(有時也
含有鉛)，它的硬度高，適合製造生產工具。青銅做的兵器，硬而鋒利，
青銅做的生產工具也遠比紅銅好，還出現了青銅鑄造的銅幣。中國在鑄
造青銅器上有過很大的成就，如殷朝前期的「司母戊」鼎。它是一種禮
器，是世界上最大的出土青銅器。又如戰國時的編鍾，稱得上古代在音
樂上的偉大創造。因此，青銅器的出現，推動了當時農業、兵器、金融、
藝術等方面的發展，把社會文明向前推進了一步。

世界上最早煉鐵和使用鐵的國家是中國、埃及和印度，中國在春秋
時代晚期(公元前6世紀)已煉出可供澆鑄的生鐵。最早的時候用木炭煉
鐵，木炭不完全燃燒產生的一氧化碳把鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬
鐵。鐵被廣泛用於製造犁鏵、鐵■(一種鋤草工具)、鐵錛等農具以及鐵
鼎等器物，當然也用於製造兵器。到了公元前8～前7世紀，歐洲等才相
繼進入了鐵器時代。由於鐵比青銅更堅硬，煉鐵的原料也遠比銅礦豐富，
在絕大部分地方，鐵器代替了青銅器。

4．中國的重大貢獻——火葯和造紙
黑火葯是中國古代四大發明之一。為什麼要把它叫做「黑火葯」呢？
這還要從它所用的原料談起。火葯的三種原料是硫磺、硝(xiāo)石和木
炭。木炭是黑色的，因此，製成的火葯也是黑色的，叫黑火葯。火葯的
性質是容易著火，因此可以和火聯系起來，但是這個「葯」字又怎樣理
解呢？原來，硫磺和硝石在古代都是治病用的葯，因此，黑火葯便可理
解為黑色的會著火的葯。

火葯的發明與中國西漢時期的煉丹術有關，煉丹的目的是尋求長生
不老的葯，在煉丹的原料中，就有硫磺和硝石。煉丹的方法是把硫磺和
硝石放在煉丹爐中，長時間地用火煉制。在許多次煉丹過程中，曾出現
過一次又一次地著火和爆炸現象，經過這樣多次試驗終於找到了配製火
葯的方法。

黑火葯發明以後就與煉丹脫離了關系，一直被用在軍事上。古代人
打仗，近距離時用刀槍，遠距離時用弓箭。有了黑火葯以後，從宋朝開
始，便出現了各種新式武器，例如用弓發射的火葯包。火葯包有火球和
火蒺藜兩種，用火將葯線點著，把火葯包拋出去，利用燃燒和爆炸殺傷
對方。

大約在公元8世紀，中國的煉丹術傳到了阿拉伯，火葯的配製方法
也傳了過去，後來又傳到了歐洲。這樣，中國的火葯成了現代炸葯的「老
祖宗」。這是中國的偉大發明之一。

紙是人類保存知識和傳播文化的工具，是中華民族對人類文明的重
大貢獻。在使用植物纖維製造的紙以前，中國古代傳播文字的方法主要
有：在甲骨(烏龜的腹甲和牛骨)上刻字，即所謂的甲骨文；甲骨數量有
限，後來改在竹簡或木簡上刻字。可是，孔子寫的《論語》所用的竹簡
之多，份量之重是可想而知的；另外，用絲織成帛(bó)，也可以用來寫
字，但大量生產帛卻是難以做到的。最後才有了用植物纖維製造的紙，
一直流傳到今天。

1957年5月，中國考古工作者在陝西省西安市灞(bà)橋的一座古代
墓葬中發現一些米黃色的古紙。經鑒定這種紙主要由大麻纖維製造，其
年代不會晚於漢武帝(公元前156～公元前87年)，這是現存的世界上最
早的植物纖維紙。

提起紙的發明，人們都會想起蔡倫。他是漢和帝時的中常侍。他看
到當時寫字用的竹簡太笨重，便總結了前人造紙的經驗，帶領工匠用樹
皮、麻頭、破布、破魚網等做原料，先把它們剪碎或切斷，放在水裡長
時間浸泡，再搗爛成為漿狀物，然後在席子上攤成薄片，放在太陽底下
曬干，便製成了紙。它質薄體輕，適合寫字，很受歡迎。

造紙是一個極其復雜的化學工藝，它是廣大勞動人民智慧的產物。
實際上，蔡倫之前已經有紙了，因此，蔡倫只能算是造紙工藝的改良者。

5．煉丹術與煉金術
當封建社會發展到一定的階段，生產力有了較大提高的時候，統治
階級對物質享受的要求也越來越高，皇帝和貴族自然而然地產生了兩種
奢望：第一是希望掌握更多的財富，供他們享樂；第二，當他們有了巨
大的財富以後，總希望永遠享用下去。於是，便有了長生不老的願望。
例如，秦始皇統一中國以後，便迫不及待地尋求長生不老葯，不但讓徐
福等人出海尋找，還召集了一大幫方士(煉丹家)日日夜夜為他煉制丹砂
——長生不老葯。

煉金家想要點石成金(即用人工方法製造金銀)。他們認為，可以通
過某種手段把銅、鉛、錫、鐵等賤金屬轉變為金、銀等貴金屬。像希臘
的煉金家就把銅、鉛、錫、鐵熔化成一種合金，然後把它放入多硫化鈣
溶液中浸泡。於是，在合金錶面便形成了一層硫化錫，它的顏色酷似黃
金(現在，金黃色的硫化錫被稱為金粉，可用作古建築等的金色塗料)。
這祥，煉金家主觀地認為「黃金」已經煉成了。實際上，這種僅從表面

顏色而不從本質來判斷物質變化的方法，是自欺欺人。他們從未達到過
「點石成金」的目的。

虔誠的煉丹家和煉金家的目的雖然沒有達到，但是他們辛勤的勞動
並沒有完全白費。他們長年累月置身在被毒氣、煙塵籠罩的簡陋的「化
學實驗室」中，應該說是第一批專心致志地探索化學科學奧秘的「化學
家」。他們為化學學科的建立積累了相當豐富的經驗和失敗的教訓，甚
至總結出一些化學反應的規律。例如中國煉丹家葛洪從煉丹實踐中提
出：「丹砂(硫化汞)燒之成水銀，積變(把硫和水銀二者放在一起)又還
成(交成)丹砂。」這是一種化學變化規律的總結，即「物質之間可以用
人工的方法互相轉變」。

煉丹家和煉金家夜以繼日地在做這些最原始的化學實驗，必定需要
大批實驗器具，於是，他們發明了蒸餾器、熔化爐、加熱鍋、燒杯及過
濾裝置等。他們還根據當時的需要，製造出很多化學葯劑、有用的合金
或治病的葯，其中很多都是今天常用的酸、鹼和鹽。為了把試驗的方法
和經過記錄下來，他們還創造了許多技術名詞，寫下了許多著作。正是
這些理論、化學實驗方法、化學儀器以及煉丹、煉金著作，開挖了化學
這門科學的先河。

從這些史實可見，煉丹家和煉金家對化學的興起和發展是有功績
的，後世之人決不能因為他們「追求長生不老和點石成金」而嘲弄他們，
應該把他們敬為開拓化學科學的先驅。因此，在英語中化學家(chemist)
與煉金家(alchemist)兩個名詞極為相近，其真正的含義是「化學源於煉
金術」。

二、創建近代化學理論

——探索物質結構

世界是由物質構成的，但是，物質又是由什麼組成的呢？最早嘗試
解答這個問題的是我國商朝末年的西伯昌(約公元前1140
年)，他認為：
「易有太極，易生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。」以陰陽八卦來解
釋物質的組成。

約公元前1400年，西方的自然哲學提出了物質結構的思想。希臘的
泰立斯認為水是萬物之母；黑拉克里特斯認為，萬物是由火生成的；亞
里士多德在《發生和消滅》一書中論證物質構造時，以四種「原性」作
為自然界最原始的性質，它們是熱、冷、干、濕，把它們成對地組合起
來，便形成了四種「元素」，即火、氣、水、土，然後構成了各種物質。

上面這些論證都未能觸及物質結構的本質。在化學發展的歷史上，
是英國的波義耳第一次給元素下了一個明確的定義。他指出：「元素是

構成物質的基本，它可以與其他元素相結合，形成化合物。但是，如果
把元素從化合物中分離出來以後，它便不能再被分解為任何比它更簡單
的東西了。」

波義耳還主張，不應該單純把化學看作是一種製造金屬、葯物等從
事工藝的經驗性技藝，而應把它看成一門科學。因此，波義耳被認為是
將化學確立為科學的人。

人類對物質結構的認識是永無止境的，物質是由元素構成的，那麼，
元素又是由什麼構成的呢？1803年，英國化學家道爾頓創立的原子學說
進一步解答了這個問題。

原子學說的主要內容有三點：1．一切元素都是由不能再分割和不能
毀滅的微粒所組成，這種微粒稱為原子；2．同一種元素的原子的性質和
質量都相同，不同元素的原子的性質和質量不同；3．一定數目的兩種不
同元素化合以後，便形成化合物。

原子學說成功地解釋了不少化學現象。隨後義大利化學家阿佛加德
羅又於1811年提出了分子學說，進一步補充和發展了道爾頓的原子學
說。他認為，許多物質往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式
存在，例如氧氣是以兩個氧原子組成的氧分子，而化合物實際上都是分
子。從此以後，化學由宏觀進入到微觀的層次，使化學研究建立在原子
和分子水平的基礎上。

三、現代化學的興起

19世紀末，物理學上出現了三大發現，即X射線、放射性和電子。
這些新發現猛烈地沖擊了道爾頓關於原子不可分割的觀念，從而打開了
原子和原子核內部結構的大門，揭露了微觀世界中更深層次的奧秘。

熱力學等物理學理論引入化學以後，利用化學平衡和反應速度的概
念，可以判斷化學反應中物質轉化的方向和條件，從而開始建立了物理
化學，把化學從理論上提高到了一個新的水平。

在量子力學建立的基礎上發展起來的化學鍵(分子中原子之間的結
合力)理論，使人類進一步了解了分子結構與性能的關系，大大地促進了
化學與材料科學的聯系，為發展材料科學提供了理論依據。

化學與社會的關系也日益密切。化學家們運用化學的觀點來觀察和
思考社會問題，用化學的知識來分析和解決社會問題，例如能源危機、
糧食問題、環境污染等。

化學與其他學科的相互交叉與滲透，產生了很多邊緣學科，如生物
化學、地球化學、宇宙化學、海洋化學、大氣化學等等，使得生物、電
子、航天、激光、地質、海洋等科學技術迅猛發展。

化學也為人類的衣、食、住、行提供了數不清的物質保證，在改善
人民生活，提高人類的健康水平方面作出了應有的貢獻。

現代化學的興起使化學從無機化學和有機化學的基礎上，發展成為
多分支學科的科學，開始建立了以無機化學、有機化學、分析化學、物
理化學和高分子化學為分支學科的化學學科。化學家這位「分子建築師」
將運用善變之手，為全人類創造今日之大廈、明日之環宇。

2．元素發現史上的兩次奇跡及科學方法研究
陝西省渭南師范專科學校化學系張文根
化學發展史上，從個人發現新元素的數量方面講，出現過兩次奇跡。
值得研究的是，兩次奇跡基本上都採用了類似的科學研究方法。

1．戴維與新元素的發現
英國化學家戴維(H·Davy，1778～1829)出生於木刻匠家庭，從小就
喜愛化學實驗。他曾用自己的身體試驗氧化亞氮(笑氣)氣體的毒性，發
現其麻醉性，使醫學外科手術發生了重大改途；他還發明了安全礦燈，
解決了因火焰引起的瓦斯爆炸，對19世紀歐洲煤礦的安全開采做出了有
益的貢獻。但是，他一生最輝煌的成就莫過於新元素的發現。

1799年，義大利物理學家伏特(A·Volta)發現了金屬活動順序，並
應用其發明了伏特電池。次年，英國化學家尼科爾森(W．Nicholson)和
卡里斯爾(A·Carlisle)利用伏特電池成功地分解了水。從此，電在化學
研究中的應用引起了科學家的廣泛關注。

1806年，戴維對前人有關電的研究進行了總結，預言這種手段除可
以把水分解為氫氣和氧氣外，還可能分解其他物質，這一科學思想使他
把電與物質組成聯系起來，從而導致了一系列新元素的發現。

1777年之前，對於鹼類和鹼土類物質的化學成分，人們普遍認為具
有元素性質，是不能再分解的。法國化學家拉瓦錫(A·L·Lavoisier)創
立氧化理論之後，則認為這兩類物質都可能是氧化物。1807
年，戴維決心用實驗來證實拉瓦錫的見解，同時也想驗證一下自己預言的正確性。

最初他用苛性鉀或苛性鈉的飽和溶液實驗，發現鹼沒有變化，只和
水電解結果一樣。通過分析，他認為應該排除水這個干擾因素。於是改
用熔融苛性鉀，結果發現陰極白金絲周圍出現了燃燒更旺的火焰，說明
由於加熱溫度過高，分解出的產物立刻又被燃燒了。後來他換用碳酸鉀
並通以強電流，但陰極上出現的金屬顆粒還是很快被燒掉了。最後，他
總結教訓，在密閉坩堝內電解熔融苛性鉀，終於拿到了一種銀白色金屬，
並進行性質實驗，發現在水中能劇烈反應，出現淡紫色火焰，顯然是該
金屬與水作用放出氫氣的結果。山此，戴維判斷這是一種新金屬，取名
為鉀。不久，他又從苛性蘇打中電解出了金屬鈉。次年，用同樣方法，

他從苦土(MgO)、石灰、菱鍶礦(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分別又發現了
新元素鎂、鈣、鍶和鋇。

1807年12月，盡管當時英法兩國正進行著戰爭，法國皇帝拿破崙仍
然頒發勛章，以嘉獎戴維的卓越成就。但是，戴維並沒有因此驕傲起來。
金屬鉀被發現以後，他由該金屬可從水中分解出氫氣受到後發，認為鉀
也應該能夠分解其他物質。於是在1808年，他將鉀與無水硼酸混合，在
銅管中加熱，得到了青灰色的非金屬硼。這樣，不到兩年，戴維就發現
了7新元素。如果加上他1810年和1813年確定的氯元素和碘元素，
戴維一生發現和確認的元素就有9種。這一成就在他去逝之前的52
個元素發現史上，無人能與其媲美。

② 為什麼西方煉金術會發展為現代化學

古希臘煉金士的目標很明確，即讓賤金屬變為貴金屬並從中獲利。其實，很多煉金工匠對假金不能成為真金心如明鏡，樂此不疲地嘗試新的贗金配方和工藝，是為了讓社會大眾更難識破，貪欲推動了競技和創新。
古希臘也有一些對煉金術感興趣的學者，他們不是為了營利而捲起袖子在小作坊里煉金，好奇心讓他們對各種金屬合金之間的轉變興奮不已，他們相信金屬可以「嬗變」，思索著物質變化的規律，留下了一些理論。
古希臘衰落讓希臘文化沉寂下來，其中包括對金屬嬗變的探索，但民間工匠們製作贗金的活動仍在悄悄地繼續著。中世紀晚期，學者們從阿拉伯文獻中重新發現古希臘文明，此時阿拉伯人也把自己發展了的煉金術加上中國煉丹術帶到了歐洲。於是，古希臘煉金術、阿拉伯煉金術以及中國煉丹術，五光十色地進入歐洲文藝復興時期學者們的視野。

文藝復興時期的歐洲學者思維敏銳、敢於批判，對重見天日的古希臘璀璨文明充滿驚喜但並不教條，對來自其他地區的文明元素也欣然思索。這個學者群體還有一個特點就是大多為衣食無憂之士，很少以營利為科學活動目的。到了文藝復興晚期，很多一流學者走出「象牙塔」，向工匠們學習工藝（包括煉金工藝），然後製作新工具、建立實驗室。此時此刻，現代實驗科學已經初現雛形。

首先提倡自然探索的實驗方法，而不能僅僅依靠邏輯演繹的是英國自然哲學家羅傑·培根（Roger Bacon，1214～1293），因此被科學史學者們視為現代科學的奠基人。事實上，培根熱衷煉金術，其實驗方法正是來自一直被高貴的自然哲學家們看不起的煉金士們。
而從傳統煉金術破繭而出化學理論的第一位現代化學家是英國人羅伯特·波義耳（Robert Boyle，1627～1691），他出版於1661年的代表作《懷疑派化學家》（The Sceptical Chemist），是現代實驗科學的里程碑。在這部書中，他用對話的形式，既批判了古希臘一些沒有根據的理論（例如「四元素說」），也提出現代化學研究如何從「煉金」和「煉丹」的迷思和神秘主義中走出。他闡述了一套嚴謹的科學研究方法，認為一切理論必須被實驗證明才可能確立其「正確性」。波義耳之後，歐洲古典煉金士逐漸黯然退出歷史舞台，現代化學家閃亮登場。

③ 化學的歷史由來

化學的歷史淵源非常古老，可以說從人類學會使用火，就開始了最早的化學實踐活動。我們的祖先鑽木取火、利用火烘烤食物、寒夜取暖、驅趕猛獸，充分利用燃燒時的發光發熱現象。

當時這只是一種經驗的積累。化學知識的形成、化學的發展經歷了漫長而曲折的道路。它伴隨著人類社會的進步而發展，是社會發展的必然結果。而它的發展，又促進生產力的發展，推動歷史的前進。

化學在發展過程中，依照所研究的分子類別和研究手段、目的、任務的不同，派生出不同層次的許多分支。

在20世紀20年代以前，化學傳統地分為無機化學、有機化學、物理化學和分析化學四個分支。20年代以後，由於世界經濟的高速發展，化學鍵的電子理論和量子力學的誕生、電子技術和計算機技術的興起，化學研究在理論上和實驗技術上都獲得了新的手段。

導致這門學科從30年代以來飛躍發展，出現了嶄新的面貌。化學內容一般分為生物化學、有機化學、高分子化學、應用化學和化學工程學、物理化學、無機化學等七大類共80項，實際包括了七大分支學科。

(3)西方化學是如何起步的擴展閱讀

化學起源說將生命的起源分為四個階段。

第一個階段

從無機小分子生成有機小分子的階段，即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的。需要著重指出的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中，一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋，其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等「還原性大氣」。

米勒分析其化學成分時發現，其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物，同時還形成了氰氫酸，而氰氫酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是組成核苷酸的基本單位。

米勒的實驗試圖向人們證實，生命起源的第一步，從無機小分子物質形成有機小分子物質，在原始地球的條件下是完全可能實現的。

第二個階段

從有機小分子物質生成生物大分子物質。這一過程是在原始海洋中發生的，即氨基酸、核苷酸等有機小分子物質，經過長期積累，相互作用，在適當條件下（如黏土的吸附作用），通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。

第三個階段

從生物大分子物質組成多分子體系。這一過程是怎樣形成的？前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假說，他通過實驗表明，將蛋白質、多肽、核酸、明膠、阿拉伯膠和多糖等放在合適的溶液中，它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀小滴，這些小滴就是團聚體。

第四個階段

有機多分子體系演變為原始生命，包括以生化系統和遺傳系統的建立為標志的細胞的誕生。這一階段是在原始海洋中形成的，是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段。目前，人們還不能在實驗室里驗證這一過程。

④ 化學這門學科的起源

一、化學的前奏

1．人類文明的起點——火的利用
在幾百萬年以前，人類過著極其簡單的原始生活，靠狩獵為生，吃
的是生肉和野果。根據考古學家的考證，至少在距今50
萬年以前，可以
找到人類用火的證據，即北京周口店北京猿人生活過的地方發現了經火
燒過的動物骨骼化石。

有了火，原始人從此告別了茹毛飲血的生活。吃了熟食後人類增進
了健康，智力也有所發展，提高了生存能力。

後來，人們又學會了摩擦生火和鑽木取火，這樣，火就可以隨身攜
帶了。於是，人們不再是火種的看管者，而成了能夠駕馭火的造火者。

火是人類用來發明工具和創造財富的武器，利用火能夠產生各種各
樣化學反應這個特點，人類開始了制陶、冶金、釀造等工藝，進入了廣
闊的生產、生活天地。

2．歷史悠久的工藝——制陶
陶器是什麼時候產生的，已很難考證。對陶器的由來，說法不一，
有人推測：人類最原始的生活用容器是用樹枝編成的，為了使它耐火和
緻密無縫，往往在容器的內外抹上一層粘土。這些容器在使用過程中，
偶爾會被火燒著，其中的樹枝都被燒掉了，但粘土不會著火，不但仍舊
保留下來，而且變得更堅硬，比火燒前更好用。這一偶然事件卻給人們
很大啟發。後來，人們乾脆不再用樹枝做骨架，開始有意識地將粘土搗
碎，用水調和，揉捏到很軟的程度，再塑造成各種形狀，放在太陽光底
下曬干，最後架在篝火上燒製成最初的陶器。

大約距今
1
萬年以前，中國開始出現燒制陶器的窯，成為最早生產
陶器的國家。陶器的發明，在製造技木上是一個重大的突破。制陶過程
改變了粘土的性質，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈣(gài)、
氧化鎂(měi)等在燒制過程中發生了一系列的化學變化，使陶器具備了防
水耐用的優良性質。因此陶器不但有新的技術意義，而且有新的經濟意
又。它使人們處理食物時增添了蒸煮的辦法，陶制的紡輪、陶刀、陶挫
等工具也在生產中發揮了重要的作用，同時陶制儲存器可以使穀物和水
便於存放。因此，陶器很快成為人類生活和生產的必需品，特別是定居
下來從事農業生產的人們更是離不開陶器。

3．冶金化學的興起

在新石器時代後期，人類開始使用金屬代替石器製造工具。使用得
最多的是紅銅。但這種天然資源畢竟有限，於是，產生了從礦石冶煉金
屬的冶金學。最先冶煉的是銅礦，約公元前3800
年，伊朗就開始將銅礦
石(孔雀石)和木炭混合在一起加熱，得到了金屬銅。純銅的質地比較軟，
用它製造的工具和兵器的質量都不夠好。在此基礎上改進後，便出現了
青銅器。

到了公元前3000～前2500
年，除了冶煉銅以外，又煉出了錫(xī)
和鉛(qiān)兩種金屬。往純銅中摻入錫，可使銅的熔點降低到800℃左
右，這樣一來，鑄造起來就比較容易了。銅和錫的合金稱為青銅(有時也
含有鉛)，它的硬度高，適合製造生產工具。青銅做的兵器，硬而鋒利，
青銅做的生產工具也遠比紅銅好，還出現了青銅鑄造的銅幣。中國在鑄
造青銅器上有過很大的成就，如殷朝前期的「司母戊」鼎。它是一種禮
器，是世界上最大的出土青銅器。又如戰國時的編鍾，稱得上古代在音
樂上的偉大創造。因此，青銅器的出現，推動了當時農業、兵器、金融、
藝術等方面的發展，把社會文明向前推進了一步。

世界上最早煉鐵和使用鐵的國家是中國、埃及和印度，中國在春秋
時代晚期(公元前
6
世紀)已煉出可供澆鑄的生鐵。最早的時候用木炭煉
鐵，木炭不完全燃燒產生的一氧化碳把鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬
鐵。鐵被廣泛用於製造犁鏵、鐵■(一種鋤草工具)、鐵錛等農具以及鐵
鼎等器物，當然也用於製造兵器。到了公元前8～前
7
世紀，歐洲等才相
繼進入了鐵器時代。由於鐵比青銅更堅硬，煉鐵的原料也遠比銅礦豐富，
在絕大部分地方，鐵器代替了青銅器。

4．中國的重大貢獻——火葯和造紙
黑火葯是中國古代四大發明之一。為什麼要把它叫做「黑火葯」呢？
這還要從它所用的原料談起。火葯的三種原料是硫磺、硝(xiāo)石和木
炭。木炭是黑色的，因此，製成的火葯也是黑色的，叫黑火葯。火葯的
性質是容易著火，因此可以和火聯系起來，但是這個「葯」字又怎樣理
解呢？原來，硫磺和硝石在古代都是治病用的葯，因此，黑火葯便可理
解為黑色的會著火的葯。

火葯的發明與中國西漢時期的煉丹術有關，煉丹的目的是尋求長生
不老的葯，在煉丹的原料中，就有硫磺和硝石。煉丹的方法是把硫磺和
硝石放在煉丹爐中，長時間地用火煉制。在許多次煉丹過程中，曾出現
過一次又一次地著火和爆炸現象，經過這樣多次試驗終於找到了配製火
葯的方法。

黑火葯發明以後就與煉丹脫離了關系，一直被用在軍事上。古代人
打仗，近距離時用刀槍，遠距離時用弓箭。有了黑火葯以後，從宋朝開
始，便出現了各種新式武器，例如用弓發射的火葯包。火葯包有火球和

火蒺藜兩種，用火將葯線點著，把火葯包拋出去，利用燃燒和爆炸殺傷
對方。

大約在公元
8
世紀，中國的煉丹術傳到了阿拉伯，火葯的配製方法
也傳了過去，後來又傳到了歐洲。這樣，中國的火葯成了現代炸葯的「老
祖宗」。這是中國的偉大發明之一。

紙是人類保存知識和傳播文化的工具，是中華民族對人類文明的重
大貢獻。在使用植物纖維製造的紙以前，中國古代傳播文字的方法主要
有：在甲骨(烏龜的腹甲和牛骨)上刻字，即所謂的甲骨文；甲骨數量有
限，後來改在竹簡或木簡上刻字。可是，孔子寫的《論語》所用的竹簡
之多，份量之重是可想而知的；另外，用絲織成帛(bó)，也可以用來寫
字，但大量生產帛卻是難以做到的。最後才有了用植物纖維製造的紙，
一直流傳到今天。

1957
年
5
月，中國考古工作者在陝西省西安市灞(bà)橋的一座古代
墓葬中發現一些米黃色的古紙。經鑒定這種紙主要由大麻纖維製造，其
年代不會晚於漢武帝(公元前156～公元前87
年)，這是現存的世界上最
早的植物纖維紙。

提起紙的發明，人們都會想起蔡倫。他是漢和帝時的中常侍。他看
到當時寫字用的竹簡太笨重，便總結了前人造紙的經驗，帶領工匠用樹
皮、麻頭、破布、破魚網等做原料，先把它們剪碎或切斷，放在水裡長
時間浸泡，再搗爛成為漿狀物，然後在席子上攤成薄片，放在太陽底下
曬干，便製成了紙。它質薄體輕，適合寫字，很受歡迎。

造紙是一個極其復雜的化學工藝，它是廣大勞動人民智慧的產物。
實際上，蔡倫之前已經有紙了，因此，蔡倫只能算是造紙工藝的改良者。

5．煉丹術與煉金術
當封建社會發展到一定的階段，生產力有了較大提高的時候，統治
階級對物質享受的要求也越來越高，皇帝和貴族自然而然地產生了兩種
奢望：第一是希望掌握更多的財富，供他們享樂；第二，當他們有了巨
大的財富以後，總希望永遠享用下去。於是，便有了長生不老的願望。
例如，秦始皇統一中國以後，便迫不及待地尋求長生不老葯，不但讓徐
福等人出海尋找，還召集了一大幫方士(煉丹家)日日夜夜為他煉制丹砂
——長生不老葯。

煉金家想要點石成金(即用人工方法製造金銀)。他們認為，可以通
過某種手段把銅、鉛、錫、鐵等賤金屬轉變為金、銀等貴金屬。像希臘
的煉金家就把銅、鉛、錫、鐵熔化成一種合金，然後把它放入多硫化鈣
溶液中浸泡。於是，在合金錶面便形成了一層硫化錫，它的顏色酷似黃
金(現在，金黃色的硫化錫被稱為金粉，可用作古建築等的金色塗料)。
這祥，煉金家主觀地認為「黃金」已經煉成了。實際上，這種僅從表面

顏色而不從本質來判斷物質變化的方法，是自欺欺人。他們從未達到過
「點石成金」的目的。

虔誠的煉丹家和煉金家的目的雖然沒有達到，但是他們辛勤的勞動
並沒有完全白費。他們長年累月置身在被毒氣、煙塵籠罩的簡陋的「化
學實驗室」中，應該說是第一批專心致志地探索化學科學奧秘的「化學
家」。他們為化學學科的建立積累了相當豐富的經驗和失敗的教訓，甚
至總結出一些化學反應的規律。例如中國煉丹家葛洪從煉丹實踐中提
出：「丹砂(硫化汞)燒之成水銀，積變(把硫和水銀二者放在一起)又還
成(交成)丹砂。」這是一種化學變化規律的總結，即「物質之間可以用
人工的方法互相轉變」。

煉丹家和煉金家夜以繼日地在做這些最原始的化學實驗，必定需要
大批實驗器具，於是，他們發明了蒸餾器、熔化爐、加熱鍋、燒杯及過
濾裝置等。他們還根據當時的需要，製造出很多化學葯劑、有用的合金
或治病的葯，其中很多都是今天常用的酸、鹼和鹽。為了把試驗的方法
和經過記錄下來，他們還創造了許多技術名詞，寫下了許多著作。正是
這些理論、化學實驗方法、化學儀器以及煉丹、煉金著作，開挖了化學
這門科學的先河。

從這些史實可見，煉丹家和煉金家對化學的興起和發展是有功績
的，後世之人決不能因為他們「追求長生不老和點石成金」而嘲弄他們，
應該把他們敬為開拓化學科學的先驅。因此，在英語中化學家(chemist)
與煉金家(alchemist)兩個名詞極為相近，其真正的含義是「化學源於煉
金術」。

二、創建近代化學理論

——探索物質結構

世界是由物質構成的，但是，物質又是由什麼組成的呢？最早嘗試
解答這個問題的是我國商朝末年的西伯昌(約公元前1140
年)，他認為：
「易有太極，易生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。」以陰陽八卦來解
釋物質的組成。

約公元前1400
年，西方的自然哲學提出了物質結構的思想。希臘的
泰立斯認為水是萬物之母；黑拉克里特斯認為，萬物是由火生成的；亞
里士多德在《發生和消滅》一書中論證物質構造時，以四種「原性」作
為自然界最原始的性質，它們是熱、冷、干、濕，把它們成對地組合起
來，便形成了四種「元素」，即火、氣、水、土，然後構成了各種物質。

上面這些論證都未能觸及物質結構的本質。在化學發展的歷史上，
是英國的波義耳第一次給元素下了一個明確的定義。他指出：「元素是

構成物質的基本，它可以與其他元素相結合，形成化合物。但是，如果
把元素從化合物中分離出來以後，它便不能再被分解為任何比它更簡單
的東西了。」

波義耳還主張，不應該單純把化學看作是一種製造金屬、葯物等從
事工藝的經驗性技藝，而應把它看成一門科學。因此，波義耳被認為是
將化學確立為科學的人。

人類對物質結構的認識是永無止境的，物質是由元素構成的，那麼，
元素又是由什麼構成的呢？1803
年，英國化學家道爾頓創立的原子學說
進一步解答了這個問題。

原子學說的主要內容有三點：1．一切元素都是由不能再分割和不能
毀滅的微粒所組成，這種微粒稱為原子；2．同一種元素的原子的性質和
質量都相同，不同元素的原子的性質和質量不同；3．一定數目的兩種不
同元素化合以後，便形成化合物。

原子學說成功地解釋了不少化學現象。隨後義大利化學家阿佛加德
羅又於1811
年提出了分子學說，進一步補充和發展了道爾頓的原子學
說。他認為，許多物質往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式
存在，例如氧氣是以兩個氧原子組成的氧分子，而化合物實際上都是分
子。從此以後，化學由宏觀進入到微觀的層次，使化學研究建立在原子
和分子水平的基礎上。

三、現代化學的興起

19
世紀末，物理學上出現了三大發現，即
X
射線、放射性和電子。
這些新發現猛烈地沖擊了道爾頓關於原子不可分割的觀念，從而打開了
原子和原子核內部結構的大門，揭露了微觀世界中更深層次的奧秘。

熱力學等物理學理論引入化學以後，利用化學平衡和反應速度的概
念，可以判斷化學反應中物質轉化的方向和條件，從而開始建立了物理
化學，把化學從理論上提高到了一個新的水平。

在量子力學建立的基礎上發展起來的化學鍵(分子中原子之間的結
合力)理論，使人類進一步了解了分子結構與性能的關系，大大地促進了
化學與材料科學的聯系，為發展材料科學提供了理論依據。

化學與社會的關系也日益密切。化學家們運用化學的觀點來觀察和
思考社會問題，用化學的知識來分析和解決社會問題，例如能源危機、
糧食問題、環境污染等。

化學與其他學科的相互交叉與滲透，產生了很多邊緣學科，如生物
化學、地球化學、宇宙化學、海洋化學、大氣化學等等，使得生物、電
子、航天、激光、地質、海洋等科學技術迅猛發展。

化學也為人類的衣、食、住、行提供了數不清的物質保證，在改善

人民生活，提高人類的健康水平方面作出了應有的貢獻。

現代化學的興起使化學從無機化學和有機化學的基礎上，發展成為
多分支學科的科學，開始建立了以無機化學、有機化學、分析化學、物
理化學和高分子化學為分支學科的化學學科。化學家這位「分子建築師」
將運用善變之手，為全人類創造今日之大廈、明日之環宇。

2．元素發現史上的兩次奇跡及科學方法研究
陝西省渭南師范專科學校化學系張文根

化學發展史上，從個人發現新元素的數量方面講，出現過兩次奇跡。
值得研究的是，兩次奇跡基本上都採用了類似的科學研究方法。

1．戴維與新元素的發現
英國化學家戴維(H·Davy，1778～1829)出生於木刻匠家庭，從小就
喜愛化學實驗。他曾用自己的身體試驗氧化亞氮(笑氣)氣體的毒性，發
現其麻醉性，使醫學外科手術發生了重大改途；他還發明了安全礦燈，
解決了因火焰引起的瓦斯爆炸，對19
世紀歐洲煤礦的安全開采做出了有
益的貢獻。但是，他一生最輝煌的成就莫過於新元素的發現。

1799
年，義大利物理學家伏特(A·Volta)發現了金屬活動順序，並
應用其發明了伏特電池。次年，英國化學家尼科爾森(W．Nicholson)和
卡里斯爾(A·Carlisle)利用伏特電池成功地分解了水。從此，電在化學
研究中的應用引起了科學家的廣泛關注。

1806
年，戴維對前人有關電的研究進行了總結，預言這種手段除可
以把水分解為氫氣和氧氣外，還可能分解其他物質，這一科學思想使他
把電與物質組成聯系起來，從而導致了一系列新元素的發現。

1777
年之前，對於鹼類和鹼土類物質的化學成分，人們普遍認為具
有元素性質，是不能再分解的。法國化學家拉瓦錫(A·L·Lavoisier)創
立氧化理論之後，則認為這兩類物質都可能是氧化物。1807
年，戴維決
心用實驗來證實拉瓦錫的見解，同時也想驗證一下自己預言的正確性。

最初他用苛性鉀或苛性鈉的飽和溶液實驗，發現鹼沒有變化，只和
水電解結果一樣。通過分析，他認為應該排除水這個干擾因素。於是改
用熔融苛性鉀，結果發現陰極白金絲周圍出現了燃燒更旺的火焰，說明
由於加熱溫度過高，分解出的產物立刻又被燃燒了。後來他換用碳酸鉀
並通以強電流，但陰極上出現的金屬顆粒還是很快被燒掉了。最後，他
總結教訓，在密閉坩堝內電解熔融苛性鉀，終於拿到了一種銀白色金屬，
並進行性質實驗，發現在水中能劇烈反應，出現淡紫色火焰，顯然是該
金屬與水作用放出氫氣的結果。山此，戴維判斷這是一種新金屬，取名
為鉀。不久，他又從苛性蘇打中電解出了金屬鈉。次年，用同樣方法，

他從苦土(MgO)、石灰、菱鍶礦(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分別又發現了
新元素鎂、鈣、鍶和鋇。

1807
年12
月，盡管當時英法兩國正進行著戰爭，法國皇帝拿破崙仍
然頒發勛章，以嘉獎戴維的卓越成就。但是，戴維並沒有因此驕傲起來。
金屬鉀被發現以後，他由該金屬可從水中分解出氫氣受到後發，認為鉀
也應該能夠分解其他物質。於是在1808
年，他將鉀與無水硼酸混合，在
銅管中加熱，得到了青灰色的非金屬硼。這樣，不到兩年，戴維就發現
了
7
種新元素。如果加上他1810
年和1813
年確定的氯元素和碘元素，
戴維一生發現和確認的元素就有
9
種。這一成就在他去逝之前的52
個元
素發現史上，無人能與其媲美。