❶ 化学发展经历了哪3个历史时期
化学的萌芽
原始人类从用火之时开始,由野蛮进入文明,同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。掌握了火以后,人类开始熟食;逐步学会了制陶、冶炼;以后又懂得了酿造、染色等等。这些有天然物质加工改造而成的制品,成为古代文明的标志。在这些生产实践的基础上,萌发了古代化学知识。
古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类,并企图追溯其本原及其变化规律。公元前4世纪或更早,中国提出了阴阳五行学说,认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的,而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。此说法是朴素的唯物主义自然观,用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力,认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说为中国炼丹术的理论基础之一。
公元前4世纪,希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想,即为物质结构及其变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的秦汉时代,炼丹术以颇为盛行,大致在公元7世纪传到阿拉伯国家,与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼金术与中世纪传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学。
炼丹术的指导思想是深信物质能转化,试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药。他们有目的的将各类物质搭配烧炼,进行实验。为此涉及了研究物质变化用的各类器皿,如升华器、蒸馏器、研钵等,也创造了各种实验方法,如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等。
与此同时,进一步分类研究了各种物质的性质,特别是相互反应的性能。这些都为近代化学的产生奠定了基础,许多器具和方法经过改进后,仍然在今天的化学实验中沿用。炼丹家在实验过程中发明了火药,发现了若干元素,制成了某些合金,还制出和提纯了许多化合物,这些成果我们至今仍在利用
化学的中兴
16世纪开始,欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,使炼金术转向生活和实际应用,继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后,通过对燃烧现象的精密实验研究,建立了科学的氧化理论和质量守恒定律,随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,为化学进一步科学的发展奠定了基础。
19世纪初,建立了近代原子论,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论。分子假说提出了,建立了原子分子学说,为物质结构的研究奠定了基础。门捷列夫发现元素周期律后,不仅初步形成了无机化学的体系,并且与原子分子学说一起形成化学理论体系。
通过对矿物的分析,发现了许多新元素,加上对原子分子学说的实验验证,经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等等的发现,导致有机化学结构理论的建立,使人们对分子本质的认识更加深入,并奠定了有机化学的基础。
19世纪下半叶,热力学等物理学理论以入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平。
二十世纪的化学化学是一门建立在实验基础上的科学,实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后,由于受到自然科学其他学科发展的影响,并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法,化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展,而且在理论方面取得了许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。
近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用,对现代化学的发展起了很大的推动作用。19世纪末,电子、X射现和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。
在结构化学方面,由于电子的发现开始并确立的现代的有核原子模型,不仅丰富和深化了对元素周期表的认识,而且发展了分子理论。应用量子力学研究分子结构,产生了量子化学。
从氢分子结构的研究开始,逐步揭示了化学键的本质,先后创立了价键理论、分子轨道理论和佩位场理论。化学反应理论也随着深入到微观境界。应用X射现作为研究物质结构的新分析手段,可以洞察物质的晶体化学结构。测定化学立体结构的衍射方法,有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法。其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多。
研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等,与计算机联用后,积累大量物质结构与性能相关的资料,正由经验向理论发展。电子显微镜放大倍数不断提高,人们以可直接观察分子的结构。
经典的元素学说由于放射性的发现而产生深刻的变革。从放射性衰变理论的创立、同位素的发现到人工核反应和核裂变的实现、氘的发现、中子和正电子及其它基本粒子的发现,不仅是人类的认识深入到亚原子层次,而且创立了相应的实验方法和理论;不仅实现了古代炼丹家转变元素的思想,而且改变了人的宇宙观。
作为20世纪的时代标志,人类开始掌握和使用核能。放射化学和核化学等分支学科相继产生,并迅速发展;同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生。元素周期表扩充了,以有109号元素,并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”。与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作,都在不断补充和更新元素的观念。
在化学反应理论方面,由于对分子结构和化学键的认识的提高,经典的、统计的反应理论以进一步深化,在过渡态理论建立后,逐渐向微观的反应理论发展,用分子轨道理论研究微观的反应机理,并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论。分子束、激光和等离子技术的应用,使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实,从而化学动力学已有可能从经典的、统计的宏观动力学深入到单个分子或原子水平的微观反应动力学。
计算机技术的发展,使得分子、电子结构和化学反映的量子化学计算、化学统计、化学模式识别,以及大规模术技的处理和综合等方面,都得到较大的进展,有的已经逐步进入化学教育之中。关于催化作用的研究,以提出了各种模型和理论,从无机催化进入有机催化和僧物催化,开始从分子微观结构和尺寸的角度核生物物理有机化学的角度,来研究酶类的作用和酶类的结构与其功能的关系。
分析方法和手段是化学研究的基本方法和手段。一方面,经典的成分和组成分析方法仍在不断改进,分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量;另一方面,发展初许多新的分析方法,可深入到进行结构分析,构象测定,同位素测定,各种活泼中间体如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等的直接测定,以及对短寿命亚稳态分子的检测等。分离技术也不断革新,离子交换、膜技术、色谱法等等。
合成各种物质,是化学研究的目的之一。在无机合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不仅开创了无机合成工业,而且带动了催化化学,发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物。
在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下,各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较大发展。稀有气体化合物的合成成功又向化学家提出了新的挑战,需要对零族元素的化学性质重新加以研究。无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科。
酚醛树脂的合成,开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成,使高分子的概念得到广泛的确认。后来,高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进,使高分子化学得以迅速发展。
各种高分子材料合成和应用,为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术,以及人们衣食住行各方面,提供了多种性能优异而成本较低的重要材料,成为现代物质文明的重要标志。高分子工业发展为化学工业的重要支柱。
20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展,许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决,还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂,在此基础上,精细有机合成,特别是在不对称合成方面取得了很大进展。
一方面,合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物;另一方面,合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物。这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用;为合成有高度生物活性的物质,并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等,提供了有利的条件。
20世纪以来,化学发展的趋势可以归纳为:有宏观向微观、有定性向定量、有稳定态向亚稳定态发展,由经验逐渐上升到理论,再用于指导设计和开创新的研究。一方面,为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料;另一方面,在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科,并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。
2.因为铜的化学性质不活泼以前炼制青铜所需的温度并不太高而炼铁所需的各种条件比较高,所以铁器时代在后。铝的化学性质十分活泼要得到铝单质很困难目前使用电解法制铝,在电发明以前是无法大规模制铝
❷ 化学经历了多少年的发展
1.化学的发展经历了以下三个时期:
远古的工艺化学时期.这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成.这是化学的萌芽时期.炼丹术和医药化学时期.从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验.记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少.这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材.这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕.后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面.化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥.在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词.英语的chemistry起源于alchemy,即炼金术.chemist至今还保留着两个相关的含义:化学家和药剂师.这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了.
燃素化学和定量化学时期,即近代化学时期.从1650年到1775年,随着冶金工业和实验室经验的积累,人们总结感性知识,认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素,燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程,可燃物放出燃素后成为灰烬.1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期.这一时期建立了不少化学基本定律,提出了原子学说,发现了元素周期律,发展了有机结构理论.所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础.
科学相互渗透时期,既现代化学时期.二十世纪初,量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言,解决了化学上许多悬而未决的问题;另一方面,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决.
2.因为铝的化学性质很活泼,自然界中没有铝单质,只能靠电解制取铝.到17世纪才被人们发现.
❸ 化学这门可是什么时候出现的
道尔顿在《化学哲学的新体系》中描绘了气体原子,1803年12月与1804年1月道尔顿在英国皇家学会作关于原子论的演讲,其中全面阐释了他的原子论思迅梁想。为化学的成为一门独立的学科奠定了基础,圆仿但直到一橘昌纤百多年前才开始作为一门专门的学科,上世纪20年代在大学中开始普及。
❹ 求化学发展史论文
化 学 发 展 史
( 化工学院 x x x)
摘要:从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy,即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义:化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。
关键词:燃素化学;量子论;晶体化学
自从有了人类,化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火,用火烧煮食物,烧制陶器,冶炼青铜器和铁器,都是化学技术的应用。正是这些应用,极大地促进了当时社会生产力的发展,成为人类进步的标志。今天,化学作为一门基础学科,在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。从古至今,伴随着人类社会的进步,化学历史的发展经历了哪些时期呢?
远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。
一、化学的来由
化学的英文词为Chemistry,法文Chimie,德文Chemie,它们都是从一个古字、即拉丁字chemia,希腊字Xηwa(Chamia),希伯莱字Chaman或Haman,阿拉伯字Chema或Kema,埃及字Chemi演化而来的.它的最早来源难以查考.从现存资料看,最早是在埃及第四世纪的记载里出现的.所以有人认为可以假定是从埃及古字Chemi来的,不过这个名字的意义很晦涩,有埃及、埃及的艺术、宗教的迷惑、隐藏、秘密或黑暗等意义。其所以有这些意义,大概因为埃及在西方是化学记载诞生的地方,也是古代化学极为发达的地方,尤其是在实用化学方面。例如,埃及在十一朝代进已有一种雕刻表示一些工人下在制造玻璃,可见至少在公元前2500年以前,埃及已知道玻璃的制造方法了。再从埃及出土的木乃伊看,可知在公元前一、二千年时已精于使用防腐剂和布帛染色等技术。所以古人用埃及或埃及的艺术来命名“化学”。至于其它几种意义,可能因为古人认为化学是一种神奇和秘密的事业以及带有宗教色彩的缘故。
中国的化学史当然也是毫不逊色的。大约5000-11000年前,我们已会制作陶器,3000多年前的商朝已有高度精美的青铜器,造纸、磁器、火药更是化学史上的伟大发明。在十六、十七世纪时,中国算得上是世界最先进的国家。“化学”二字我国在1856年开始使用。最早出现在英国传教士韦廉臣在1856年出版的《格物探原》一书中。
二、化学的几个发展阶段
远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。
炼丹术和医药化学时期。从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词。。
燃素化学时期。从1650年到1775年,随着冶金工业和实验室经验的积累,人们总结感性知识,认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素,燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程,可燃物放出燃素后成为灰烬。
定量化学时期,既近代化学时期。1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律,提出了原子学说,发现了元素周期律,发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。
科学相互渗透时期,既现代化学时期。二十世纪初,量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言,解决了化学上许多悬而未决的问题;另一方面,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。
这里主要讲述近二百多年来的化学史故事。这是化学得到快速发展的时期,是风云变幻英雄辈出的期。让我们一道去体验当年化学家所经历的艰难险阻,在近代化学史峰回路转的曲折历程中不倦跋涉,领略他们拨开重重迷雾建立新理论、发现新元素、提出新方法时的无限风光。
三、化学学科在探索中成长
化学的发展可以说是日新月异,尤其是它的边缘学科或者说是它的分支学科,譬如生物化学、物理化学、晶体化学等等,令人目不暇接。就眼下炒得过热的基因工程、克隆技术以及共轭电场论等,更是令人眼花缭乱。而古往今来,有多少化学家为化学的发展做出了难以估量的贡献。你想了解他们吗?化学名人风采将带您走近他们。
燃素说的影响 。可燃物如炭和硫磺,燃烧以后只剩下很少的一点灰烬;致密的金属煅烧后得到的锻灰较多,但很疏松。这一切给人的印象是,随着火焰的升腾,什么东西被带走了。当冶金工业得到长足发展后,人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。
1723年,德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释,形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的代表作。
施塔尔认为燃素存在于一切可燃物中,在燃烧过程中释放出来,同时发光发热。燃烧是分解过程:
可燃物==灰烬+燃素
金属==锻灰+燃素
如果将金属锻灰和木炭混合加热,锻灰就吸收木炭中的燃素,重新变为金属,同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质,燃烧起来非常猛烈,而且燃烧后只剩下很少的灰烬;石头、草木灰、黄金不能燃烧,是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物,酒精燃烧时失去燃素,便只剩下了水。
空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合,充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素,动物又从植物中获得燃素。所以动植物易燃。
富含燃素的硫磺和白磷燃烧时,燃素逸去,变成了硫酸和磷酸。硫酸与富含燃素的松节油共煮,磷酸(当时指P2O5)与木炭密闭加热,便会重新夺得燃素生成硫磺和白磷。而金属和酸反应时,金属失去燃素生成氢气,氢气极富燃素。铁、锌等金属溶于胆矾(CuSO4·5H2O)溶液置换出铜,是燃素转移到铜中的结果。
燃素说尽管错误,但它把大量的化学事实统一在一个概念之下,解释了冶金过程中的化学反应。燃素说流行的一百多年间,化学家为了解释各种现象,做了大量的实验,积累了丰富的感性材料。特别是燃素说认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程,化学反应中物质守恒,这些观点奠定了近、现代化学思维的基础。我们现在学习的置换反应,是物质间相互交换成分的过程;氧化还原反应是电子得失的过程;而有机化学中的取代反应是有机物某一结构位置的原子或原子团被其它原子或原子团替换的过程。这些思想方法与燃素说多么相似。
舍勒和普里斯特里发现氧气的制法 :令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师--chemist,他长期在小镇彻平的药房工作,生活贫困。白天,他在药房为病人配制各种药剂。一有时间,他就钻进他的实验室忙碌起来。有一次,后院传来一声爆鸣,店主和顾客还在惊诧之中,舍勒满脸是灰地跑来,兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物,忘记了一切。对这样的店员,店主是又爱又气,但从来不想辞退他,因为舍勒是这个城市最好的药剂师。
到了晚上,舍勒可以自由支配时间,他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验,他都重做一遍。他所做的大量艰苦的实验,使他合成了许多新化合物,例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞(氯化汞)、钼酸、乳酸、乙醚等等,他研究了不少物质的性质和成分,发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿(Scheele’s green),就是舍勒发明的亚砷酸氢铜(CuHAsO3)。如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的,但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候,他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版,共有八卷之多。其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程,起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇,使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。
在舍勒与大学教师甘恩的通信中,人们发现,由于舍勒发现了骨灰里有磷,启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前,人们只知道尿里有磷。
1775年2月4日,33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世,舍勒继承了药店,在他简陋的实验室里继续科学实验。由于经常彻夜工作,加上寒冷和有害气体的侵蚀,舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道--他要掌握物质各方面的性质。他品尝氢氰酸的时候,还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日,为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世,终年只有44岁。舍勒发现氧气的两种制法是在1773年。第一种方法是分别将KNO3、Mg(NO3)2、Ag2CO3、HgCO3、HgO加热分解放出氧气:
2KNO3==2KNO2+O2↑
2Mg(NO3)2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑
2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑
2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑
2HgO==2Hg+O2↑
第二种方法是将软锰矿(MnO2)与浓硫酸共热产生氧气:
2MnO2+2H2SO4(浓)== 2MnSO4+2H2O+O2↑
舍勒研究了氧气的性质,他发现可燃物在这种气体中燃烧更为剧烈,燃烧后这种气体便消失了,因而他把氧气叫做“火气”。舍勒是燃素说的信奉者,他认为燃烧是空气中的“火气”与可燃物中的燃素结合的过程,火焰是“火气”与燃素相结合形成的化合物。他将他的发现和观点写成《论空气和火的化学》。这篇论文拖延了4年直到1777年才发表。而英国化学家普里斯特里在1774年发现氧气后,很快就发表了论文。
普里斯特里始终坚信燃素说,甚至在拉瓦锡用他们发现的氧气做实验,推翻了燃素说之后依然故我。他将氧气叫做“脱燃素气”。他写到:我把老鼠放在‘脱燃素气’里,发现它们过得非常舒服后,我自己受了好奇心的驱使,又亲自加以实验,我想读者是不会觉得惊异的。我自己实验时,是用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取的。当时我的肺部所得的感觉,和平时吸入普通空气一样;但自从吸过这种气体以后,经过好长时间,身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成通用品呢?不过现在只有两只老鼠和我,才有享受呼吸这种气体的权利罢了。”普里斯特里一生的大部分时间是在英国的利兹作牧师,业余爱好化学。1773年他结识了着名的美国科学家兼政治家富兰克林,他们后来成了经常书信往来的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的启发和鼓励。他在化学、电学、自然哲学、神学四个方面都有很多着述。
1774年普里斯特里到欧洲大陆参观旅行。在巴黎,他与拉瓦锡交换了好多化学方面的看法。正直的普里斯特里同情法国大革命,曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大革命的人烧毁了他的住宅和实验室。普里斯特里于1794年他六十一岁的时候不得已移居美国,在宾夕法尼亚大学任化学教授。美国化学会认为他是美国最早研究化学的学者之一。他住过的房子现在已建成纪念馆,以他的名字命名的普里斯特里奖章已成为美国化学界的最高荣誉。
拉瓦锡和他的天平: 燃素说的推翻者,法国化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年,他20岁的时候就取得了法律学士学位,并且获得律师开业证书。他的父亲是一位律师,家里很富有。所以拉瓦锡不急于当律师,而是对植物学发生了兴趣。经常上山采集标本使他对气象学也产生了兴趣。后来,拉瓦锡在他的老师,地质学家葛太德的建议下,师从巴黎有名的鲁伊勒教授学习化学。拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细测定了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此,他的老师鲁伊勒就开始使用“结晶水”这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平,并总结出了质量守恒定律。质量守恒定律成为他的信念,成为他进行定量实验、思维和计算的基础。例如他曾经应用这一思想,把糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式:
葡萄糖 == 碳酸(CO2)+ 酒精
这正是现代化学方程式的雏形。用等号而不用箭头表示变化过程,表明了他守恒的思想。拉瓦锡为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义,又具体地写到:“我可以设想,把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式。再逐个假定方程式中的某一项是未知数,然后分别通过实验,逐个算出它们的值。这样以来,就可以用计算来检验我们的实验,再用实验来验证我们的计算。我经常卓有成效地用这种方法修正实验的初步结果,使我能通过正确的途径重新进行实验,直到获得成功。”早在拉瓦锡出生之时,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,他当时称之为“物质不灭定律”,其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果不重视,“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。
1772年秋天,拉瓦锡照习惯称量了一定质量的白磷使之燃烧,冷却后又称量了燃烧产物P2O5的质量,发现质量增加了!他又燃烧硫磺,同样发现燃烧产物的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更细致的实验:将白磷放在水银面上,扣上一个钟罩,钟罩里留有一部分空气。加热水银到40℃时白磷就迅速燃烧,之后水银面上升。拉瓦锡描述道:“这表明部分空气被消耗,剩下的空气不能使白磷燃烧,并可使燃烧着的蜡烛熄灭;1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色粉末(P2O5,应该是2.3盎司)。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。”燃素说认为燃烧是分解过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻。而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月,他在实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将“新化学”命名为“反燃素化学”。
1774年,拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验。他将称量后的金属分别放入大小不等的曲颈瓶中,密封后再称量金属和瓶的质量,然后充分加热。冷却后再次称量金属和瓶的质量,发现没有变化。打开瓶口,有空气进入,这一次质量增加了,显然增加量是进入的空气的质量(设为A)。他再次打开瓶口取出金属锻灰(在容积小的瓶中还有剩余的金属)称量,发现增加的质量正和进入瓶中的空气的质量相同(即也为A)。这表明锻灰是金属与空气的化合物。
拉瓦锡进一步想,如果设法从金属锻灰中直接分离出空气来,就更能说明问题。他曾经试图分解铁锻灰(即铁锈),但实验没有成功。
拉瓦锡制得氧气之后: 到了这年的10月,普里斯特里访问巴黎。在欢迎宴会上他谈到“从红色沉淀(HgO)和铅丹(Pb3O4)可得到‘脱燃素气’”。对于正在无奈中的拉瓦锡来说,这条信息是很直接的启发。11月,拉瓦锡加热红色的汞灰制得了氧气。在舍勒的启发下,拉瓦锡甚至制造了火车头大小的加热装置,其中心是聚光镜。平台下面是六个大轮子,以便跟着太阳随时转动。1775年,拉瓦锡的实验中心已从分解金属锻灰转移到了对氧气的研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气,其实是吸收了氧气,与氧气化合,即氧化。这就是推翻了燃素说的燃烧的氧化理论。与此同时,拉瓦锡还用动物实验,研究了呼吸作用,认为“是氧气在动物体内与碳化合,生成二氧化碳的同时放出热来。这和在实验室中燃烧有机物的情况完全一样。”这就解答了体温的来源问题。空气中既然含有1/4的氧气(数据来自原文),就应该含有其余的气体,拉瓦锡将它称为“碳气”。研究了空气的组成后,拉瓦锡总结道:“大气中不是全部空气都是可以呼吸的;金属焙烧时,与金属化合的那部分空气是合乎卫生的,最适宜呼吸的;剩下的部分是一种‘碳气’,不能维持动物的呼吸,也不能助燃。”他把燃烧与呼吸统一了起来,也结束了空气是一种纯净物质的错误见解。1777年,拉瓦锡明确地讥讽和批判了燃素说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。” 这年的9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断了与古代炼丹术的联系,揭掉了神秘和臆测的面纱,代之以科学的实验和定量的研究。化学进入了定量化学(即近代化学)时期。所以我们说拉瓦锡是近代化学的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦锡发现氧气,但由于他们思维不够广阔,更多地只是关心具体物质的性质,没有能冲破燃素说的束缚。与真理擦肩而过是很遗憾的。
拉瓦锡对化学的另一大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,辨证地阐述了建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么目前我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质,对我们来说,就算是元素了。”在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类:
简单物质,普遍存在于动物、植物、矿物界,可以看作是物质元素:光、热、氧、氮、氢。简单的非金属物质,其氧化物为酸:硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素。简单的金属物质,被氧化后生成可以中和酸的盐基:锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。简单物质,能成盐的土质:石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。拉瓦锡对燃素说和其它陈腐观点的讥讽和批判是无情和激烈的。这使他在创建科学勋绩的同时得罪了一大批同时代和老一辈的科学家。在《影响世界历史的一百位人物》中,在许多有关历史、科学史、化学史的书籍中,作者都对拉瓦锡总是突出自己的人格特点进行低调的描述和评价,指责他在《化学概要》里没有提起舍勒和普里斯特里对他的启示和帮助。但我们得看到,拉瓦锡确实具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。虽然不是他最先发现氧气的制法,但他通过制取氧气分析了空气的组成,建立了燃烧的氧化学说。氧气因此不同于其它气体,被赋予非凡的科学意义。拉瓦锡十分勤奋,每天六点起床,从六点到八点进行实验研究,八点到下午七点从事火药局长或法国科学院院士的工作,七点到晚上十点,又专心从事他的科学研究。星期天不休息,专门进行一整天的实验工作。拉瓦锡28岁结婚时,他的妻子只有14岁。他们一生没有孩子,但生活非常愉快。她帮助拉瓦锡实验,经常陪伴在他身边。在拉瓦锡的着作里,有很多插图都是他的妻子画的。1789年法国大革命爆发,三年后拉瓦锡被解除了火药局长的职务。1793年11月,国民议会下令逮捕旧王朝的包税官。拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。极左派马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论,心存嫉恨,便诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往,犯有叛国罪,于1794年5月8日把他送上了断头台。对此,当时科学界的很多人感到非常惋惜。着名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”这时,拉瓦锡正当壮年,是51岁。
四、化学学科的发展前沿
中国运动医学杂志000124 基因工程也叫遗传工程(Genetic Engineering),是20世纪70年代在分子生物学发展的基础上形成的新学科。基因工程就是在分子水平上,用人工方法提取(或合成)不同生物的遗传物质,在体外切割、拼接和重新组成,然后通过载体把重组的DNA分子引入受体细胞,使外源DNA在受体细胞中进行复制与表达。按人们的需要产生不同的产物或定向地创造生物的新性状,并使之稳定地遗传给下代[1]。基因工程技术主要包括分离基因、纯化基因和扩增基因的技术,其核心是分子克隆技术。它能帮助人们从各种复杂的生物体中分离出单一的基因,并把它纯化,再把它大量扩增,用于研究。
20多年来,基因工程技术得到了迅速地发展,特别是限制性内切酶、DNA序列分析及DNA重组技术等三大技术的发现和应用,不仅把分子生物学提高到了基因水平,而且也把生物学与医学中的其他学科引上基因研究的道路,并取得了许多揭示生命秘密和生命过程的重大成就 ......
❺ 地球化学学科的建立
18世纪起,在矿物学和矿床学研究的基础上地球化学资料开始迅速积累。18世纪后期,欧洲工业革命导致近代生产的兴起,促进了采矿和地质学的发展。整个19世纪,矿物、岩石、自然水和气体分析数据等地球化学资料的积累是地质学和矿物学研究的副产品。20世纪初,地球化学学科诞生,其中美国、北欧和苏联的地球化学学派做出了杰出贡献。
美国克拉克(F.W.Clarke)在从1884年开始的41年中,致力于探讨地壳、水圈和气圈的平均化学成分。1908年《地球化学资料》(Data of Geochemistry)一书问世,该书首次发表了关于地壳中族纳50种元素平均含量的总结资料。1924年该书的最后版本至今仍有重要价值。美国华盛顿卡内基研究所(Carnegie Institution)1905年建立了“地球物理实验室”,可以在有控制的条件下将物理化学原理应用于地质过程的实验研究,开辟了实验地球化学方向。
同一时期,在挪威由沃格特(J.H.L.Vogt)和布勒格(W.C.Brφgger)创立了另一个地球化学学派,后来由于戈尔德施密特(V.M.Goldschemidt)及其同事的工作而驰名于世。戈尔兆掘没德施密特1911年在他的博土论文——散悔克利斯提阿尼阿地区(奥斯陆旧称)的接触变质作用(Die Kontaktmetamorphose in Kristianiagebiet)中,运用相律研究了由接触变质作用引起的矿物成分变化,这是对地球化学基础理论的重要贡献。1922~1926年,戈尔德施密特等应用X射线衍射技术研究了化合物的晶体结构,为阐明元素在结晶物质中的分配规律和控制因素建立了基础;1933年他进一步成功地阐明了元素在矿物中的分配和结合规律。结合定量光谱分析方法,他还在元素地球化学研究方面取得了重要成果。
20世纪20~30年代,另一个重要的地球化学学派在原苏联建立,韦尔纳茨基(B.И.Вернадский)和费尔斯曼(A.E.Ферсман)是这个学派的核心和创始人。韦尔纳茨基应用地壳中元素分布和迁移的知识发展了矿物成因及其历史的方向;创立了生物地球化学和放射性元素地球化学等分支。费尔斯曼对当时积累的大量地球化学资料进行了系统的理论总结;创立了地球化学过程能量分析原理和方法;开创了区域地球化学研究领域;最先倡导了地球化学找矿方法。
在地球化学开创时期,经历了较长的资料积累阶段,然后主要由于克拉克、戈尔德施密特、韦尔纳茨基和费尔斯曼等人的巨大贡献,才使得地球化学从分散的资料描述发展成为有系统理论和独立研究方法的学科。
第二次世界大战后,地球化学进入建设阶段。这一阶段的主要特点是:①地球化学由地质学的分支学科发展成为地球科学的三大分支学科之一;②地球化学的任务由解决矿藏-资源问题发展到解决地球科学问题;③建立了较完整的地球化学理论体系,形成了独具特色的研究思路和工作方法,同时分支学科不断形成和发展完善;④成为当前国际地球科学重大前沿领域———全球变化与大陆动力学研究的重要支撑学科之一。
❻ 化学开始成为一门学科是从什么时候开始的
现在普遍认为,1869年俄国的门捷列夫提出他的第一个元素周期表这一事件标志着现代化学的诞生。
化学的历史渊源非常古老,可以说从人类学会使用火,就开始了最早的化学实践活动。我们的祖先钻木取火、利用火烘烤食物、寒夜取暖、驱赶猛兽,充分利用燃烧时的发光发热现象。
(6)化学学科产生多少年了扩展阅读:
化学知识的形成、化学的发展经历了漫长而曲折的道路。它伴随着人类社会的进步而发展,是社会发展的必然结果。而它的发展,又促进生产力的发展,是社会发展的必然结果。而它的发展,又促进生产力的发展,推动历史的前进。
化学是自然科学的一种,在分子、原子层次上研究物质的组成、性质、结构与变化规律;创造新物质的科学。世界由物质组成,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,化学中存在着化学变化和物理变化两种变化形式。
人类的活动产生经验,经验的积累和消化形成认识,认识通过思考、归纳、理解、抽象而上升为知识,知识在经过运用并得到验证后进一步发展到科学层面上形成知识体系,处于不断发展和演进的知识体系根据某些共性特征进行划分而成学科。
❼ 化学发展的历史阶段
1、萌芽时期
远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。
2、炼丹术和医药化学时期。
从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。
记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。
这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。
在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy,即炼金术。
chemist至今还保留着两个相关的含义:化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。
3、燃素时期
这个时期从1650年到1775年,是近代化学的孕育时期。随着冶金工业和实验室经验的积累,人们总结感性知识,进行化学变化的理论研究,使化学成为自然科学的一个分支。
这一阶段开始的标志是英国化学家波义耳为化学元素指明科学的概念。继之,化学又借燃素说从炼金术中解放出来。燃素说认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素。
燃烧过程是可燃物中燃素放出的过程,尽管这个理论是错误的,但它把大量的化学事实统一在一个概念之下,解释了许多化学现象。
4、发展期
这个时期从1775年到1900年,是近代化学发展的时期。1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期,使化学沿着正确的轨道发展。
19世纪初,英国化学家道尔顿提出近代原子学说,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。
近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论。接着意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念。
自从用原子-分子论来研究化学,化学才真正被确立为一门科学。这一时期,建立了不少化学基本定律。俄国化学家门捷列夫发现元素周期律。
德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论,这些都使化学成为一门系统的科学,也为现代化学的发展奠定了基础。
5、现代化学时期
二十世纪初,量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言,解决了化学上许多悬而未决的问题;另一方面,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。
(7)化学学科产生多少年了扩展阅读:
化学的历史渊源非常古老,可以说从人类学会使用火,就开始了最早的化学实践活动。我们的祖先钻木取火、利用火烘烤食物、寒夜取暖、驱赶猛兽,充分利用燃烧时的发光发热现象。
当时这只是一种经验的积累。化学知识的形成、化学的发展经历了漫长而曲折的道路。它伴随着人类社会的进步而发展,是社会发展的必然结果。而它的发展,又促进生产力的发展,推动历史的前进。
燃素说的影响:
可燃物如炭和硫磺,燃烧以后只剩下很少的一点灰烬;致密的金属煅烧后得到的锻灰较多,但很疏松。这一切给人的印象是,随着火焰的升腾,什么东西被带走了。
当冶金工业得到长足发展后,人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。1723年,德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。
他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释,形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的代表作。
舍勒和普里斯特里发现氧气的制法:
令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师——chemist,他长期在小镇彻平的药房工作,生活贫困。白天,他在药房为病人配制各种药剂。一有时间,他就钻进他的实验室忙碌起来。
有一次,后院传来一声爆鸣,店主和顾客还在惊诧之中,舍勒满脸是灰地跑来,兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物,忘记了一切。对这样的店员,店主是又爱又气,但从来不想辞退他。
因为舍勒是这个城市最好的药剂师。到了晚上,舍勒可以自由支配时间,他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验,他都重做一遍。
他所做的大量艰苦的实验,使他合成了许多新化合物,例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞(氯化汞)、钼酸、乳酸、乙醚等等。
他研究了不少物质的性质和成分,发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿(Scheele’s green),就是舍勒发明的亚砷酸氢铜(CuHAsO3)。
如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的,但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候,他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版,共有八卷之多。
其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程,起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇,使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。
在舍勒与大学教师甘恩的通信中,人们发现,由于舍勒发现了骨灰里有磷,启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前,人们只知道尿里有磷。
1775年2月4日,33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世,舍勒继承了药店,在他简陋的实验室里继续科学实验。
由于经常彻夜工作,加上寒冷和有害气体的侵蚀,舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道——他要掌握物质各方面的性质。
他品尝氢氰酸的时候,还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日,为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世,终年只有44岁。
❽ 化学的历史由来
化学的历史渊源非常古老,可以说从人类学会使用火,就开始了最早的化学实践活动。我们的祖先钻木取火、利用火烘烤食物、寒夜取暖、驱赶猛兽,充分利用燃烧时的发光发热现象。
当时这只是一种经验的积累。化学知识的形成、化学的发展经历了漫长而曲折的道路。它伴随着人类社会的进步而发展,是社会发展的必然结果。而它的发展,又促进生产力的发展,推动历史的前进。
化学在发展过程中,依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同,派生出不同层次的许多分支。
在20世纪20年代以前,化学传统地分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后,由于世界经济的高速发展,化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起,化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段。
导致这门学科从30年代以来飞跃发展,出现了崭新的面貌。化学内容一般分为生物化学、有机化学、高分子化学、应用化学和化学工程学、物理化学、无机化学等七大类共80项,实际包括了七大分支学科。
(8)化学学科产生多少年了扩展阅读
化学起源说将生命的起源分为四个阶段。
第一个阶段
从无机小分子生成有机小分子的阶段,即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的。需要着重指出的是米勒的模拟实验。在这个实验中,一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋,其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。
米勒分析其化学成分时发现,其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物,同时还形成了氰氢酸,而氰氢酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。
米勒的实验试图向人们证实,生命起源的第一步,从无机小分子物质形成有机小分子物质,在原始地球的条件下是完全可能实现的。
第二个阶段
从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的,即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质,经过长期积累,相互作用,在适当条件下(如黏土的吸附作用),通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。
第三个阶段
从生物大分子物质组成多分子体系。这一过程是怎样形成的?前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说,他通过实验表明,将蛋白质、多肽、核酸、明胶、阿拉伯胶和多糖等放在合适的溶液中,它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴,这些小滴就是团聚体。
第四个阶段
有机多分子体系演变为原始生命,包括以生化系统和遗传系统的建立为标志的细胞的诞生。这一阶段是在原始海洋中形成的,是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。目前,人们还不能在实验室里验证这一过程。
❾ 化学发展简史内容
1.1、化学的前奏
1.人类文明的起点——火的利用
在几百万年以前,人类过着极其简单的原始生活,靠狩猎为生,吃的是生肉和野果。
根据考古学家的考证,至少在距今50万年以前,可以找到人类用火的证据,即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。
有了火,原始人从此告别了茹毛饮血的生活。
吃了熟食后人类增进了健扮猛灶康,智力也有所发展,提高了生存能力。
后来,人们又学会了摩擦生火和钻木取火,这样,火就可以随身携带厅扮了。
于是,人们不再是火种的看管者,而成了能够驾驭火的造火者。
火是人类用来发明工具和创造财富的武器,利用火能够产生各种各样化学反应这个特点,人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广阔的生产、生活天地。
2.历史悠久的工艺——制陶
陶器是什么时候产生的,已很难考证。
对陶器的由来,说法不一,有人推测:人类最原始的生活用容器是用树枝编成的,为了使它耐火和致密无缝,往往在容器的内外抹上一层粘土。
这些容器在使用过程中,偶尔会被火烧着,其中的树枝都被烧掉了,但粘土不会着火,不但仍旧保留下来,而且变得更坚硬,比火烧前更好用。
这一偶然事件却给人们很大启发。
后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地将粘土捣碎。
用水调和,揉捏到很软的程度,再塑造成各种形状,放在太阳光底下晒干,最后架在篝火上烧制成最初的陶器。
大约距今1万年以前,中国开始出现烧制陶器的窑,成为最早生产陶器的国家。
陶器的发明,在制造技术上是一个重大的突破。
制陶过程改变了粘土的性质,使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具备了防水耐用的优良性质。
因此陶器不但有新的技术意义,而且有新的经济意义。
它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法。
陶制的纺轮、陶刀、陶锉等工具也在生产中发挥了重要的作用;同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。
因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。
3.冶金化学的兴起
在新石器时代后期,人类开始使用金属代替石器制造工具。
使用得最多的是红铜。
但这种天然资源毕竟有限,于是,产生了从矿石冶炼金属的冶金学。
最先冶炼的是铜矿,约公元前3800年,伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热,得到了金属铜。
纯铜的质地比较软,用它制造的工具和兵器的质量都不够好。
在此基础上改进后,便出现了青铜器。
到了公元前3O00年~公元前2500年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡和铅两种金属。
往纯铜中掺入锡,可使铜的熔点降低到800℃左右,这样一来,铸造起来就比较容易了。
铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅),它的硬度高,适合制造生产工具。
青铜做的兵器,硬而锋利,青铜做的生产工具也远比红铜好,还出现了青铜铸造的铜币。
中国在铸造青铜器上有过很大的成就,如殷朝前期的“司母戊”鼎。
它是一种礼器,是世界上最大的出土青铜器。
又如战国时的编钟,称得上古代在音乐上的伟大创造。
因此,青铜器的出现,推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一步。
世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度,中国在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的生铁。
最早的时候用木炭炼铁,木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。
铁被广泛用于制造犁铧、铁镈(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物,当然也用于制造兵器。
到了公元前8世纪~公元前7世纪,欧洲等才相继进入了铁器时代。
由于铁比青铜更坚知运硬,炼铁的原料也远比铜矿丰富,在绝大部分地方,铁器代替了青铜器。
4.中国的重大贡献——火药和造纸
黑火药是中国古代四大发明之一。
为什么要把它叫做“黑火药”呢?这还要从它所用的原料谈起。
火药的三种原料是硫黄、硝石和木炭。
木炭是黑色的,因此,制成的火药也是黑色的,叫黑火药。
火药的性质是容易着火,因此可以和火联系起来,但是这个“药”字又怎样理解呢?原来,硫磺和硝石在古代都是治病用的药,因此,黑火药便可理解为黑色的会着火的药。
火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关,炼丹的目的是寻求长生不老的药,在炼丹的原料中,就有硫磺和硝石,炼丹的方法是把硫黄和硝石放在炼丹炉中,长时间地用火炼制。
在许多次炼丹过程中,曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象,经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。
黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系,一直被用在军事上。
古代人打仗,近距离时用刀枪,远距离时用弓箭。
有了黑火药以后,从宋朝开始,便出现了各种新式武器,例如用弓发射的火药包。
火药包有火球和火蒺藜两种,用火将药线点着,把火药包抛出去,利用燃烧和爆炸杀伤对方。
大约在公元8世纪,中国的炼丹术传到了阿拉伯,火药的配制方法也传了过去,后来又传到了欧洲。
这样,中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。
这是中国的伟大发明之一。
纸是人类保存知识和传播文化的工具,是中华民族对人类文明的重大贡献。
在使用植物纤维制造的纸以前,中国古代传播文字的方法主要有:在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字,即所谓的甲骨文;甲骨数量有限,后来改在竹简或木简上刻字。
可是,孔子写的《论语》所用的竹简之多,份量之重是可想而知的;另外,用丝织成帛,也可以用来写字,但大量生产帛却是难以做到的。
最后才有了用植物纤维制造的纸,一直流传到今天。
1957年5月,中国考古工作者在陕西省西安市灞桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。
经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造,其年代不会晚于汉武帝(公元前156年~公元前87年),这是现存的世界上最早的植物纤维纸。
提起纸的发明,人们都会想起蔡伦。
他是汉和帝时的中常侍。
他看到当时写字用的竹简太笨重,便总结了前人造纸的经验,带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料,先把它们剪碎或切断,放在水里长时间浸泡,再捣烂成为浆状物,然后在席子上摊成薄片,放在太阳底下晒干,便制成了纸。
它质薄体轻,适合写字,很受欢迎。
造纸是一个极其复杂的化学工艺,它是广大劳动人民智慧的产物。
实际上,蔡伦之前已经有纸了,因此,蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。
5.炼丹术与炼金术
当封建社会发展到一定的阶段,生产力有了较大提高的时候,统治阶级对物质享受的要求也越来越高,皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望:第一是希望掌握更多的财富,供他们享乐;第二,当他们有了巨大的财富以后,总希望永远享用下去。
于是,便有了长生不老的愿望。
例如,秦始皇统一中国以后,便迫不及待地寻求长生不老药,不但让徐福等人出海寻找,还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。
炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银),他们认为,可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。
像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金,然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。
于是,在合金表面便形成了一层硫化锡,它的颜色酷似黄金(现在,金黄色的硫比锡被称为金粉,可用做古建筑等的金色涂料)。
这样,炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。
实际上,这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法,是自欺欺人。
他们从未达到过“点石成金”的目的。
虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到,但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。
他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中,应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。
他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训,甚至总结出一些化学反应的现律。
例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出:“丹砂(硫化汞)烧之成水银,积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(变成)丹砂;”这是一种化学变化规律的总结,即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。
炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验,必定需要大批实验器具,于是,他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。
他们还根据当时的需要,制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药,其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。
为了把试验的方法和经过记录下来,他们还创造了许多技术名词,写下了许多着作。
正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金着作,开挖了化学这门科学的先河。
从这些史实可见,炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的,后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们,应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。
因此,在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近,其真正的含义是“化学源于炼金术”。
1.2创建近代化学理论——探索物质结构
世界是由物质构成的,但是,物质又是由什么组成的呢?最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140年),他认为:“易有太极,易生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。
约公元前1400年,西方的自然哲学提出了物质结构的思想。
希腊的泰立斯认为水是万物之母;黑拉克里特斯认为,万物是由火生成的;亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时,以四种“原性”作为自然界最原始的性质,它们是热、冷、干、湿,把它们成对地组合起来,便形成了四种“元素”,即火、气、水、土,然后构成了各种物质。
上面这些论证都未能触及物质结构的本质。
在化学发展的历史上,是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。
他指出:“元素是构成物质的基本,它可以与其他元素相结合,形成化合物。
但是,如果把元素从化合物中分离出来以后,它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”
波义耳还主张,不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺,而应把它看成一门科学。
因此,波义耳被认为是将化学确立为科学的人。
人类对物质结构的认识是永无止境的,物质是由元素构成的,那么,元素又是由什么构成的呢?1803年,英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。
原子学说的主要内容有三点:1.一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成,这种微粒称为原子;2.同一种元素的原子的性质和质量都相同,不同元素的原子的性质和质量不同;3.一定数目的两种不同元素化合以后,便形成化合物。
原子学说成功地解释了不少化学现象。
随后意大利化学家阿伏加德罗又于1811年提出了分子学说,进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。
他认为,许多物质往往不是以原子的形式存在,而是以分子的形式存在,例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上都是分子。
从此以后,化学由宏观进入到微观的层次,使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。
1.3现代化学的兴起
19世纪末,物理学上出现了三大发现,即X射线、放射性和电子。
这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。
热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速率的概念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平。
在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。
化学与社会的关系也日益密切。
化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、粮食问题、环境污染等。
化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。
化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。
现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。
化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。
❿ 化学这门学科的起源
一、化学的前奏
1.人类文明的起点——火的利用
在几百万年以前,人类过着极其简单的原始生活,靠狩猎为生,吃
的是生肉和野果。根据考古学家的考证,至少在距今50
万年以前,可以
找到人类用火的证据,即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火
烧过的动物骨骼化石。
有了火,原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进
了健康,智力也有所发展,提高了生存能力。
后来,人们又学会了摩擦生火和钻木取火,这样,火就可以随身携
带了。于是,人们不再是火种的看管者,而成了能够驾驭火的造火者。
火是人类用来发明工具和创造财富的武器,利用火能够产生各种各
样化学反应这个特点,人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广
阔的生产、生活天地。
2.历史悠久的工艺——制陶
陶器是什么时候产生的,已很难考证。对陶器的由来,说法不一,
有人推测:人类最原始的生活用容器是用树枝编成的,为了使它耐火和
致密无缝,往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中,
偶尔会被火烧着,其中的树枝都被烧掉了,但粘土不会着火,不但仍旧
保留下来,而且变得更坚硬,比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们
很大启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地将粘土捣
碎,用水调和,揉捏到很软的程度,再塑造成各种形状,放在太阳光底
下晒干,最后架在篝火上烧制成最初的陶器。
大约距今
1
万年以前,中国开始出现烧制陶器的窑,成为最早生产
陶器的国家。陶器的发明,在制造技木上是一个重大的突破。制陶过程
改变了粘土的性质,使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、
氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具备了防
水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义,而且有新的经济意
又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法,陶制的纺轮、陶刀、陶挫
等工具也在生产中发挥了重要的作用,同时陶制储存器可以使谷物和水
便于存放。因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是定居
下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。
3.冶金化学的兴起
在新石器时代后期,人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得
最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限,于是,产生了从矿石冶炼金
属的冶金学。最先冶炼的是铜矿,约公元前3800
年,伊朗就开始将铜矿
石(孔雀石)和木炭混合在一起加热,得到了金属铜。纯铜的质地比较软,
用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后,便出现了
青铜器。
到了公元前3000~前2500
年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡(xī)
和铅(qiān)两种金属。往纯铜中掺入锡,可使铜的熔点降低到800℃左
右,这样一来,铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也
含有铅),它的硬度高,适合制造生产工具。青铜做的兵器,硬而锋利,
青铜做的生产工具也远比红铜好,还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸
造青铜器上有过很大的成就,如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼
器,是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟,称得上古代在音
乐上的伟大创造。因此,青铜器的出现,推动了当时农业、兵器、金融、
艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一步。
世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度,中国在春秋
时代晚期(公元前
6
世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼
铁,木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属
铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁■(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁
鼎等器物,当然也用于制造兵器。到了公元前8~前
7
世纪,欧洲等才相
继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬,炼铁的原料也远比铜矿丰富,
在绝大部分地方,铁器代替了青铜器。
4.中国的重大贡献——火药和造纸
黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢?
这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)石和木
炭。木炭是黑色的,因此,制成的火药也是黑色的,叫黑火药。火药的
性质是容易着火,因此可以和火联系起来,但是这个“药”字又怎样理
解呢?原来,硫磺和硝石在古代都是治病用的药,因此,黑火药便可理
解为黑色的会着火的药。
火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关,炼丹的目的是寻求长生
不老的药,在炼丹的原料中,就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和
硝石放在炼丹炉中,长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中,曾出现
过一次又一次地着火和爆炸现象,经过这样多次试验终于找到了配制火
药的方法。
黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系,一直被用在军事上。古代人
打仗,近距离时用刀枪,远距离时用弓箭。有了黑火药以后,从宋朝开
始,便出现了各种新式武器,例如用弓发射的火药包。火药包有火球和
火蒺藜两种,用火将药线点着,把火药包抛出去,利用燃烧和爆炸杀伤
对方。
大约在公元
8
世纪,中国的炼丹术传到了阿拉伯,火药的配制方法
也传了过去,后来又传到了欧洲。这样,中国的火药成了现代炸药的“老
祖宗”。这是中国的伟大发明之一。
纸是人类保存知识和传播文化的工具,是中华民族对人类文明的重
大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前,中国古代传播文字的方法主要
有:在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字,即所谓的甲骨文;甲骨数量有
限,后来改在竹简或木简上刻字。可是,孔子写的《论语》所用的竹简
之多,份量之重是可想而知的;另外,用丝织成帛(bó),也可以用来写
字,但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸,
一直流传到今天。
1957
年
5
月,中国考古工作者在陕西省西安市灞(bà)桥的一座古代
墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造,其
年代不会晚于汉武帝(公元前156~公元前87
年),这是现存的世界上最
早的植物纤维纸。
提起纸的发明,人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看
到当时写字用的竹简太笨重,便总结了前人造纸的经验,带领工匠用树
皮、麻头、破布、破鱼网等做原料,先把它们剪碎或切断,放在水里长
时间浸泡,再捣烂成为浆状物,然后在席子上摊成薄片,放在太阳底下
晒干,便制成了纸。它质薄体轻,适合写字,很受欢迎。
造纸是一个极其复杂的化学工艺,它是广大劳动人民智慧的产物。
实际上,蔡伦之前已经有纸了,因此,蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。
5.炼丹术与炼金术
当封建社会发展到一定的阶段,生产力有了较大提高的时候,统治
阶级对物质享受的要求也越来越高,皇帝和贵族自然而然地产生了两种
奢望:第一是希望掌握更多的财富,供他们享乐;第二,当他们有了巨
大的财富以后,总希望永远享用下去。于是,便有了长生不老的愿望。
例如,秦始皇统一中国以后,便迫不及待地寻求长生不老药,不但让徐
福等人出海寻找,还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂
——长生不老药。
炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为,可以通
过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊
的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金,然后把它放入多硫化钙
溶液中浸泡。于是,在合金表面便形成了一层硫化锡,它的颜色酷似黄
金(现在,金黄色的硫化锡被称为金粉,可用作古建筑等的金色涂料)。
这祥,炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上,这种仅从表面
颜色而不从本质来判断物质变化的方法,是自欺欺人。他们从未达到过
“点石成金”的目的。
虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到,但是他们辛勤的劳动
并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化
学实验室”中,应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学
家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训,甚
至总结出一些化学反应的规律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提
出:“丹砂(硫化汞)烧之成水银,积变(把硫和水银二者放在一起)又还
成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结,即“物质之间可以用
人工的方法互相转变”。
炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验,必定需要
大批实验器具,于是,他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过
滤装置等。他们还根据当时的需要,制造出很多化学药剂、有用的合金
或治病的药,其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法
和经过记录下来,他们还创造了许多技术名词,写下了许多着作。正是
这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金着作,开挖了化学
这门科学的先河。
从这些史实可见,炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩
的,后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们,
应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此,在英语中化学家(chemist)
与炼金家(alchemist)两个名词极为相近,其真正的含义是“化学源于炼
金术”。
二、创建近代化学理论
——探索物质结构
世界是由物质构成的,但是,物质又是由什么组成的呢?最早尝试
解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140
年),他认为:
“易有太极,易生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”以阴阳八卦来解
释物质的组成。
约公元前1400
年,西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的
泰立斯认为水是万物之母;黑拉克里特斯认为,万物是由火生成的;亚
里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时,以四种“原性”作
为自然界最原始的性质,它们是热、冷、干、湿,把它们成对地组合起
来,便形成了四种“元素”,即火、气、水、土,然后构成了各种物质。
上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上,
是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出:“元素是
构成物质的基本,它可以与其他元素相结合,形成化合物。但是,如果
把元素从化合物中分离出来以后,它便不能再被分解为任何比它更简单
的东西了。”
波义耳还主张,不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从
事工艺的经验性技艺,而应把它看成一门科学。因此,波义耳被认为是
将化学确立为科学的人。
人类对物质结构的认识是永无止境的,物质是由元素构成的,那么,
元素又是由什么构成的呢?1803
年,英国化学家道尔顿创立的原子学说
进一步解答了这个问题。
原子学说的主要内容有三点:1.一切元素都是由不能再分割和不能
毁灭的微粒所组成,这种微粒称为原子;2.同一种元素的原子的性质和
质量都相同,不同元素的原子的性质和质量不同;3.一定数目的两种不
同元素化合以后,便形成化合物。
原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德
罗又于1811
年提出了分子学说,进一步补充和发展了道尔顿的原子学
说。他认为,许多物质往往不是以原子的形式存在,而是以分子的形式
存在,例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上都是分
子。从此以后,化学由宏观进入到微观的层次,使化学研究建立在原子
和分子水平的基础上。
三、现代化学的兴起
19
世纪末,物理学上出现了三大发现,即
X
射线、放射性和电子。
这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了
原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。
热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速度的概
念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理
化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平。
在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结
合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了
化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。
化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和
思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、
粮食问题、环境污染等。
化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物
化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电
子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。
化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善
人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。
现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为
多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物
理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”
将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。
2.元素发现史上的两次奇迹及科学方法研究
陕西省渭南师范专科学校化学系张文根
化学发展史上,从个人发现新元素的数量方面讲,出现过两次奇迹。
值得研究的是,两次奇迹基本上都采用了类似的科学研究方法。
1.戴维与新元素的发现
英国化学家戴维(H·Davy,1778~1829)出生于木刻匠家庭,从小就
喜爱化学实验。他曾用自己的身体试验氧化亚氮(笑气)气体的毒性,发
现其麻醉性,使医学外科手术发生了重大改途;他还发明了安全矿灯,
解决了因火焰引起的瓦斯爆炸,对19
世纪欧洲煤矿的安全开采做出了有
益的贡献。但是,他一生最辉煌的成就莫过于新元素的发现。
1799
年,意大利物理学家伏特(A·Volta)发现了金属活动顺序,并
应用其发明了伏特电池。次年,英国化学家尼科尔森(W.Nicholson)和
卡里斯尔(A·Carlisle)利用伏特电池成功地分解了水。从此,电在化学
研究中的应用引起了科学家的广泛关注。
1806
年,戴维对前人有关电的研究进行了总结,预言这种手段除可
以把水分解为氢气和氧气外,还可能分解其他物质,这一科学思想使他
把电与物质组成联系起来,从而导致了一系列新元素的发现。
1777
年之前,对于碱类和碱土类物质的化学成分,人们普遍认为具
有元素性质,是不能再分解的。法国化学家拉瓦锡(A·L·Lavoisier)创
立氧化理论之后,则认为这两类物质都可能是氧化物。1807
年,戴维决
心用实验来证实拉瓦锡的见解,同时也想验证一下自己预言的正确性。
最初他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液实验,发现碱没有变化,只和
水电解结果一样。通过分析,他认为应该排除水这个干扰因素。于是改
用熔融苛性钾,结果发现阴极白金丝周围出现了燃烧更旺的火焰,说明
由于加热温度过高,分解出的产物立刻又被燃烧了。后来他换用碳酸钾
并通以强电流,但阴极上出现的金属颗粒还是很快被烧掉了。最后,他
总结教训,在密闭坩埚内电解熔融苛性钾,终于拿到了一种银白色金属,
并进行性质实验,发现在水中能剧烈反应,出现淡紫色火焰,显然是该
金属与水作用放出氢气的结果。山此,戴维判断这是一种新金属,取名
为钾。不久,他又从苛性苏打中电解出了金属钠。次年,用同样方法,
他从苦土(MgO)、石灰、菱锶矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分别又发现了
新元素镁、钙、锶和钡。
1807
年12
月,尽管当时英法两国正进行着战争,法国皇帝拿破仑仍
然颁发勋章,以嘉奖戴维的卓越成就。但是,戴维并没有因此骄傲起来。
金属钾被发现以后,他由该金属可从水中分解出氢气受到后发,认为钾
也应该能够分解其他物质。于是在1808
年,他将钾与无水硼酸混合,在
铜管中加热,得到了青灰色的非金属硼。这样,不到两年,戴维就发现
了
7
种新元素。如果加上他1810
年和1813
年确定的氯元素和碘元素,
戴维一生发现和确认的元素就有
9
种。这一成就在他去逝之前的52
个元
素发现史上,无人能与其媲美。