人類發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)甲烷的歷程

人類發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)甲烷的歷程甲烷是最簡(jiǎn)單的烷烴，同時(shí)甲烷也是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物，是含碳量最小含氫量最大的烴，是沼氣、天然氣、瓦斯、坑道氣以及油田氣的主要成分，在這篇小文章里，似說(shuō)甲烷，但實(shí)質(zhì)上是通過(guò)人們對(duì)甲烷結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)來(lái)回溯一下人們認(rèn)識(shí)微觀世界分子中原子相互作用關(guān)系的歷史。甲烷的發(fā)現(xiàn)公元前1066至公元前771年，我國(guó)西周年代寫成的算卦占卜的書(shū)《周易》中，在談到一些自然界發(fā)生的現(xiàn)象時(shí)說(shuō)：“象曰：‘澤中有火?！边@里的“澤”就是沼澤。“火井”是我國(guó)古代人們給天然氣井的形象命名。根據(jù)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的文字記載，在我國(guó)遼闊的土地上，北起長(zhǎng)城內(nèi)外，南到云貴高原，西至玉門關(guān)外，東臨黃海之濱和臺(tái)灣省，古代都曾發(fā)現(xiàn)過(guò)天然氣，有的地方早在2000年前就鉆鑿了天然氣井。18世紀(jì)的歐洲科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了甲烷后，科學(xué)地研究了它。發(fā)明電池的意大利物理學(xué)家伏打（A.Volta,1745—1827）,在1776年11月14日、21日、26日和12月8日寫給他的友人的信中，敘述了發(fā)現(xiàn)甲烷的經(jīng)過(guò)。他在意大利北部科摩（Como）湖的淤泥中收集到一種氣體，是用木棒攪動(dòng)淤泥，讓冒出的氣泡通入倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)并充滿水的瓶中。他點(diǎn)燃了這一氣體火焰呈青藍(lán)色，燃燒較慢，需要10-12倍體積的空氣才會(huì)燃燒爆炸，不同于可燃性空氣（氫氣）的燃燒。提出原子論的英國(guó)化學(xué)家道爾頓也和伏打一樣收集了沼氣，并進(jìn)行了研究。1790年英國(guó)醫(yī)生奧斯汀發(fā)表燃燒甲烷和氫氣的報(bào)告。他測(cè)定了甲烷比氫氣重。而且氫氣燃燒生成水，甲烷燃燒生成水和二氧化碳。他確定甲烷是碳和氫的化合物。對(duì)甲烷的早期研究對(duì)于甲烷這么一個(gè)最簡(jiǎn)單的有機(jī)物，人類為了認(rèn)識(shí)它的分子結(jié)構(gòu)并達(dá)到了今天的程度，花去了百年以上的時(shí)間！更不知道有多少化學(xué)界的前輩，用了多少無(wú)眠的夜晚，一遍遍的思索想象和探求著。1808年，被恩格斯譽(yù)為近代化學(xué)之父的原子論創(chuàng)立者道爾頓用表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，這個(gè)表示方法表明，道爾頓認(rèn)為甲烷分子是有兩個(gè)氫原子和一個(gè)碳原子構(gòu)成的，這在今天看來(lái)顯然是很不正確的，但是這么表示是利用了當(dāng)時(shí)初建的原子分子學(xué)說(shuō)，這個(gè)表示式是化學(xué)科學(xué)中出現(xiàn)最早的一個(gè)結(jié)構(gòu)式，它的提出開(kāi)創(chuàng)了深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)本性的先例。隨著人們的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，繼道爾頓之后的指明瑞典學(xué)者齊利烏斯就把現(xiàn)在大部分仍在使用著的元素符號(hào)引入有機(jī)化學(xué)。后來(lái)德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒提出了碳原子是四價(jià)的概念和碳原子本身可以互相連接的概念，俄國(guó)的布特列洛夫提出了分子中原子排列的狀況，即化學(xué)結(jié)構(gòu)的概念和這種結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間關(guān)系的概念。這些概念的確立，為人們認(rèn)識(shí)甲烷分子的結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)，人們就在這些認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上相繼提出了三種甲烷的結(jié)構(gòu)式，但是這卻是道爾頓提出甲烷圖式半個(gè)世紀(jì)后的事情了。可見(jiàn)人類認(rèn)識(shí)微觀世界分子的結(jié)構(gòu)所耗費(fèi)的時(shí)間是相當(dāng)長(zhǎng)的，人類本身的認(rèn)知能力還是有相當(dāng)一部分局限性的，化學(xué)最需要的就是基于事實(shí)的想象。立體化學(xué)出現(xiàn)了18世紀(jì)60年代初期，雖然經(jīng)過(guò)凱庫(kù)勒、布特列洛夫等人的努力，化學(xué)結(jié)構(gòu)的概念已經(jīng)基本確立，但是一直到70年代，作為表示物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)符號(hào)的結(jié)構(gòu)式，仍然在反映實(shí)際情況上不斷出現(xiàn)矛盾，而且相當(dāng)混亂。這種寫法隨著有機(jī)化合物種類的增多，發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)越來(lái)越復(fù)雜，在更復(fù)雜的有機(jī)分子面前，雖然如今化學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)相當(dāng)?shù)母叨?，但是人們還是對(duì)一些更深入更根本的問(wèn)題無(wú)法理解，無(wú)論是價(jià)健理論還是分子軌道理論都只不過(guò)是化學(xué)終極理論發(fā)展道路中的兩種近似理論，就像現(xiàn)階段牛頓力學(xué)對(duì)量子力學(xué)和相對(duì)論是一種宏觀低速的近似一樣。在最后我想說(shuō)化學(xué)不應(yīng)該僅僅被認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，即便