化学发展简史与人类文明

化学发展简史与人类文明化学发展历程中的重要发现化学发展史的五个时期古代和近代化学史大事记化学实验发展史概述物理化学发展史化学与社会的密切关系以及化学的明天概述化学发展史的五个时期概述化学发展史的五个时期•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看越来越大的作用。•化学史大致分为：•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。概述化学发展史的五个时期•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，为求得荣华富责的黄金，开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书藉，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耕，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist至今还保留昔两个相关的含义：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。概述化学发展史的五个时期•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，即近代化学时期。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，即现代化学时期。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、酶的结构问题得到了逐步的解决。古代和近代化学史大事记古代和近代化学史大事记•古代和近代化学史大事记•§我国有了青铜器；春秋晚期能炼铁；战国晚期能炼钢；唐代有了火药。•§十八世纪七十年代，瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯里分别发现并制得了氧气；法国化学家拉瓦锡最早用天平和为研究化学的工具，并推翻了燃素学说；英国化学家卡文迪许、雷利等陆续从空气中发现了惰性气体。•§1748年俄国化学家罗蒙诺索夫建立了质量守恒定律。•§1808年英国科学家道尔顿提出了近代原子学说。•§1811年意大利科学家阿佛加德罗提出了分子的概念。•§1828年；德国化学家维勒第一次证明有机物可用普通的无机物制得。•§1869年俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律。•§1888年法国化学家勒沙特列提出了化学平衡移动原理•§1890年德国化学家凯库蔓提出了苯分子的结构式。•§十九世纪荷兰物理学家范德华首先研究了分子间作用力。•§十九世纪英国物理学家丁达尔和植物学家布朗分别提出了胶体的“丁达尔现象”与“布朗运动”。•§二十世纪奥地利和德国物理学家泡利、洪特分别提出了核外电子排布的“泡利不相容原理”、“洪特规则”。化学实验发展史概述化学实验发展史概述•化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础，从其发展过程来看，大致经过了早期化学实验、近代化学实验和现代化学实验等三个发展时期。化学实验发展史概述•早期化学实验•从远古时代开始到17世纪，化学实验在向科学道路迈进的过程中，经历了一段漫长的发展时期。•近代化学实验•17—19世纪，是近代化学实验时期。在这一时期，随着欧洲资本主义生产方式的诞生和工业革命的进行，以及天文学、物理学等学科的重大突破，化学实验终于冲破了炼丹术的桎梏，走上了科学的康庄大道。为此做出巨大贡献的化学实验家当推波义耳(R.Boyle，1627—1691)和拉瓦锡(A.L.Lavoisier，1743—1794)。•现代化学实验•19世纪末20世纪初，以震惊整个自然科学的电子、X射线与放射性等三大发现为标志，化学实验进入了现代发展阶段。早期化学实验早期化学实验•一化学实验的萌芽•人类最初对火的利用距今大概已有100多万年了。火是人类最早使用的化学实验手段。人类最早从事的制陶、冶金、酿酒等化学工艺，都与火有直接或间接的联系。在熊熊烈火中，烧制成型的粘土可获得陶器；烧炼矿石可得到金属。陶器的发明使人类有了贮水器以及贮藏粮食和液体食物的器皿，从而为酿酒工艺的形成和发展创造了条件。•制陶、冶金和酿酒等化学工艺，已孕育了化学实验的萌芽。例如，在烧制灰、黑陶的化学工艺中，工匠们在焙烧后期便封闭窑顶和窑门，再从窑顶徐徐喷水，致使陶土中的铁质生成四氧化三铁，又使表面覆上一层炭黑，因此里外黑灰。这表明当时已初步懂得了焙烧气氛的控制和利用。早期化学实验•二原始化学实验•古代的炼丹术，是早期化学实验的主要和典型的代表。炼丹的主要目的一是希望得到能使人长生不死的“仙药”；二是想把一些廉价的金属借助于“仙药”的点化，转变为贵重的黄金和白银。由于炼丹活动符合帝王、贵族长生不死、永世霸业的愿望，因而受到他们的大力推崇，于是从古代到中古时代，这种活动很快地得到开展并兴盛起来。•蒸馏是早期化学实验中最完整的一种重要实验操作方法。到了16世纪，出现了大批有关蒸馏方法方面的书籍，如希罗尼姆·布伦契威格(HieronymusBrunschwygk，1450—1513年)1500年出版的《蒸馏术简明手段》及其增订版《蒸馏术大全》(1512年出版)等。这些著作对蒸馏方法作了较详细的叙述。蒸馏在早期化学实验发展史上占有重要地位，它至今还在基础化学实验中被经常运用。早期化学实验•三向化学科学实验的过渡•到了十五六世纪，炼丹术由于缺乏科学基础，屡遭失败而变得声名狼藉。化学实验则开始在医学和冶金等一些实用工艺中发挥作用，并不断得到发展。•在医药化学时期，最具代表性的人物是瑞士的医生、医药化学家帕拉塞斯(P.A.Paracelsus，1493-1541)。他强调化学研究的目的不应在于点金，而应该把化学知识应用于医疗实践，制取药物。他和他的弟子们通过对矿物药剂的性质和疗效的研究，以及在制备新药剂的过程中，探讨了许多无机物的分离、提纯方法，进行了一些合成实验，并总结出这些物质的性质。因此，有人认为帕拉塞斯“从根本上改变了医疗和化学的发展道路”早期化学实验•安德雷·李巴乌(AndreasLibavius，约1540-1616)是德国的医生、医药化学家，他极力强调化学的实用意义，为推进化学成为一门独立科学做出了重要贡献。他编著的《工艺化学大全》(1611—1613年问世)，总结了他多年的实验经验。•书中叙述了硫酸和王水的制备方法；证明了焙烧硝石和硫黄所得到的硫酸与干馏胆矾所得到的完全是同一种物质；首次提出将食盐与胆矾一起在泥坩埚中焙烧制取盐酸的方法；讲解了用金属锡与氯化汞一起加热、蒸馏获得四氯化锡(后来被称为“李巴乌发烟液”)的方法；描述了含铜的溶液遇氨水变为翠蓝的现象，并建议用这种方法检验水中的氨。这部著作的问世，使化学终于有了真正的教科书。他还设计过一所实验室的建筑详图，但直到1683年，这所实验室才在阿尔特多夫(Altderf)修建起来。早期化学实验•继帕拉塞斯、李巴乌之后，对后世影响较大、对化学实验的发展贡献卓著的医药化学家还有赫尔蒙特(J.B.vanHelmont，1597-1644)。他工作的最大特点是对化学进行定量研究，广泛使用了天平，并萌生了初始的物质不灭的思想。他所做的“柳树实验”和“沙子实验”，是早期化学实验发展史上著名的两个定量实验①。此外，他在无机物制备方面取得过空前的成果，曾对燃烧现象提出过颇有独到之处的见解。因此，他常被尊为从炼丹术到化学的过渡阶段的代表。早期化学实验•四早期化学实验的特点•早期的化学实验还只能算做是化学“试验”，具有很大的盲目性；还没有从生产、生活实践中分化出来，成为独立的科学实践。最早的制陶、冶金和酿酒等活动，是低级的、缺乏理论指导的、不自觉的实践活动；作为化学实验原始形式的炼丹术，其实验目的也只是追求长生不老药或点金之术，变贱金属为贵金属。早期化学实验•尽管如此，还应该肯定从事早期化学实验的工匠和炼丹术士们是化学实验的先驱和开拓者。他们发明了焙烧、溶解、结晶、蒸馏、过滤和冷凝等化学实验操作方法；制造了风箱、坩埚、铁剪、烧杯、平底蒸发皿、沙浴、焙烧炉等化学实验仪器和装置；发现和制取了铜、金、银、汞、铅等金属，酒精、硝酸、硫酸、盐酸等化学溶剂和试剂，以及许多酸、碱、盐，甚至意识到了一些粗浅的化学反应规律。后人正是从他们的经验教训中，才找到了化学实验的真历史使命，建立了化学实验科学。近代化学实验近代化学实验•一化学科学实验的奠基人——波义耳•“波义耳把化学确立为科学”。作为近代化学科学的确立者，波义耳也是化学科学实验的重要奠基人。他认为，只有运用严密的和科学的实验方法才能够把化学确立为科学。他明确指出：“化学，为了完成其光荣而庄严的使命，就不能认为到目前为止的研究方法是正确的。而必须抛弃古代传统的思辩方法”，只有这样，化学才能象“已经觉醒了的天文学和物理学那样，立足于严密的实验基础之上”•“不应该把理性放在高于一切的位置，知识应该从实验中来，实验是最好的老师”；“没有实验，任何新的东西都不能深知”；“空谈无济于事，实验决定一切”；“人之所以能效力于世界者，莫过于勤在实验上做功夫”。他的这些观点和主张，奠定了化学实验方法论的基础。近代化学实验•波义耳是一位技术精湛的化学实验家。他一生做过大量的化学实验，获得了许多重要的发现。•他是第一个发明指示剂的化学家，他把各种天然植物的汁液或配成溶液，或做成试纸(“石蕊试纸”就是波义耳发明的)，并根据指示剂颜色的变化来检验酸和碱；•他还发现了铜盐和银盐、盐酸和硫酸的化学检验方法，并在1685年发表的“矿泉水的实验研究史的简单回顾”一文中，描述了一套鉴定物质的方法。因此，他还常被尊为定性分析化学的奠基者。近代化学实验•二定量化学实验方法论的创立者——拉瓦锡•拉瓦锡“是明确提出把量做为衡量尺度对化学现象进行实验证明的第一位化学家”，他把近代化学实验推进到定量研究的水平。•拉瓦锡从一开始从事化学科学研究，就非常善于发挥天平在化学研究中的作用，重视对物质及其变化进行定量测定。他21岁时所做的第一个化学实验，就是定量地测定石膏在加热和冷却过程中水分的变化。他一生做过很多定量化学实验，并依据实验事实揭示了“水变成土”以及“火粒子”学说、“燃素说”的谬误。近代化学实验•“水变成土”是赫尔蒙特根据他著名的“柳树实验”提出来的，后来又得到波义耳和牛顿(J.Newton，1642—1727)的赞同。•为了检验这一观点的科学性，拉瓦锡进行了如下实验：将收集到的被认为是最纯净的雨水连续蒸馏了8次；然后将这些水倒入一个特制的玻璃蒸馏器中，加热驱去其中的空气，并加以密封；用沙浴在60—70℃之间加热101天。结果发现其中确有悬浮的小片固体物出现。这似乎是水变成了土的证据。然而，拉瓦锡仔细称量了加热前后水的重量、容器的重量、以及水和容器的总重量，终于查明，水和容器的总重量在加热前后并没有变化，而且密封在瓶中的水的重量也没起变化，只是玻璃容器本身变轻了，而减轻的重量又恰好与固体悬浮物的重量相当。这样，拉瓦锡查明了那些悬浮物来自玻璃容器，从而以坚实的实验数据否定了“水变成土”的错误观点。近代化学实验•“火粒子”学说，是波义耳为解释金属煅烧后重量增加的原因而提出来的。为了检验这一假说，拉瓦锡重复了波义耳在密闭的烧瓶中煅烧金属锡的实验。•他与波义耳不同之处在于，在打开烧瓶之前对整个密闭体系进行了