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DevelopmentofChemistryChapter1化学的发展第1章制作:张思敬等理学院化学系2(3)了解现代化学的发展及趋势。(1)了解化学的发展史。(2)了解化学分支学科的形成与发展。本章教学要求制作:张思敬等理学院化学系31.1从经验到科学（从古代～19世纪）1.2分支学科的形成与发展（19世纪至今）1.3现代化学的发展（20世纪后半叶至今）制作:张思敬等理学院化学系41.1从经验到科学1.1.1古代的化学实践时间：上古时期（公元前三、四千年）～18世纪；历经五、六千年。活动：制陶、金属冶炼、酿造、制药等。特点：（1）积累了大量的实践经验知识。（2）没有理论指导，具有自发性、盲目性。1.1.2近代化学的建立与发展时间：17世纪～19世纪。标志：波义耳(Boyle)的元素概念（1661年）；拉瓦锡(Lavoisier)的科学燃烧学说（1777年）；道尔顿（Dalton)的原子学说(1803年）；阿佛加德罗(Avogadro)、坎尼扎罗(Cannizzaro)的分子、原子学说（1860年）。制作:张思敬等理学院化学系51.1.1古代的化学实践1制陶、瓷和玻璃中国：仰韶文化时期制陶；商代制原始瓷器；古埃及：公元前1000年左右制成玻璃器皿意义：第一，制陶、制瓷工艺使窑炉不断改进，达得了一千多度的高温，为金属冶炼作了准备；第二，制玻璃技术，制出各种玻璃仪器，成为近代化学实验所必需的器具。2金属冶炼中国、埃及、西南亚等国:公元三千多年前炼铜（铜器时代）；公元前一千年前炼铁（铁器时代）；金、银、锡、汞等金属冶炼。意义：认识了铜、铁、金、银等其他金属的性质及其冶炼技术。制作:张思敬等理学院化学系63酿造、染色和油漆中国酿酒、酿醋；古埃及和古罗马的麦酒、葡萄酒(涉及发酵技术、酶催化反应）中国古代染丝技术；古代埃及为亚麻布染色（涉及染料着色技术）中国古代漆器技术(利用天然物质制做防腐涂层的技术）4造纸、火药中国：公元2世纪，蔡伦改进、发展了造纸技术并组织规模生产中国：唐末宋初，制造黑火药（其主要成分是硝酸钾、硫磺和木炭的混合物。）制作:张思敬等理学院化学系75炼丹术和炼金术中国：始于秦汉直到唐宋，炼丹术（将汞、铅、硫等物在炼丹炉中烧制成含汞或铅的化合物，即所谓的仙丹）。阿拉伯国家及欧洲国家：中国炼丹术传到阿拉伯演变成炼金术后传到欧洲（试图将普通金属冶炼成黄金）结果：导致迷信、反科学行为，以失败告终。意义：丰富了人类对金属、对矿物乃至对整个物质世界的认识。6医药化学中国：明代李时珍《本草纲目》；欧洲：15、16世纪“医药化学”。意义：制药方法涉及众多无极、有机反应,丰富了无机物和有机物的化学知识。制作:张思敬等理学院化学系81.1.2近代化学的建立与发展1元素概念的提出中国古代“五行说”：金、木、火、水、土五种基本元素。古希腊亚里士多德（Aristotle)四元素说：“水、土、火、气”四种元素；且认为元素可以互变（影响欧洲多年）。英国波义耳(Boyle)的元素概念（1661年）：“我所指的元素，就是某种不由任何其他物体构成的原始的和简单的物质，或是完全没有混杂的物质，它们是一些基本成分，一切被称为真正的混合物都是由这些成分直接混合而成，并且最后仍分解为这些成分。”（相当于现在说的单质，使人们的思想从束缚中解脱出来。）。制作:张思敬等理学院化学系92科学燃烧学说的确立古代观点：火是一种元素。17世纪：德国化学家贝歇尔（Becher)和施塔尔(Stahl)提出了所谓“燃素说”:火是由元素细小而活泼的微粒构成的物质实体。18世纪：法国化学家拉瓦锡(Lavoisier)“燃烧概论”:总结自己和前人的化学实验结果，说明“燃烧”是因为有氧气存在，从而建立了科学的氧学说。氧学说的意义①对燃烧现象给出的科学的解释②否定了燃素说，使人们彻底摆脱了炼金术中关于“灵气”、“精灵”之类迷信思想的束缚，使化学研究真正建立在科学的基础上。（多数化学史学家认为拉瓦锡是近代化学科学的奠基人）。制作:张思敬等理学院化学系103原子-分子理论的建立1803年英国的道尔顿(Dalton)提出：元素的最终组成称为简单原子，原子是不可见的，不可再分割的。他们在化学变化中保持其本性不变。同一元素的原子其形状、质量及性质都相同，不同原子的形状、质量及性质各不相同，每一种原子的原子质量是它最基本的特征；形成化合物时，不同元素的原子以简单的比例数结合。(很快被化学家接受。）产生的问题：道尔顿和盖吕萨（Gay-Lussac)的争论、人们测定原子量得不到统一的数据等。制作:张思敬等理学院化学系11意大利阿佛加德罗（Avogadro)提出分子的概念,并把分子与原子概念区别开来:指出在游离状态下单质或化合物能独立存在的质点是分子而非原子，而原子是参加化学反应的最小质点。后经意大利化学家坎尼扎罗（Cannizzaro)充实和完善确立了分子-原子理论。制作:张思敬等理学院化学系121.2分支学科的形成与发展化学无机化学有机化学分析化学物理化学结构化学……制作:张思敬等理学院化学系131.2.1无机化学1新元素不断被发现•通过分析和处理矿石发现新元素：例如铂系元素的钯、铑、锇、铱和钌等（1803～1840）•通过电解金属盐类发现新元素：例如钾、钠、钙、锶、钡、和镁等（1807～1825）•用分光镜观察研究火焰颜色发现新元素：例如铯、铷、铊、铟等（1860～1863）（积累了大量有关无机物的性质、制备等知识）制作:张思敬等理学院化学系142元素周期律的发现•大量元素、无机化合物及其性质的积累为发现元素周期律打下了基础（到1869年已经发现69种元素及大量的无机化合物）。•相似元素组的发现：例如（1）锂、钠、钾；（2）钙、锶、钡；（3）氯、溴、碘；（4）硫、硒、碲等。（1829年，德国的德贝莱纳Döbereiner)•人们发现原子量是元素的重要特征：相似的元素组不应限于三个元素；在相似元素组中，各元素的原子量之差往往是8或8的倍数(1850年，德国的培顿科弗Pettenkofer)。制作:张思敬等理学院化学系15•元素周期律的诞生：1862年，法国人尚古多（B.deChancourtiois)提出“螺旋图”；1868年，德国的迈尔（Meyer)发表“原子体积周期性图解”；1869年，俄国的门捷列夫（Mendeleev)发表“元素周期律表”。(共同点：发现元素性质随着原子量大小呈周期性变化。）制作:张思敬等理学院化学系163无机化学的发展周期律建立之后，人们有目的地去发现新元素及其化合物，无机化学得以快速发展。•发现更多的元素和无机物；•认识更多的无机物反应规律；•揭示无机物的结构以及结构与性质的关系；•研究和开发无机物在生产和科学实践中的应用价值。制作:张思敬等理学院化学系171.2.2有机化学1从有机化合物的提取和提纯到有机物的人工合成1824年之前：从天然的植物或动物中提取、分离和提纯有机物：例如酒精、乳酸等；1824年：德国的维勒(Wöhler)，首次从无机物人工合成出了有机物——尿素，打破了无机化合物和有机化合物的绝对界限。1824年之后：有机合成迅速发展；1965年，我国科学家在世界上首次人工合成了蛋白质——胰岛素。制作:张思敬等理学院化学系182从有机元素分析到有机结构理论•从1781年拉瓦锡（Lavoisier)开始，经盖-吕萨克(Gay-Lussac)、泰纳(Thénard)、贝采里乌斯(Berzelius)、李比希(Liebig)等人的努力，建立和完善了有机分析方法。•1832年，维勒(Wöhler)和李比希提出基、取代基的概念。•1834年杜马（Dumas)提出取代学说。•1843年日拉尔（Gerhard）提出“同系物”概念；•1858年凯库勒（Kekulé)和库帕（Couper)提出有机物的立体结构：碳四价、碳链、四面体构型；•1865年凯库勒（Kekulé)提出苯的环状结构模型。制作:张思敬等理学院化学系193石油有机化学的发展•北宋时期，沈括创造了用石油碳黑代替松木碳黑制造墨的工艺；•19世纪下半叶从石油中提炼煤油、汽油、柴油作为能源用；•20世纪石油化工：裂解、聚合、重整、异构化、取代等，制备化工原料、化工产品；•20世纪末至今：绿色石油化工。制作:张思敬等理学院化学系204高分子化学•天然橡胶的利用和改性（1872年以前）；•第一个人工合成高分子化合物-酚醛树脂：1872年在实验室中合成，1910年建厂正式生产；此后，其他的高分子化合物先后被合成。•高分子化合物结构的认识：20世纪初测得天然橡胶的结构应为–CH2–C=CH–CH2–，至于它通过何种方式CH3形成了橡胶分子，有人曾提出由二聚环或5-7聚环缔合而成，直到1924年毕克斯明确提出天然橡胶是高分子量的大分子，高分子化合物的概念才被人们接受。•高分子材料应用：高分子材料已经成为国民经济中不可缺少的材料。包括合成塑料、合成橡胶、合成纤维等。制作:张思敬等理学院化学系211.2.3分析化学1早期的化学分析古代，冶金过程中的矿物分析：外观、焰色、晶体形状；1685年，英国波义尔(Boyle)的《矿泉的博物学考察》：利用植物汁液与金属反应、沉淀反应等作定性分析；利用溶液中的反应检验物质：例如以硫酸检验钙，以硝酸银检验岩盐和矿泉水中的硫等；吹管试验：将要化验的金属矿样放在一块木炭的小孔中，然后用吹管将火焰吹到它上面，使一些金属氧化物熔化并被还原，根据这些金属的重量估算矿物中的金属含量。制作:张思敬等理学院化学系222定性系统分析方法的产生1821年，德国汉立希(Heinrich)提出初步试验，分组检验的概念；1829年德国罗塞(Rose)提出了一个系统分析图表。利用盐酸、硫化氢、碳酸铵、磷酸钠等作为沉淀剂，区分各组离子是否存在；1841年，德国伏累森纽斯（Fresenius)提出了更为清晰的系统分析方案。他把常见金属划分为六个组并说明了各组离子性质的不同。例如，第一组钾、钠和铵的硫化物和碳酸盐都可溶于水，氧化物的水溶液使石蕊变蓝；第二组钡、锶、钙和镁的氧化物较难溶，其硫化物则易溶于水，其碳酸盐、磷酸盐难溶等。从此，系统的定性分析方法基本成型。制作:张思敬等理学院化学系233定量分析法的确定与发展重量分析法：到18世纪中叶，已被用于金属、矿物和岩石的分析上。瑞典的贝格曼（Bergmaen)、贝采里乌斯(Berzelius)、德国的伏累森纽斯(Fresenius)对定量分析的发展做出了重要的贡献。在方法上：懂得了换算金属重量的方法；在技术上：制造出了高灵敏度的天平以及其他的重量分析仪器。容量分析法：在18、19世纪，纺织、肥皂、制碱、玻璃、食品等行业的发展需要快速检验化学品，法国的盖吕萨克（Gay-Lussac)等对容量法的产生和发展做出了重要贡献。容量法主要是指各种滴定法，包括酸碱滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定、络合滴定等。制作:张思敬等理学院化学系244仪器分析的发展发射光谱：18世纪下半叶~19世纪上半叶，先后发现（或发明了）焰色反应（德国马格拉夫Marggraf）-火焰光谱仪（英国塔尔波Talbot）-分光镜制成的光谱分析仪（基尔霍夫Kirchhoff和本生Bunsen）等。吸收光度法：19世纪30~40年代，人们发现一些显色剂可使金属离子显色。法国人布古厄（Bougouer1729年）和德国的比尔（Beer1852年）的研究工作发现了吸收定律。制作:张思敬等理学院化学系25原子吸收分光光度法：1953年澳大利亚沃尔什(Walsh)提出了利用原子吸收光谱的分光光度分析法并制作了第一台简易的原子吸收分子光光度计。色谱法：1861年申拜恩(Schönbein)和高贝尔斯莱德(Goppelsröder)发现，无机盐溶液、有机染料等在滤纸上的“爬行”速度是不同的。据此人们逐渐开发了气相色谱、液相色谱等。电化学分析法：pH计、离子选择电极、极谱分析仪等。制作:张思敬等理学院化学系261.2.4物理化学1热化学与热力学1780年拉瓦锡（Lavoisier)和拉普拉斯(Laplace)用冰量热计测量热；1836年盖斯