第二讲历史渊源的化学

文化专题课zhengyun第1页12/21/2019广东外语外贸大学附设外语学校校本课程之文化专题课多元视野中的化学第二讲历史渊源的化学主讲：郑云内容提纲●从实验走向科学的化学●百年的现代化学●化学元素发现史化学给人以知识，化学给人以智慧。化学是特别能够刺激人的好奇心的一门学问。一、从经验走向科学的化学自从有了人类，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，都是化学工艺都是化学工艺的应用。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。（一）以实用为主的古代化学工艺古代化学的主要特点是实用为主，主要就是化学工艺，而且一开始就为人类文明的三大支柱——能源、材料和信息的确立，做出了奠定性的贡献。1、人类文明的起点——火的利用学会用火是人类最早和最伟大的化学实验。有了火，原始人告别了茹毛饮血的生活。后来，人们学会了摩擦生火和钻木取火。火最终成为人类用来发明工具和财富的武器，利用火能够发，各种各样化学反应的特点，人类开始了烧煤、制陶、冶金、酿造等工艺，进入了广阔的生产，生活天地。后来化学家使用的燃烧、煅烧、煮沸、蒸馏、升华、蒸发等重要的研究方法。无一不是建立在用火的基础上，甚至化学史上第一个化学系统理论的建立和第一次化学革命的发生都与火相关。火的认识和使用成为化学史的发端。2、人类文明进化的基础——煤的利用学会用火让人类走上利用能源的道路。人类最早使用的能源是树枝，柴草和木炭，而只有学会了利用煤炭，才使得人类认识和支配自然的能力更强大。煤是人类几千年文明的主要能源支柱。3、远古文明的重要载体——制陶中国是最早生产陶器的国家（大约在1万年以前）。文化专题课zhengyun第2页12/21/2019制陶过程改变了粘土的性质，使粘土成分发生了一系列的化学变化，使陶器具有了防水耐用的优良性质。陶器是反映远古时期人类生产力水平、生活水平和文化水平的最重要的物质载体。中国的仰韶文化和龙山文化的主要体现就是出土的当时的各种陶器。4、社会文明转型的重要物质基础——金属冶炼铜——青铜——铁约公元前3800年，伊朗就开始将铜矿石和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。公元前3000——2500年，出现了铜和锡的合金，成为青铜。随后有了铜制的生产工具和兵器，还出现了青铜铸造的铜币。殷朝前期的“司母戊鼎”是世界上出土最大的青铜器。战国时期的编钟，程得上古代在音乐上的伟大创造。5、中国对世界文明的重大贡献——造纸术和火药的发明（二）古代化学发展的最高形式——炼丹术与炼金术炼金的目的是为了财富，炼丹的目的是为了长生不老。炼丹的本意是荒谬的，它指望惜金石之精气使人长生不老，得道成仙。但是在炼丹的实践活动中，部分炼丹家吸取了劳动人民生产和生活的丰富经验，同时孜孜不倦地从事采药、制药的活动，积累了大量的关于物质变化的知识，认识了物质变化乃是自然界的普遍规律。特别是炼丹人大都兼搞医疗活动，他们把炼丹的药物引入医疗，从而丰富了我国传统医学的内容。在这些炼丹家中，葛洪是一个突出的代表。炼丹术士和炼金术士们应该说是第一批专心致志地探索化学奥秘的“化学家”。他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯和过滤装置等。制造出很多化学试剂，有用的合金和治病的药，他们还创造了很多术语，写下了许多著作。这些化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕，正是这些理论、方法仪器以及著作，开辟了化学这门科学的先河。古代炼丹炉中国著名的炼丹家和医药家葛洪的炼丹井文化专题课zhengyun第3页12/21/2019丹砂矿文化专题课zhengyun第4页12/21/2019（三）从古代化学到近代化学的桥梁和纽带——医药化学也冶金化学炼丹术与炼金术在实践中屡遭失败。……我们国家在西汉时期就产生了本草学，唐宋时期的本草学著作很多，明朝的李时珍编住了《本草纲目》。西方文艺复兴把科学从神学中解放了出来，波兰的天文学家哥白尼的《天体运行论》的出版，宣告了近代自然科学的独立；瑞士人帕拉塞斯把化学从和宗教有紧密联系的炼金术的禁锢中解放出来，创立了医药化学，视人体为一化学体系，力主通过化学药物的制取和使用，调节人体内部的元素不平衡，达到治病的作用。近代新兴资产阶级要发展生产力，就需要发展社会物质生产，开矿冶金。意大利人毕林古桥和德国人阿格里柯拉开启了冶金化学的先河，他们对炼金术持批判的态度，注重实际调查、观察和实验，强调定量研究，促进了欧洲金属冶炼的发展，使得化学从工艺技术向独立科学靠近。（四）走向科学的近代化学古代化学缘于古代文明古国，近代化学则形成与欧洲国家，主要是资本主义萌芽和发展较早、较快的欧洲强国获得全面进步。从17世纪开始，化学进入近代发展时期，历史约两个半世纪。这个时期化学发展只要有以下一些特点。1、首先是全新的化学观念使近代化学朝着科学形态的化学方向发展。在经过长期的经验事实的积累上，逐步提炼出一系列的化学概念、定律、学说、理论，包括质量守恒定律、定比定律、配比定律、气体化合简比定律、质量作用定律等化学基本定律，碳四面体构型学说、相律、溶液理论、电离理论、化学动力学理论等化学基本理论，近代化学之网逐渐编织起来，最终形成近代化学体系。2、近代化学主要还是一门实验科学。近代化学的传统主体是实证精神，可以说，没有实验就没有近代化学的进步，文化专题课zhengyun第5页12/21/2019正是随着近代化学实验的深入发展，导致众多化学史上的新发现。如19世纪有机合成和分析的发展，导致众多有机化合物的发现，标志着有机化学的产生；而早期的有机化学理论包括基团理论、取代学说、类型理论等，都是建立在有机化合物实验研究基础之上的。3、近代化学表现出科学分化发展的态势。无机化学、有机化学、分析化学、物理化学…成为独立的分支科学体系。4、化学科学的发展带动了化学工业的大发展。化学科学的发展带动了大规模制酸、制碱、漂白火药和无机盐工业等的发展。化学工业成为19世纪与机器制造业、电力工业并列的三大重要工业部门之一。而酸碱工业、煤焦油工业和肥料工业构成化学工业的主体。5、化学在19世纪的繁荣昌盛和巨大成就，它的基础性和广泛的应用性，使之成为科学技术总体发展的一个重要带头学科，促进了科学技术的总体发展。6、近代化学的发展也深刻影响着人类社会的自然观。如有机物尿素的人工合成，说明了有机物与无机物之间没有不可逾越的鸿沟，世界总是存在内在的相互联系。化学元素周期律充分展现了辨证唯物主义的否定之否定，质量互变的基本观念。（五）导致近代化学蓬勃发展的主要因素1、主本主义生产方式的确立是近代化学发展的社会因素。2、科学的社会建制是近代化学发展的重要科学制度保证。3、近代化学教育体制确立，为近代化学发展所需要人才提供了教育制度的保障。化学家扮演了愈来愈重要的角色，构成了近代化学发展的一条主线。德国、英国、法国、瑞典、意大利亚、俄国、美国涌现出了一些杰出的化学家。为化学科学发展奠定了基础。二、百年的现代化学（一）从传统的宏观研究领域转向微观研究领域（二）从定性和半定量向高定量化深入（三）从静态向动态伸展（四）由描述向推理或设计深化（五）向分子识别和分子群研究深入（六）实验水平空前提高（七）现代化学的三大支柱是实验、形式理论和计算（八）学科分化和融合日益突出（九）呈持续加速发展的态势（十）大化学特征愈加突现文化专题课zhengyun第6页12/21/2019三、化学元素发现史（一）人类对化学元素的认识1、春秋战国时期——“阴阳五行”说《尚书》：“五行：一曰水、二曰火、三曰木、四曰金、五曰土”《国语》：“以土与金、木、水、火杂以成百物”中国的炼丹术（始于公元前两世纪的西汉时期）魏伯阳（东汉）——《周易参同契》——现存最早的炼丹术著作葛洪（晋代、句容人）——《抱朴子》（《金丹》、《黄白》、《仙药》）陶弘景（梁朝、句容人）——〈名医别录〉阿拉伯的炼金术（公元三世纪）贡献：我国炼丹家发明了蒸馏器；阿拉伯的炼金家创建了“元素”符号2、古希腊——“四元素”学说安培杜格尔：世界万物由水、火、气、土四种“元素”组成，亚里士多德的观点：每种物质由两种基本性质配合而成。如：热、干——火；热、湿——气；冷、湿——水；冷、干——土3、古印度——“五元素”说万物由地、火、水、风、空五元素组成，4、15——16世纪欧洲医药化学家帕拉塞尔斯——“三元素”说万物由盐、硫、汞三元素以不同比例构成盐——不易挥发、不易燃烧的元素（肉体）；汞——挥发的液体元素（灵魂）；硫——易燃烧的元素（精神）。帕拉塞尔斯：化学的目的并不是为了制造金银，而是为了制造药剂。5、波义尔于1661年发表《怀疑派化学家》指出：元素是“组成复杂物质和分解复杂物质时，最后所得到的那种最简单的物质”并指出：“化学的目的是认识物质的结构，而认识的方法是分析，即把物质分解成元素”从拉瓦锡起才被接受，成为近代化学的基础。波义尔把化学确立为科学——恩格斯（二）、化学元素的发现1、我国历史上一些物质的应用青铜（含锡的铜）——青铜时代；铁器时代（我国是最早发明炼铁的国家）南北朝（公元四世纪）——炼制黄铜（铜锌合金）西汉（公元前一世纪）——炼制白铜（铜镍合金）2、十八世纪前H、N、F、Cl、P、As、Ti、Cr、Mo、Te、W、U、Mn、Co等28种元素3、十九世纪前50年（27种）；电解法——Na、K、Mg、Ba等；还原法——B、Si等；光谱分析法——Cr、La、Zn、Tl、Td、Dy、Se、Er、I等；研究空气——He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等稀有气体。文化专题课zhengyun第7页12/21/2019（三）、元素的符号和名称化学元素的外文名称有一定的含义1、纪念发现地铕——欧洲、镅——美洲、锗——德国、铊——斯纳的维也纳、镥——巴黎、钋——波兰、镓——家里亚（法国）2、纪念某科学家钔——门捷列夫、锔——居里夫妇、锘——诺贝尔3、元素的某一特性氦——太阳、氖——新的、氩——不活泼、氡——射气、碘——紫色氮——无生命的、镭——射线元素符号：1860年的卡尔斯卢会议规定，一切化学元素的符号均彩该元素的拉丁文开头字母表示。氧——Oxygenium——O；硫——Sulfur——S；钛——Tilanium——Ti；砷——Arsenium——As；钽——Tanlantum——Ta；氩——Argenium——Ar银——Argentum——Ag；（四）、部分元素的发现及其用途1、氟发现者——1771年瑞典化学家舍勒；命名——1870年英国化学家戴维。第一个制得氯气的人是法国化学家莫瓦桑（1886年）（条件：干燥的氢氧化钾溶解在无水氢氟酸中作电解液，用铂铱合金作电极，封在铂制的U形管中，在-23℃的低温下制得，从1768年发现氢氟酸到1886年制得单质氟历时118年）聚四氟乙烯——塑料王（特殊的耐腐蚀性）；氟里昂（氟氯烃）；有机氟化物。2、氯发现者——1774年瑞典化学家舍勒；液氯——绿色钢瓶、液氧——蓝色钢瓶、液氨——黄色钢瓶、液态二氧化碳——墨色钢瓶。聚氯乙烯（1t塑料做成的人造革，可以代替10000张牛皮）、农药（六六六、DDT、敌百虫、乐果）、HCl、氟氯烃、漂白粉。、3、碘1881年，法国人库瓦特发现海洋生物能富集碘（每千克海带含碘1—4g）；主要用于制备药物和消毒剂；AgI人工降雨（0.01—0.1g/Km2）。4、氧主要研究者：英国化学家普里斯特利、瑞典化学家舍勒、法国化学家拉瓦锡（创立了新燃烧理论，彻底推翻了燃素说）4、砷德国炼丹家阿尔别特·玛卡诺斯于1205年制得雄黄——四硫化砷、雌黄——三硫休二砷、砒霜——三氧化二砷（解互方法：口服MgO、FeSO4溶液剧烈振荡生成的新鲜Fe（OH）2悬浊液）文化专题课zhengyun第8页12/21/20195、硒1817年，瑞典化学家柏齐利乌斯从硫酸厂的铅室泥中发现所有化合物均有毒，硒的化合物掉在皮肤上会产生斑疹，牛羊吃了含硒较多的牧草会掉毛、软蹄。半导体——无线电检波和整流、光敏感性——光敏电阻和光电管、硒玻璃（红宝石玻璃）——十字路口的红灯6、铝1825年英国化学家戴维制得，德国化学家维勒最先分离出（1827年）一百多年前