化學(xué)發(fā)展簡史與人類文明

1、化化學(xué)學(xué)發(fā)發(fā)展展歷歷程程中中的的重重要要發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)化學(xué)發(fā)展史的五個時期化學(xué)發(fā)展史的五個時期古代和近代化學(xué)史大事記古代和近代化學(xué)史大事記化學(xué)實驗發(fā)展史概述化學(xué)實驗發(fā)展史概述物理化學(xué)發(fā)展史物理化學(xué)發(fā)展史化學(xué)與社會的密切關(guān)系以及化學(xué)的明天 概述概述 化學(xué)發(fā)展史的五個時期化學(xué)發(fā)展史的五個時期 概述概述 化學(xué)發(fā)展史的五個時期化學(xué)發(fā)展史的五個時期 自從有了人類，化學(xué)便與人類結(jié)下了不解之緣。鉆木取火，用火燒煮食物，燒制陶器，冶煉青銅器和鐵器，都是化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。正是這些應(yīng)用，極大地促進了當時社會生產(chǎn)力的發(fā)展，成為人類進步的標志。今天，化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，在科學(xué)技術(shù)和社會生活的方方面面正起看越來越大的作用。化

2、學(xué)史大致分為：遠古的工藝化學(xué)時期。這時人類的制陶、冶金、釀酒、染色等工藝主要是在實踐經(jīng)驗的直接啟發(fā)下經(jīng)過多少萬年摸索而來的，化學(xué)知識還沒有形成。這是化學(xué)的萌芽時期。概述概述 化學(xué)發(fā)展史的五個時期化學(xué)發(fā)展史的五個時期 煉丹術(shù)和醫(yī)藥化學(xué)時期。從公元前1500年到公元1650年，煉丹術(shù)士和煉金術(shù)士們，在皇宮、在教堂、在自己的家里、在深山老林的煙熏火燎中，為求得長生不老的仙丹，為求得榮華富責(zé)的黃金，開始了最早的化學(xué)實驗。記載、總結(jié)煉丹術(shù)的書藉，在中國、阿拉伯、埃及、希臘都有不少。這一時期積累了許多物質(zhì)間的化學(xué)變化，為化學(xué)的進一步發(fā)展準備了豐富的素材。這是化學(xué)史上令我們驚嘆的雄渾的一幕。后來，煉丹術(shù)、煉

3、金術(shù)幾經(jīng)盛衰，使人們更多地看到了它荒唐的一面。化學(xué)方法轉(zhuǎn)而在醫(yī)藥和冶金方面得到了正當發(fā)揮。在歐洲文藝復(fù)興時期，出版了一些有關(guān)化學(xué)的書耕，第一次有了“化學(xué)”這個名詞。英語的chemistry起源于alchemy，即煉金術(shù)。chemist至今還保留昔兩個相關(guān)的含義：化學(xué)家和藥劑師。這些可以說是化學(xué)脫胎于煉金術(shù)和制藥業(yè)的文化遺跡了。概述概述 化學(xué)發(fā)展史的五個時期化學(xué)發(fā)展史的五個時期 燃素化學(xué)時期。從1650年到1775年，隨著冶金工業(yè)和實驗室經(jīng)驗的積累，人們總結(jié)感性知識，認為可燃物能夠燃燒是因為它含有燃素，燃燒的過程是可燃物中燃素放出的過程，可燃物放出燃素后成為灰燼。定量化學(xué)時期，即近代化學(xué)時期。1

4、775年前后，拉瓦錫用定量化學(xué)實驗闡述了燃燒的氧化學(xué)說，開創(chuàng)了定量化學(xué)時期。這一時期建立了不少化學(xué)基本定律，提出了原子學(xué)說，發(fā)現(xiàn)了元素周期律，發(fā)展了有機結(jié)構(gòu)理論。所有這一切都為現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。科學(xué)相互滲透時期，即現(xiàn)代化學(xué)時期。二十世紀初，量子論的發(fā)展使化學(xué)和物理學(xué)有了共同的語言，解決了化學(xué)上許多懸而未決的問題；另一方面，化學(xué)又向生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)等學(xué)科滲透，使蛋白質(zhì)、酶的結(jié)構(gòu)問題得到了逐步的解決。 古代和近代化學(xué)史大事記古代和近代化學(xué)史大事記古代和近代化學(xué)史大事記 古代和近代化學(xué)史大事記 我國有了青銅器；春秋晚期能煉鐵；戰(zhàn)國晚期能煉鋼；唐代有了火藥。 十八世紀七十年代，瑞典化學(xué)家舍

5、勒和英國化學(xué)家普利斯里分別發(fā)現(xiàn)并制得了氧氣；法國化學(xué)家拉瓦錫最早用天平和為研究化學(xué)的工具，并推翻了燃素學(xué)說；英國化學(xué)家卡文迪許、雷利等陸續(xù)從空氣中發(fā)現(xiàn)了惰性氣體。 1748年俄國化學(xué)家羅蒙諾索夫建立了質(zhì)量守恒定律。 1808年英國科學(xué)家道爾頓提出了近代原子學(xué)說。 1811年意大利科學(xué)家阿佛加德羅提出了分子的概念。 1828年；德國化學(xué)家維勒第一次證明有機物可用普通的無機物制得。 1869年俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律。 1888年法國化學(xué)家勒沙特列提出了化學(xué)平衡移動原理 1890年德國化學(xué)家凱庫蔓提出了苯分子的結(jié)構(gòu)式。 十九世紀荷蘭物理學(xué)家范德華首先研究了分子間作用力。 十九世紀英國物理

6、學(xué)家丁達爾和植物學(xué)家布朗分別提出了膠體的“丁達爾現(xiàn)象”與“布朗運動”。 二十世紀奧地利和德國物理學(xué)家泡利、洪特分別提出了核外電子排布的“泡利不相容原理”、“洪特規(guī)則”。 化學(xué)實驗發(fā)展史概述化學(xué)實驗發(fā)展史概述化學(xué)實驗發(fā)展史概述 化學(xué)實驗是化學(xué)科學(xué)賴以產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)，從其發(fā)展過程來看，大致經(jīng)過了早期化學(xué)實驗、近代化學(xué)實驗和現(xiàn)代化學(xué)實驗等三個發(fā)展時期。化學(xué)實驗發(fā)展史概述早期化學(xué)實驗從遠古時代開始到17世紀，化學(xué)實驗在向科學(xué)道路邁進的過程中，經(jīng)歷了一段漫長的發(fā)展時期。近代化學(xué)實驗1719世紀，是近代化學(xué)實驗時期。在這一時期，隨著歐洲資本主義生產(chǎn)方式的誕生和工業(yè)革命的進行，以及天文學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的重

7、大突破，化學(xué)實驗終于沖破了煉丹術(shù)的桎梏，走上了科學(xué)的康莊大道。為此做出巨大貢獻的化學(xué)實驗家當推波義耳(R.Boyle，16271691)和拉瓦錫(A.L.Lavoisier，17431794)?，F(xiàn)代化學(xué)實驗19世紀末20世紀初，以震驚整個自然科學(xué)的電子、X射線與放射性等三大發(fā)現(xiàn)為標志，化學(xué)實驗進入了現(xiàn)代發(fā)展階段。 早期化學(xué)實驗早期化學(xué)實驗早期化學(xué)實驗 一 化學(xué)實驗的萌芽 人類最初對火的利用距今大概已有100多萬年了?；鹗侨祟愖钤缡褂玫幕瘜W(xué)實驗手段。人類最早從事的制陶、冶金、釀酒等化學(xué)工藝，都與火有直接或間接的聯(lián)系。在熊熊烈火中，燒制成型的粘土可獲得陶器；燒煉礦石可得到金屬。陶器的發(fā)明使人類有了

8、貯水器以及貯藏糧食和液體食物的器皿，從而為釀酒工藝的形成和發(fā)展創(chuàng)造了條件。 制陶、冶金和釀酒等化學(xué)工藝，已孕育了化學(xué)實驗的萌芽。例如，在燒制灰、黑陶的化學(xué)工藝中，工匠們在焙燒后期便封閉窯頂和窯門，再從窯頂徐徐噴水，致使陶土中的鐵質(zhì)生成四氧化三鐵，又使表面覆上一層炭黑，因此里外黑灰。這表明當時已初步懂得了焙燒氣氛的控制和利用。早期化學(xué)實驗 二 原始化學(xué)實驗古代的煉丹術(shù)，是早期化學(xué)實驗的主要和典型的代表。煉丹的主要目的一是希望得到能使人長生不死的“仙藥”；二是想把一些廉價的金屬借助于“仙藥”的點化，轉(zhuǎn)變?yōu)橘F重的黃金和白銀。由于煉丹活動符合帝王、貴族長生不死、永世霸業(yè)的愿望，因而受到他們的大力推崇，

9、于是從古代到中古時代，這種活動很快地得到開展并興盛起來。蒸餾是早期化學(xué)實驗中最完整的一種重要實驗操作方法。到了16世紀，出現(xiàn)了大批有關(guān)蒸餾方法方面的書籍，如希羅尼姆布倫契威格(HieronymusBrunschwygk，14501513年)1500年出版的蒸餾術(shù)簡明手段及其增訂版蒸餾術(shù)大全(1512年出版)等。這些著作對蒸餾方法作了較詳細的敘述。蒸餾在早期化學(xué)實驗發(fā)展史上占有重要地位，它至今還在基礎(chǔ)化學(xué)實驗中被經(jīng)常運用。 早期化學(xué)實驗 三 向化學(xué)科學(xué)實驗的過渡到了十五六世紀，煉丹術(shù)由于缺乏科學(xué)基礎(chǔ)，屢遭失敗而變得聲名狼藉?；瘜W(xué)實驗則開始在醫(yī)學(xué)和冶金等一些實用工藝中發(fā)揮作用，并不斷得到發(fā)展。在醫(yī)

10、藥化學(xué)時期，最具代表性的人物是瑞士的醫(yī)生、醫(yī)藥化學(xué)家帕拉塞斯(P.A.Paracelsus，1493-1541)。他強調(diào)化學(xué)研究的目的不應(yīng)在于點金，而應(yīng)該把化學(xué)知識應(yīng)用于醫(yī)療實踐，制取藥物。他和他的弟子們通過對礦物藥劑的性質(zhì)和療效的研究，以及在制備新藥劑的過程中，探討了許多無機物的分離、提純方法，進行了一些合成實驗，并總結(jié)出這些物質(zhì)的性質(zhì)。因此，有人認為帕拉塞斯“從根本上改變了醫(yī)療和化學(xué)的發(fā)展道路”早期化學(xué)實驗安德雷李巴烏(Andreas Libavius，約1540-1616)是德國的醫(yī)生、醫(yī)藥化學(xué)家，他極力強調(diào)化學(xué)的實用意義，為推進化學(xué)成為一門獨立科學(xué)做出了重要貢獻。他編著的工藝化學(xué)大全(

11、16111613年問世)，總結(jié)了他多年的實驗經(jīng)驗。書中敘述了硫酸和王水的制備方法；證明了焙燒硝石和硫黃所得到的硫酸與干餾膽礬所得到的完全是同一種物質(zhì)；首次提出將食鹽與膽礬一起在泥坩堝中焙燒制取鹽酸的方法；講解了用金屬錫與氯化汞一起加熱、蒸餾獲得四氯化錫(后來被稱為“李巴烏發(fā)煙液”)的方法；描述了含銅的溶液遇氨水變?yōu)榇渌{的現(xiàn)象，并建議用這種方法檢驗水中的氨。這部著作的問世，使化學(xué)終于有了真正的教科書。他還設(shè)計過一所實驗室的建筑詳圖，但直到1683年，這所實驗室才在阿爾特多夫(Altderf)修建起來。早期化學(xué)實驗繼帕拉塞斯、李巴烏之后，對后世影響較大、對化學(xué)實驗的發(fā)展貢獻卓著的醫(yī)藥化學(xué)家還有赫爾

12、蒙特(J.B.van Helmont，1597-1644)。他工作的最大特點是對化學(xué)進行定量研究，廣泛使用了天平，并萌生了初始的物質(zhì)不滅的思想。他所做的“柳樹實驗”和“沙子實驗”，是早期化學(xué)實驗發(fā)展史上著名的兩個定量實驗。此外，他在無機物制備方面取得過空前的成果，曾對燃燒現(xiàn)象提出過頗有獨到之處的見解。因此，他常被尊為從煉丹術(shù)到化學(xué)的過渡階段的代表。早期化學(xué)實驗 四 早期化學(xué)實驗的特點早期的化學(xué)實驗還只能算做是化學(xué)“試驗”，具有很大的盲目性；還沒有從生產(chǎn)、生活實踐中分化出來，成為獨立的科學(xué)實踐。最早的制陶、冶金和釀酒等活動，是低級的、缺乏理論指導(dǎo)的、不自覺的實踐活動；作為化學(xué)實驗原始形式的煉丹術(shù)

13、，其實驗?zāi)康囊仓皇亲非箝L生不老藥或點金之術(shù)，變賤金屬為貴金屬。早期化學(xué)實驗 盡管如此，還應(yīng)該肯定從事早期化學(xué)實驗的工匠和煉丹術(shù)士們是化學(xué)實驗的先驅(qū)和開拓者。他們發(fā)明了焙燒、溶解、結(jié)晶、蒸餾、過濾和冷凝等化學(xué)實驗操作方法；制造了風(fēng)箱、坩堝、鐵剪、燒杯、平底蒸發(fā)皿、沙浴、焙燒爐等化學(xué)實驗儀器和裝置；發(fā)現(xiàn)和制取了銅、金、銀、汞、鉛等金屬，酒精、硝酸、硫酸、鹽酸等化學(xué)溶劑和試劑，以及許多酸、堿、鹽，甚至意識到了一些粗淺的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。后人正是從他們的經(jīng)驗教訓(xùn)中，才找到了化學(xué)實驗的真歷史使命，建立了化學(xué)實驗科學(xué)。 近代化學(xué)實驗近代化學(xué)實驗近代化學(xué)實驗 一 化學(xué)科學(xué)實驗的奠基人波義耳 “波義耳把化學(xué)確立為

14、科學(xué)”。作為近代化學(xué)科學(xué)的確立者，波義耳也是化學(xué)科學(xué)實驗的重要奠基人。他認為，只有運用嚴密的和科學(xué)的實驗方法才能夠把化學(xué)確立為科學(xué)。他明確指出：“化學(xué)，為了完成其光榮而莊嚴的使命，就不能認為到目前為止的研究方法是正確的。而必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辯方法”，只有這樣，化學(xué)才能象“已經(jīng)覺醒了的天文學(xué)和物理學(xué)那樣，立足于嚴密的實驗基礎(chǔ)之上”“不應(yīng)該把理性放在高于一切的位置，知識應(yīng)該從實驗中來，實驗是最好的老師” ；“沒有實驗，任何新的東西都不能深知”；“空談無濟于事，實驗決定一切”；“人之所以能效力于世界者，莫過于勤在實驗上做功夫” 。他的這些觀點和主張，奠定了化學(xué)實驗方法論的基礎(chǔ)。近代化學(xué)實驗波義耳是

15、一位技術(shù)精湛的化學(xué)實驗家。他一生做過大量的化學(xué)實驗，獲得了許多重要的發(fā)現(xiàn)。他是第一個發(fā)明指示劑的化學(xué)家，他把各種天然植物的汁液或配成溶液，或做成試紙(“石蕊試紙”就是波義耳發(fā)明的)，并根據(jù)指示劑顏色的變化來檢驗酸和堿；他還發(fā)現(xiàn)了銅鹽和銀鹽、鹽酸和硫酸的化學(xué)檢驗方法，并在1685年發(fā)表的“礦泉水的實驗研究史的簡單回顧”一文中，描述了一套鑒定物質(zhì)的方法。因此，他還常被尊為定性分析化學(xué)的奠基者。近代化學(xué)實驗 二 定量化學(xué)實驗方法論的創(chuàng)立者拉瓦錫拉瓦錫“是明確提出把量做為衡量尺度對化學(xué)現(xiàn)象進行實驗證明的第一位化學(xué)家”，他把近代化學(xué)實驗推進到定量研究的水平。拉瓦錫從一開始從事化學(xué)科學(xué)研究，就非常善于發(fā)揮

16、天平在化學(xué)研究中的作用，重視對物質(zhì)及其變化進行定量測定。他21歲時所做的第一個化學(xué)實驗，就是定量地測定石膏在加熱和冷卻過程中水分的變化。他一生做過很多定量化學(xué)實驗，并依據(jù)實驗事實揭示了“水變成土”以及“火粒子”學(xué)說、“燃素說”的謬誤。近代化學(xué)實驗“水變成土”是赫爾蒙特根據(jù)他著名的“柳樹實驗”提出來的，后來又得到波義耳和牛頓(J.Newton，16421727)的贊同。為了檢驗這一觀點的科學(xué)性，拉瓦錫進行了如下實驗：將收集到的被認為是最純凈的雨水連續(xù)蒸餾了8次；然后將這些水倒入一個特制的玻璃蒸餾器中，加熱驅(qū)去其中的空氣，并加以密封；用沙浴在6070之間加熱101天。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中確有懸浮的小片固體

17、物出現(xiàn)。這似乎是水變成了土的證據(jù)。然而，拉瓦錫仔細稱量了加熱前后水的重量、容器的重量、以及水和容器的總重量，終于查明，水和容器的總重量在加熱前后并沒有變化，而且密封在瓶中的水的重量也沒起變化，只是玻璃容器本身變輕了，而減輕的重量又恰好與固體懸浮物的重量相當。這樣，拉瓦錫查明了那些懸浮物來自玻璃容器，從而以堅實的實驗數(shù)據(jù)否定了“水變成土”的錯誤觀點。近代化學(xué)實驗 “火粒子”學(xué)說，是波義耳為解釋金屬煅燒后重量增加的原因而提出來的。為了檢驗這一假說，拉瓦錫重復(fù)了波義耳在密閉的燒瓶中煅燒金屬錫的實驗。 他與波義耳不同之處在于，在打開燒瓶之前對整個密閉體系進行了稱量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整個體系在加熱前后重量沒有變

18、化。這就證明波義耳曾經(jīng)設(shè)想的在加熱過程中火的微粒透過玻璃壁進入燒瓶內(nèi)與金屬錫結(jié)合而增重的觀點是錯誤的。近代化學(xué)實驗拉瓦錫還通過對硫和磷等一些物質(zhì)燃燒現(xiàn)象的定量實驗研究，否定了統(tǒng)治化學(xué)長達百年之久的“燃素說”，建立了氧化學(xué)說，并確立了“質(zhì)量守恒定律”。拉瓦錫的定量實驗研究，極大地豐富和發(fā)展了化學(xué)實驗方法論。對物質(zhì)及其變化，不僅要用定性分析方法，而且還必須運用定量分析方法，只有二者的有機結(jié)合，才能正確認識物質(zhì)及其變化在質(zhì)和量兩個方面的性質(zhì)和規(guī)律；化學(xué)實驗是建立化學(xué)理論的基礎(chǔ)和檢驗化學(xué)理論的標準。他曾明確指出：“在任何情況下，都應(yīng)該使我們的推理受到實驗的檢驗，除了通過實驗和觀察的自然道路去尋求真理以

19、外，別無它途。”拉瓦錫的化學(xué)實驗方法論思想，對化學(xué)實驗從定性向定量的發(fā)展產(chǎn)生了積極和深遠的影響，成為近代化學(xué)實驗發(fā)展史上的重要里程碑。正是在此基礎(chǔ)上，近代化學(xué)實驗才得以蓬勃發(fā)展，從而拓展了化學(xué)科學(xué)研究的領(lǐng)域，導(dǎo)致了許多重要化學(xué)理論的建立和發(fā)展。近代化學(xué)實驗 三三 化學(xué)實驗是化學(xué)科學(xué)理論建立和發(fā)展的基礎(chǔ)化學(xué)實驗是化學(xué)科學(xué)理論建立和發(fā)展的基礎(chǔ)道爾頓(J.Dalton，17661844)原子論就是在化學(xué)科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上建立起來的。他通過化學(xué)實驗，研究了許多地區(qū)的空氣組成，發(fā)現(xiàn)各地的空氣都是由氧、氮、二氧化碳和水蒸氣四種重要物質(zhì)的無數(shù)個微小顆粒(道爾頓稱之為“原子”)混合起來的。他進一步分析一氧化碳和

20、二氧化碳、沼氣(CH4)和油氣(C2H4)的組成，發(fā)現(xiàn)前兩種氣體中氧的重量比為1：2，后兩種氣體中與同量碳化合的氫的重量比為2：1。這使道爾頓發(fā)現(xiàn)了倍比定律。這個實驗定律成為他確立化學(xué)原子論的重要基石。近代化學(xué)實驗 1805年，法國化學(xué)家蓋呂薩克(J.L.Gay-Lussac，17781850)在研究氫氣和氧氣的化合時發(fā)現(xiàn)，100個體積的氧氣總是和200個體積的氫氣相化合；在進一步研究氨與氯化氫、一氧化碳與氧氣、氮氣與氫氣的化合時，居然發(fā)現(xiàn)都具有簡單整數(shù)比的關(guān)系。于是，他于1808年發(fā)現(xiàn)了氣體化合體積定律。 為了對這個實驗定律進行理論解釋，意大利化學(xué)家阿佛加德羅(A.Avo-gadro，177

21、61856)引入了“分子”的概念，提出了著名的分子假說。近代化學(xué)實驗1824年，年僅24歲的德國化學(xué)家維勒(F.Wöhler，18001882)做了一個在化學(xué)實驗發(fā)展史上非常著名的實驗，即用氯化銨(NH4Cl)水溶液同氰酸銀(AgCNO)作用來制取氰酸銨(NH4CNO)。然而，當他濾去氯化銀(AgCl)沉淀，并對溶液進行蒸發(fā)時，并沒有得到所期望的氰酸銨，而得到了一種白色結(jié)晶狀的物質(zhì)。為了確定這種白色結(jié)晶物，維勒又用了4年的時間，采用不同的無機物和不同的方法，對其進行了一系列的定性和定量實驗研究，最后終于完全確認實驗中所得到的這種白色結(jié)晶狀物質(zhì)，正是動物機體內(nèi)的代謝產(chǎn)物尿素。1

22、828年，他發(fā)表了“論尿素的人工合成”的論文，以雄辯的實驗事實公布了這一重大成果。這一實驗成果，意義重大，動搖了傳統(tǒng)的“生命力論”的基礎(chǔ)，開辟了用無機物合成有機化合物的新天地。1845年，德國化學(xué)家柯爾柏(H.Kolbe，18181884)用木炭、硫黃、氯水等無機物合成了酒精、蟻酸、葡萄酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸等一系列有機酸，進而還合成了油脂類和糖類物質(zhì)；到了19世紀后期，有機合成更加蓬勃發(fā)展，先后用人工方法合成了染料、香料、藥物和炸藥等。近代化學(xué)實驗 維勒不但用氰酸銨人工合成了尿素，而且還分析了氰酸銀的化學(xué)組成，結(jié)果竟與李比希(J.von Liebig，18031873)對雷酸銀的化學(xué)組成

23、的分析結(jié)果相當?shù)匚呛?。而氰酸銀和雷酸銀確是兩種性質(zhì)不同的化合物。為此，維勒與李比希又共同研究了氰酸、雷酸和三聚氰酸，發(fā)現(xiàn)他們的化學(xué)組成完全相同，而性質(zhì)卻不相同。 化學(xué)大師瑞典的貝采里烏斯(J.J.Berzelius，17791848)在這些實驗事實的基礎(chǔ)上，提出了“同分異構(gòu)”的概念，認為之所以性質(zhì)不同，是由于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同。這導(dǎo)致了有機化合物經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論的建立和發(fā)展。近代化學(xué)實驗1800年，歷史上第一個電池提供穩(wěn)定、持續(xù)電流的電源裝置，即伏打(A.Volta，17451827)電堆誕生了。它是近代化學(xué)實驗發(fā)展史上非常重要的實驗手段之一。應(yīng)用這種實驗手段來引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，推動了電化學(xué)的誕生和發(fā)

24、展。1800年3月，英國化學(xué)家尼科爾森(W.Nicholson，17531815)和卡里斯爾(A.Carlisle，17681840)就用電堆電解了水；1807年，英國化學(xué)家戴維(H.Davy，17781829)又用電解熔融鹽的方法制出了金屬鈉、鉀、鎂、鈣、鍶、鋇和非金屬元素硼和硅。至此，電解法成了一種經(jīng)常被采用的重要的化學(xué)實驗方法。戴維的助手法拉第(M.Faraday，17911867)對電解過程進行了深入的研究，在他1834年發(fā)表的關(guān)于電的實驗研究這篇論文中，提出了著名的“法拉第電解定律”。他的工作，使電化學(xué)的研究從定性走向了定量，對電化學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻。 此外，近代化學(xué)實驗還開辟了

25、化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)兩大研究領(lǐng)域，推動了物理化學(xué)的完善和發(fā)展。近代化學(xué)實驗 四 近代化學(xué)實驗方法 近代化學(xué)實驗的蓬勃發(fā)展與近代化學(xué)實驗方法論的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系。在這一時期，人們創(chuàng)立或發(fā)展了諸如系統(tǒng)定性分析法、重量分析法、滴定分析法、光譜分析法、電解法等很多經(jīng)典的化學(xué)實驗方法。近代化學(xué)實驗 五 近代化學(xué)實驗的特點 隨著歐洲資本主義生產(chǎn)方式的建立和發(fā)展，近代化學(xué)實驗作為一種相對獨立的科學(xué)實踐活動，從生產(chǎn)實踐中分化出來，歷經(jīng)兩百多年，取得了突飛猛進的發(fā)展。 1.明確了化學(xué)科學(xué)實驗的性質(zhì)、目的和作用 2建立和發(fā)展了化學(xué)實驗方法論 3發(fā)明和研制了較先進的實驗儀器和裝置現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗一

26、實驗內(nèi)容以結(jié)構(gòu)測定和化學(xué)合成實驗為主 1結(jié)構(gòu)測定實驗 結(jié)構(gòu)測定實驗源于人們對陰極放電現(xiàn)象微觀本質(zhì)的探討。早在1836年，法拉第就曾研究過低壓氣體中的放電現(xiàn)象。1869年，德國化學(xué)家希托夫(J.W.Hittorf，18241914)發(fā)現(xiàn)真空放電于陰極，并以直線傳播。1876年，戈爾茨坦(E.Coldstein，18501930)將這種射線命名為“陰極射線”。1878年，英國化學(xué)家克魯克斯(Sir W.Crookes，18321919)發(fā)現(xiàn)陰極射線能推動小風(fēng)車，被磁場推斥或牽引，是帶電的粒子流。1897年，克魯克斯的學(xué)生英國物理學(xué)家J.J.湯姆生(J.J.Thomson，18561940)對陰極射

27、線作了定性和定量的研究，測定了陰極射線中粒子的荷質(zhì)比。這種比原子還小的粒子被命名為“電子”。 電子的發(fā)現(xiàn)，動搖了“原子不可分”的傳統(tǒng)化學(xué)觀?，F(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 1895年，德國物理學(xué)家倫琴(W.C.Rönt-gen，18451923)在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了X射線。1896年，法國物理學(xué)家貝克勒(A.H.Becquerel，18521908)發(fā)現(xiàn)了“鈾射線”。次年，法國著名化學(xué)家瑪麗居里(M.Curie，18671934)又發(fā)現(xiàn)了釷也能產(chǎn)生射線，于是她把這種現(xiàn)象稱為“放射性”，把具有這種性質(zhì)的元素稱為放射性元素。居里夫婦經(jīng)過極其艱苦的努力，于1898年先后發(fā)現(xiàn)了具有更強放

28、射性的新元素釙和鐳。隨后，又花費了幾年時間，從兩噸鈾的廢礦渣中分離出0.1克光譜純的氯化鐳，并測定了鐳的原子量。 鐳曾被稱為“偉大的革命家”，克魯克斯尖銳地評論說：“十分之幾克的鐳就破壞了化學(xué)中的原子論”?？梢娺@一成果意義的重大。為此，居里夫人獲得了1911年的諾貝爾化學(xué)獎?，F(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 1898年，J.J.湯姆生的學(xué)生E.盧瑟福(F.Rutherford，18711937)發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物發(fā)出的射線有兩種不同的類型，一種是射線，一種是射線；2年后，法國化學(xué)家維拉爾(P.Villard，18601934)又發(fā)現(xiàn)了第三種射線射線。 1901年盧瑟福和英國年青的化學(xué)家索迪(F.Sod

29、dy，18771956)進行了一系列合作實驗研究，發(fā)現(xiàn)鐳和釷等放射性元素都具有蛻變現(xiàn)象。據(jù)此，他們提出了著名的元素蛻變假說，認為放射性的產(chǎn)生是由于一種元素蛻變成另一種元素所引起的。這一成果具有革命意義，打破了“元素不能變”的傳統(tǒng)化學(xué)觀。盧瑟福也因此榮獲1908年的諾貝爾化學(xué)獎。現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 電子、放射性和元素蛻變理論奠定了化學(xué)結(jié)構(gòu)測定實驗的理論基礎(chǔ)。 1912年，德國物理學(xué)家勞埃(M.von Laue，18791960)發(fā)現(xiàn)X射線通過硫酸銅、硫化鋅、銅、氯化鈉、鐵和螢石等晶體時可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)提供了一種在原子-分子水平上對無機物和有機物結(jié)構(gòu)進行測定的重要實驗方法，即X射線

30、衍射法。現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 無機物的結(jié)構(gòu)測定的真正開始是X射線衍射線發(fā)現(xiàn)以后。在此之前，象氯化鈉這樣簡單的離子化合物的結(jié)構(gòu)問題，對化學(xué)家來說都是一個難題，但運用這種方法之后，化學(xué)家才恍然大悟，原來其結(jié)構(gòu)是如此簡單。20世紀2030年代，人們運用X射線衍射法分析測定了數(shù)以百計的無機鹽、金屬配合物和一系列硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 有機物的晶體結(jié)構(gòu)測定始于20世紀20年代。在此期間，人們測定了六次甲基四胺、簡單的聚苯環(huán)系、己鏈烴、尿素、一些甾族化合物、鎳鈦菁、纖維素以及一系列天然高分子和人工聚合物的結(jié)構(gòu)。 4050年代，有機物晶體結(jié)構(gòu)分析工作更加蓬勃發(fā)展，最突出的是1949年

31、青霉素晶體結(jié)構(gòu)、1952年二茂鐵(金屬有機化合物)結(jié)構(gòu)和1957年維生素B12結(jié)構(gòu)的測定。 另外，人們應(yīng)用X射線衍射法還對一系列復(fù)雜蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行了測定，取得了許多重大突破，為分子生物學(xué)理論的建立奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)?，F(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 2化學(xué)合成實驗 化學(xué)合成實驗是現(xiàn)代化學(xué)實驗的一個非常活躍的領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代化學(xué)實驗儀器、設(shè)備和方法的飛速發(fā)展，人們創(chuàng)造了很多過去根本無法創(chuàng)設(shè)的實驗條件，合成了大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)。現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 制備硼的氫化物，一直是久未攻克的化學(xué)難題。1912年，德國化學(xué)家斯托克(A.Stock，18761946)對硼烷進行了開創(chuàng)性的工作，發(fā)明了一種專門的

32、真空設(shè)備，采取低溫方法合成了一系列硼的氫化物(從B2H6到B10H14)，并研究了它們的分子量和化學(xué)性質(zhì)。 1940年，斯托克的學(xué)生E.威伯格用氨與硼烷作用制成了結(jié)構(gòu)與苯相似的“無機苯”B3N3H6。1962年，英國化學(xué)家巴特利特(N.Bartlett，1932)合成了第一種稀有氣體化合物六氟鉑酸氙，打破了統(tǒng)治化學(xué)達80年之久的稀有氣體“不能參加化學(xué)反應(yīng)”的傳統(tǒng)化學(xué)觀，開辟了新的化學(xué)合成領(lǐng)域?，F(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 有機合成在本世紀取得了突飛猛進的發(fā)展，合成了許多高分子化合物，如酚醛樹脂(1907年)、丁鈉橡膠(1910年)、尼龍纖維(1934年)。 對有機天然產(chǎn)物合成貢獻較大的化學(xué)家，應(yīng)首

33、推美國化學(xué)家伍德沃德(R.B.Woodward，19171979)。他先后合成了奎寧(1944年)、包括膽甾醇(膽固醇)和皮質(zhì)酮(可的松)在內(nèi)的甾族化合物(1951年)、利血平(1956年)、葉綠素(1960年)以及維生素B12(1972年)等。為表彰他的杰出貢獻，他獲得了1965年的諾貝爾化學(xué)獎，被譽為“當代的有機化學(xué)大師”?，F(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 1965年，我國科學(xué)家第一次實現(xiàn)了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素蛋白質(zhì)的人工合成，這對揭示生命奧秘具有重要意義； 1972年美國化學(xué)家科勒拉(H.G.Khorana，1922)等人使用模板技藝合成了具有77個核苷酸片斷的DNA，其后又合成了含有20

34、7個堿基對的具有生物活性的大腸桿菌DNA； 1981年我國科學(xué)家又實現(xiàn)了具有生物活性的酵母丙氨酸t(yī)RNA的首次全合成，取得了又一突破。 現(xiàn)代化學(xué)實驗除上述兩方面以外，還在溶液理論的發(fā)展和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的建立等方面發(fā)揮了重要作用。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 二 化學(xué)實驗手段的現(xiàn)代化 近30年來，計算機在化學(xué)實驗中得到了卓有成效的應(yīng)用，正逐步成為重要的化學(xué)實驗手段。目前出現(xiàn)的各種儀器的聯(lián)機使用和自動化，不僅用于電分析化學(xué)、譜學(xué)、微觀反應(yīng)動力學(xué)、平衡常數(shù)的測定、分析儀器的控制、數(shù)據(jù)的存貯與處理、以及化學(xué)文獻檢索等，而且還能使經(jīng)典化學(xué)操作達到控制的自動化。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 三 化學(xué)實驗方法的

35、現(xiàn)代化 隨著現(xiàn)代化學(xué)科學(xué)研究領(lǐng)域的不斷擴展和深入，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，化學(xué)實驗方法日趨現(xiàn)代化。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 1對傳統(tǒng)化學(xué)實驗方法的改進和完善 雖然現(xiàn)代化學(xué)實驗手段具有快速、靈敏、準確的特點，但由于一些實驗儀器和設(shè)備的價格比較昂貴、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、調(diào)試維修的任務(wù)較重，因此使它們的普及受到相當大的限制，從而使一些傳統(tǒng)的化學(xué)實驗方法仍有普遍利用和進一步改進、完善的必要和可能。 例如EDTA滴定法就是對傳統(tǒng)的滴定法的改進和發(fā)展。在30年代，人們已經(jīng)知道乙二胺四乙酸(簡稱EDTA)等氨基多羧酸在堿性介質(zhì)中能跟鈣、鎂離子生成極穩(wěn)定的配合物。對這類化合物，瑞士化學(xué)家施瓦岑巴赫(

36、G.Schwarzenbach，1904)進行了廣泛的研究，并成功地以紫尿酸銨為指示劑，用EDTA滴定了水的硬度。1946年他又提出以鉻黑T作為絡(luò)合滴定的指示劑，從而奠定了EDTA滴定法的基礎(chǔ)。運用這種方法，人們對近50種元素進行了直接滴定(包括返滴法)，對16種元素進行了間接滴定。由于這種方法應(yīng)用范圍較廣，因此受到普遍歡迎，至今仍是一種常規(guī)的化學(xué)實驗方法。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 2現(xiàn)代化學(xué)實驗方法 現(xiàn)代化學(xué)實驗方法，是在滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)科學(xué)技術(shù)對化學(xué)試樣中微量乃至痕量組分如何進行快速、靈敏、準確檢測的要求基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的。這些方法從原理上看，都超越了經(jīng)典方法的局限性，幾乎都

37、不再是通過定量化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計量，而是根據(jù)被檢測組分的某種物理的或物理化學(xué)的特性(如光學(xué)、電學(xué)和放射性等方面的特性)，因而具有很高的靈敏度和準確性。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 光學(xué)分析法。 光度法 ,光譜法 極譜法 色譜法。 質(zhì)譜法 質(zhì)譜法的基本原理是使化學(xué)試樣中的各種組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶正電荷的離子，經(jīng)過加速電場的作用，形成了離子束，進入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場，使其發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。這種方法在同位素質(zhì)量的測定中被廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 四 化學(xué)實驗規(guī)模和研究方式的變化 現(xiàn)代化學(xué)實驗在實驗規(guī)

38、模和研究方式上發(fā)生了很大變化。 最早的化學(xué)實驗室大概要算煉丹術(shù)士的實驗室，實驗室中的實驗設(shè)備和條件極其粗糙和簡陋。 到了17世紀至19世紀初期，當化學(xué)成為一門獨立的科學(xué)以后，化學(xué)實驗室才逐漸多了起來。但這些實驗室都屬于私人所有，如波義耳在他姐姐家建立的實驗室，化學(xué)大師貝采里烏斯的實驗室是他的廚房，在那里化學(xué)實驗和烹調(diào)一起進行。私人實驗室的規(guī)模比較小，除實驗室的主人外，最多只能容納12個助手或12名學(xué)生。 這個時期的化學(xué)實驗基本上屬于個體式研究，個別的科學(xué)家獨居樓閣，擺弄著燒瓶、量筒、天平等儀器，其規(guī)模和形式近似于手工業(yè)作坊。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 第一個公共化學(xué)實驗室是1817年英國化學(xué)家

39、T.湯姆生(T.Thomson，17731852)在格拉斯哥大學(xué)建立的供教學(xué)用的實驗室。自此之后，歐洲各大學(xué)都紛紛仿效，建立了自己的化學(xué)實驗室。這些實驗室的建立，不僅改變了化學(xué)教育的面貌，使實驗成為培養(yǎng)和提高學(xué)生素質(zhì)的重要內(nèi)容，而且使大學(xué)不再是單純傳授化學(xué)知識的場所，還是進行化學(xué)科學(xué)研究的重要基地。 在19世紀的公共實驗室中，最著名的是1824年李比希在吉森大學(xué)建立的化學(xué)實驗室，它可以同時容納22名學(xué)生進行化學(xué)實驗。在那里，李比希培養(yǎng)了許多優(yōu)秀的化學(xué)家，以他為核心的“吉森學(xué)派”是近代化學(xué)史上公認的一大學(xué)派。他們這種集體式的合作研究，取得了驚人的成就。在19011910年最早的10位諾貝爾化學(xué)獎

40、獲得者當中，李比希的學(xué)生竟然占了7位。這一成就在化學(xué)史上首屈一指。 現(xiàn)代化學(xué)實驗現(xiàn)代化學(xué)實驗 從20世紀30年代起，出現(xiàn)了國家規(guī)模的大型化學(xué)科學(xué)研究機構(gòu)和龐大的實驗基地；到了70年代，實驗的規(guī)模則擴大到國際間相互合作的新階段。許多尖端實驗決不是任何個人、一般科研組織所能勝任的，而必須由國家統(tǒng)一規(guī)劃、組織協(xié)調(diào)各學(xué)科科學(xué)家來共同攻關(guān)。實驗用人廣、花費多、規(guī)模大、組織周密和協(xié)調(diào)，已成為現(xiàn)代化學(xué)實驗的又一重要特點。 化學(xué)與社會的密切關(guān)系化學(xué)與社會的密切關(guān)系化學(xué)與社會的密切關(guān)系 現(xiàn)代化學(xué)的興起使化學(xué)從無機化學(xué)和有機化學(xué)的基礎(chǔ)上，發(fā)展成為多分支學(xué)科的科學(xué)，開始建立了以無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)

41、和高分子化學(xué)為分支學(xué)科的化學(xué)學(xué)科。 化學(xué)與能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)和生命科學(xué)的結(jié)合以及學(xué)科間的互相滲透已經(jīng)取得非常顯著的成績。 至于化學(xué)對化學(xué)工程的技術(shù)革命的作用，如利用新的廉價原料，選用效率更高、能耗更低的新工藝以及開發(fā)全新的催化體系等幾個方面，化學(xué)家都面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)和可以一顯身手的眾多機會。 化學(xué)的明天化學(xué)的明天（進一步研究微觀世界）當今世界上，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)深入到原子核的內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)了許多基本粒子，它們構(gòu)成物體的比原子核更簡單的物質(zhì)，如介子、超子、反粒子等、但這主要是物理學(xué)的研究內(nèi)容。對于化學(xué)家來說，主要任務(wù)仍將是在分子和原子的水平上揭開微觀世界的秘密。物質(zhì)分散得越細，它越容易

42、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。紅熱的鐵絲能在純氧中燃饒，鐵絲越細，燃燒反應(yīng)越劇烈。但是，如果是一顆鐵釘或者是一根鐵棍，那就不可能在純氧中燃燒了。于是，化學(xué)家開始重視毅nm材料了。什么叫nm材料呢？一般材料的直徑到了微米（1m等于10-6m），已經(jīng)算是很小了，而lnm等于10-9m，就更小了。化學(xué)家預(yù)料，當物質(zhì)被分散到納米級的程度，在結(jié)構(gòu)上將產(chǎn)生很大的變化。例如被涂在磚頭表面的金，或很細很細的鐵，它們在反應(yīng)性能、催化性能、光學(xué)性能、電學(xué)性能及磁學(xué)性能上都有很大的不同，這便是化學(xué)研究中正在開辟的分子工程學(xué)。化學(xué)的明天化學(xué)的明天（新能源的開發(fā)）（新能源的開發(fā)）20世紀是能源工業(yè)飛速發(fā)展的年代，在主要利用化石燃料（石

43、油、煤、天然氣）的同時，還積極地發(fā)展了核能（如原子能發(fā)電站等），也開始探索利用氫能（如用氫氣作汽車的能源）。在電化學(xué)能源的研究上。已不限于干電池、蓄電池、燃料電池，更要開發(fā)高能電池和特殊用途的電化學(xué)能源。心臟起搏器的發(fā)明是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)的奇跡，它靠電池提供電能進行工作。對這種電池的性能要求極其嚴格，起搏器對心臟的每次起博都不允許失敗，要求電池全部時間都在工作，絕不允許電流有停頓。安了心臟起搏器的人把生命的延續(xù)全寄托在電池的化學(xué)反應(yīng)上。另外，電池植入人體內(nèi)，要求特別穩(wěn)定，里面的化學(xué)物質(zhì)不會泄漏，壽命長，重量輕，體積小?，F(xiàn)在心臟起搏器中使用的是鋰碘電池（其中用鋰做電極，碘做電解質(zhì)），它的使用壽命是1

44、0年左右。但是，鋰-碘電池的成功并非科學(xué)的終結(jié)，化學(xué)家還期待著更大的改進。化學(xué)的明天化學(xué)的明天（新能源的開發(fā)）（新能源的開發(fā)）太陽能是能源家族中的后起之秀，它是一種巨大、無污染、潔凈、安全和經(jīng)濟的自然能源。前期的太陽能開發(fā)利用偏重物理方法，例如太陽池（將太陽能儲蓄在鹽水池中再利用）、太陽能光電系統(tǒng)（例如太陽能電池能將光能轉(zhuǎn)化為電能，可用于太陽能汽車、宇宙飛船和人造衛(wèi)星上）?；瘜W(xué)家更多地著眼于利用太陽能來產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，例如使太陽光通過藻類或某些微生物制氫，氫同樣可以做能源。利用太陽能使水蒸氣和甲烷發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)出一氧化碳和甲烷，它們也是能源。關(guān)于這方面的研究在21世紀將有更大的發(fā)展?；瘜W(xué)的明天化

45、學(xué)的明天（高分子化學(xué)的發(fā)展）（高分子化學(xué)的發(fā)展）高分子化學(xué)原本是化學(xué)學(xué)科中的一門年輕的科學(xué)，是在20世紀中期才發(fā)展起來的。在剛發(fā)展時，高分子化學(xué)研究的都是一些產(chǎn)量大和用途廣的通用高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙烯等。高分子化學(xué)家對未來的設(shè)想是：經(jīng)過嚴格地選擇和設(shè)計反應(yīng)條件（例如反應(yīng)溫度。壓強、反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和濃度），就能夠生產(chǎn)出具有特殊性質(zhì)的高分子化合物。為了使高分子具有某一種特殊的功能，化學(xué)家設(shè)想在高分子化合物上添加各種經(jīng)過精心挑選的基因，就能制造出柔韌性強，硬度大，熱穩(wěn)定性高和有化學(xué)惰性的高分子。例如設(shè)計出重量既輕。強度又高的超強高分子，用做飛機的結(jié)構(gòu)材料以代替金屬，使世界上出現(xiàn)塑料飛機。也設(shè)想制造出具有高抗張強度的高分子纖維，用來編織防彈背心?；瘜W(xué)的明天化學(xué)的明天（高分子化學(xué)的發(fā)展）（高分子化學(xué)的發(fā)展）隱身材料也是化學(xué)家將要進一步深入研究的課題。隱身技術(shù)被認為是國防的高科技領(lǐng)域。隱形飛機在對雷達波進行隱身時，主要措施是改進飛機的外形設(shè)計和選用吸波（吸收雷達波）的材料。高