现代化学与技术概论讲义(51页).doc

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1、-现代化学与技术概论讲义-第 50 页现代化学与技术概论（讲义）主讲：谢修银化学与环境工程学院二0一一年三月前言课程简介：概述现代化学科学与技术的最新发展现状、化学在自然科学中的地位与社会生活和社会发展中的作用、化学与其他学科的关系等。探讨化学学科的特点以及化学科学知识学习与教育传播的方法。课程教学目的：系统地了解化学发展的历史和规律； 了解化学自身及相关学科（如材料、环境、生命、医学、信息等）的发展对人类社会进步的重要作用；了解化学发展对人类生活的影响；了解化学学科的前沿发展领域和广阔的应用前景； 了解长大化学与环境工程学院学科发展的概况，激发学习化学的兴趣； 初步掌握学习化学的方法：查阅、

2、索取相关学习资料，认识化学实验对化学学科的重要性，了解进行化学研究所需要的知识、技能和素质。 课程教学内容：第一篇 化学科学概论第一讲 化学及其学科特点 第二讲 化学发展简史 第三讲 化学与其他学科的关系第二篇 化学技术概论 第一讲 化学合成技术 第二讲 化学分离技术 第三讲 定量分析技术 第四讲 结构表征技术 第五讲 反应测试技术课程学习要求：1. 课堂学习的“九字真经”： 听、记、查、读、览、思、疑、问、写。 2. “受鱼”或“习渔”。3. 学识与品德并重。4. 前途和利益 个人的前途与国家的前途紧密相连； 个人的利益和人民的利益紧密相连。5. 认清形势，找准方向，坚持不懈。课程学习参考资

3、料： 近代化学导论（上、下），申泮文主编，高等教育出版社，2002年第一版； 化学与社会，唐有祺， 王夔主编，高等教育出版社1997年7月第一版； 社会化学简明教程，陈平初等，高等教育出版社2004年6月第一版； 绿色化学原理和应用，胡常伟 李贤均编著，中国石化出版社2004年4月第一版； 化学简史，（英）J.R.柏廷顿编著，广西师范大学出版社2003年4月第一版； 现代化学与人类社会，何法信主编，山东大学出版社2001年5月第一版； 普通化学原理，华彤文、陈景祖等编著，北京大学出版社2005年7月第三版。 需要经常翻阅的杂志：化学通报、大学化学、化学教育。 国内外重要的化学期刊：中国科学、科

4、学通报、化学学报、高等学校化学学报；Science、Nature 第一讲 化学及其学科特点什么是化学?化学是一门关于如何创造新物质的科学，它的任务是研究物质的性质、组成、结构和化学变化及其能量变化的规律。化学学科的特点化学是一门包罗万象的学科在现实生活中，化学可谓无所不在：从星际空间有机物的进化到地面上造化万物的聚散离合，再到地层深处矿物的生成和利用，化学的对象几乎包括整个物质世界。由于物质世界永远处于动态变化之中，因此化学注定会成为我们认识物质世界的重要科学工具。 化学是一门神奇的科学在悠悠历史深处，化学发源于古人对于神秘力量的敬畏和追求。早期的金丹术士试图跨越生命和财富的自然极限，为追求更

5、美好的人生而努力。“尽管他们失败了，但是他们却完成了更伟大的工作！ -Ralph Waldo Emerson ，美国作家、哲学家化学是一门实验科学 化学是一门关于变化的科学，或者也可以说，化学是一门关于创造前所未有的新物质的科学。 Chemistry = Chem is try 化学是一门神奇的科学在金丹术士们追求长生不老以及把黑铅变成黄金的过程中，人类学会了化学实验，学会了观察总结实验现象，学会了客观分析和思考。尽管化学并没有真正把铅变成黄金，但是她创造了更可宝贵的东西；尽管化学也并没有带给我们长生不老之药，但是她带给我们健康与长寿，带给我们新的、科学的生活方式。 在17世纪末，化学作为一门

6、科学诞生了，延续了她最初的神奇。 化肥和杀虫剂启动了绿色革命，使许多国家和无数人民摆脱了饥饿的威胁； 塑料制品的普及大幅度降低了日用品的价格，使无数普通人能够过上以前只有少数人才能拥有的生活； 青霉素以及其他药物的人工合成和批量生产拯救了无数垂危的生命，使无数家庭免于破碎； 化学燃料和功能陶瓷的制备与技术革新推动了航天技术的发展，使人类得以实现飞天的梦想。当我们回顾人类的前进足迹时，总是可以看到化学家的身影。 化学变化的特点 化学变化是质变，涉及化学键的断裂和形成，即反应过程中各个原子之间的重新组合 ； 化学变化是定量变化，发生在原子水平之上，只涉及原子核外电子在分子中的重新排布，而不涉及原子

7、核内的变化（核化学除外）。因此，在化学变化中，参与反应的元素类型不会变化，即没有原有元素的消失和新元素的产生。在化学变化前后各物质的量维持恒定，服从质量守恒定律，反应前后物质的量有确定的计量关系。 化学变化伴随着能量变化，当化学键发生变化时，必然伴随着能量的变化，伴随着体系和环境的能量交换。 化学在自然科学中的地位：化学是一门中心科学材料科学电子医学制药生物学石油化工冶金环境科学食品纺织印染法医鉴定化肥农药地质学日用化学化学化学是一把开启自然奥秘的钥匙。 大千世界的无穷变化时时令我们惊奇： 花儿为什么会那么鲜艳，那么五彩缤纷？ 铁器为什么会生锈，食物为什么会腐烂？ 蜡烛为什么会燃烧？ 篝火为什

8、么会发出炙热的光芒？ 探索未知世界，揭开自然的奥秘的实践活动推动着化学的进步： 花瓣的颜色引出了酸碱概念以及酸碱指示剂； 金属的腐蚀引出了氧化还原问题； 蜡烛的故事引出了燃烧的本质问题。逐步建立起严谨的实验规范，发展出有效的实验技术，并通过归纳、推理，描绘出自然的法则。 化学是人类的无价财富 化学不仅可以化腐朽为神奇，不仅可以满足人类的好奇心和求知欲，也能解决我们身边的现实问题。 火药-热兵器-军备竞赛 -军事科学技术民用化，化学是推动人类社会进入文明时代的助力器；高档服饰、美容美发，化学是我们享受高品质生活的保障 。化学在“创新型社会”建设中的作用文明社会人类的生存环境遇到了前所未有的挑战能

9、源危机是人类社会挥之不去的阴影 -掠夺能源成为现代战争的核心价值水资源，土地资源，矿产资源日益枯竭 - 未来战争的理由臭氧空洞、温室效应有毒有害气体白色污染苏丹红事件三聚氰胺事件乌黑的江河湖泊喷着浓烟的烟囱化学之罪？ -谁来保卫我的地球我的家？误解与偏见 化学面临着前所未有的信任危机！学习化学知识的目的是造福人类化学在荆棘丛生中开辟出一条可持续发展之路 新能源 开发利用环境的保护和恢复 化学工业绿色化太阳能核能的开发利用 储能节能材料的发展 生物质能开发与利用大气保护水土污染的防治“三废”的回收利用传统化工工艺的改造第二讲 化学发展简史 古代化学与化学科学的产生 近代化学与化学学科的分支 现代

10、化学与化学学科的前沿化学的前奏古代化学与化学学科的产生人类的化学知识源于自然现象人类化学知识的发展，无论中国、埃及、希腊或印度等文明古国，都是从一些自然的化学现象开始的。动植物的腐烂、空气和水对物质的浸蚀，人们饮食在体内的变化等现象，不断地刺激着人们的感官，年复一年地印入人们的大脑。人类文明的起点火的利用在各种各样的化学现象中，使人们印象最深、影响最大的不过于火。火山爆发、陨石落地、物质摩擦、雷电轰击、植物发酵都能产生火，人们在熊熊烈火的面前，或避而远逃、或祈祷神灵、或与之对抗，久而久之通过观察、接触、试探，遂逐渐认识到火不单是对人施加暴虐，同时可以给人以福泽。火可以在寒冷中给人以温暖，在黑暗

11、中给人以光明，烧过的食物其味更鲜美，还可以驱逐野善保护人们的安全。 在一百八十万年以前，云南元谋人遗址和山西芮城西候度遗址中，发现有大量的炭屑、烧过的哺乳动物的骨骼。据考古学家的分析研究，认为这都是人类用火遗迹的证明。 五十万年前北京周口店北京人住过的洞穴里，上、中下部的灰烬层中都发现草木灰和木炭，还有烧过的石头和骨头。 西安半坡村原始社会遗址中发现室内有火炕、室外有大火沟以及采陶盘等，证明六、七千年前的半坡村人不仅在生活中已充分用火，而且在工艺生产中用了高温炉火。 中国的古籍中有钻木取火的记载，如“木与木相摩则燃”。还有燧人氏取火的传说：“民食果苽、蜯蛤，腥臊恶味，而伤害腹胃，民多疾病。有圣

12、人作钻燧取火以化腥臊，而民悦之，使王天下，号之日燧人氏”。有了火，原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康，智力也有所发展，提高了生存能力。 后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，这样，火就可以随身携带了。于是，人们不再是火种的看管者，而成了能够驾驭火的造火者。 火是人类用来发明工具和创造财富的武器，利用火能够产生各种各样化学反应这个特点，人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺，进入了广阔的生产、生活天地。化学的萌芽古代工艺化学制陶陶器是什么时候产生的，已很难考证。对陶器的由来，说法不一，有人推测：人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层

13、粘土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎。用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。 1万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。陶器的发明，在制造技术上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等在烧制过程中发生了一系列的化学变化，使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义，而且有

14、新的经济意义。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法。陶制的纺轮、陶刀、陶锉等工具也在生产中发挥了重要的作用；同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。古代工艺化学冶金在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限，于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿，约公元前3800年，伊朗就开始将铜矿石（孔雀石）和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后，便出现了青铜器。 到了公元前3000年公元前

15、2500年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡和铅两种金属。往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜（有时也含有铅），它的硬度高，适合制造生产工具。青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好，还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器，是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。 世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期（公元前6世纪）

16、已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁镈（一种锄草工具）、铁锛等农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。到了公元前8世纪公元前7世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。 古代工艺化学酿酒谷物酿酒始于何时，有两种截然相反的观点： 传统的酿酒起源观认为:酿酒是在农耕之后才发展起来的，这种观点早在汉代就有人提出了，汉代刘安在淮南子中说:“清盎之美，始于耒耜(lei si)”。现代的许多学者也持有相同的看法，有人甚至认为是当农业发展到一定程

17、度，有了剩余粮食后，才开始酿酒的。 另一种观点认为谷物酿酒先于农耕时代，如在1937年，中国考古学家吴其昌先生曾提出一个很有趣的观点:“我们祖先最早种稻种黍的目的，是为酿酒而非做饭。吃饭实在是从饮酒中带出来。”这种观点在国外是较为流行的，但一直没有证据。时隔半个世纪，美国宾夕法尼亚大学人类学家索罗门卡茨博士发表论文，又提出了类似的观点，认为人们最初种粮食的目的是为了酿制啤酒，人们先是发现采集而来的谷物可以酿造成酒，而后开始有意识地种植谷物，以便保证酿酒原料的供应。 酒曲酿酒是中国酿酒的精华所在。酿酒加曲，是因为酒曲上生长有大量的微生物霉菌，还有微生物所分泌的酶(淀粉酶、糖化酶和蛋白酶等)，酶具

18、有生物催化作用，可以加速将谷物中的淀粉，蛋白质等转变成糖、氨基酸。糖分在酵母菌的酶的作用下，分解成乙醇，即酒精。 对霉菌的利用是中国人的一大发明创造。日本有位著名的微生物学家坂口谨一郎教授认为这甚至可与中国古代的四大发明相媲美，这显然是从生物工程技术在当今科学技术的重要地位推断出来的。随着时代的发展，我国古代人民所创立的方法将日益显示其重要的作用。 古代工艺化学印染我国古代劳动人民很早就利用矿石、植物对纺织物进行染色，并在长期的生产实践中，掌握了各类染料的提取，染色等工艺技术，生产出五彩缤纷的纺织品。这些纺织品，不仅是古代人民的生活用品，也是富有民族风格的艺术品，在世界上享有很高的声誉。 古代

19、染色的染料，从天然矿物到植物染料的转变。早在六、七千年前的新石器时代，我们的祖先就能够用赤铁矿粉末将麻布染成红。 古代将原色青、赤、黄、白、黑称为“五色”。将原色混合可以得到“间色（多次色）” 原色白用天然矿物绢云母涤染，但主要是通过漂白的方法取得。漂白生丝只要用强碱脱去丝胶即可。漂白麻，在古代则多用草木灰加石灰反复浸煮。然后摊开在平铺水面的苇帘上，“半浸半晒”多日，直到麻缕极白为止。这是利用日光的紫外线在水面由于界面反应产生的臭氧对纤维中的杂质和色素进行氧化，从而起到漂白作用。 赤色最初是用赤铁矿粉末，后又用朱砂（硫化汞），但用它们染色牢度较差。周代开始使用茜草，它的根含有茜素，以明矾为媒染

20、剂可染出红色。青色，也是从蓝草里提取的靛蓝染成的，能制靛蓝的草有好几种，古代最初是用马蓝。春秋战国时已能用蓝草制靛染青色。所以荀子在，劝学篇中说：“青取之于蓝而胜于蓝”。公元六世纪，北魏的贾思佳在齐民要术中详尽地记术了我国古代用蓝草制靛的方法。这是世界上最早的制造蓝靛的工艺操作记载。 黄色染料早期主要用栀子果实中含有“藏在酸”的黄色素，是一种直接染料，染成的黄色微泛红光。 古代染黑色的植物主要用了橡实、五倍子、柿叶、冬青叶、栗壳、莲子壳、鼠尾叶、乌柏叶等。 布料印染的方法主要有两种，一种是传统的涂料印染，另一种则是与涂料印染相对的活性印染。活性印染就是在印染过程中不添加偶氮和甲醛，不含对人体有

21、害的物质，且洗涤时不褪色不缩水。活性印染与涂料印染的区别在于活性印染的手感滑软，普通的说法就是活性印染的面料看起来像丝光棉，从正反两方面看印染的效果都很好；而涂料印染的面料手感僵硬，看起来有点像油墨画效果。 至1834年法国的佩罗印花机发明以前，中国一直拥有世界上最发达的手工印染技术。 四大发明中的化学火药黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢？火药的三种原料是硫黄、硝石和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火药也是黑色的，叫黑火药。火药的性质是容易着火，因此可以和火联系起来，但是这个“药”字又怎样理解呢？原来，硫磺和硝石在古代都是治病用的药，因此，黑火药便可理解为黑色的会着火

22、的药。 火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关，在许多次炼丹过程中，曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象，经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。 黑火药发明以后一直被用在军事上。从宋朝开始，便出现了各种新式武器，例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种，用火将药线点着，把火药包抛出去，利用燃烧和爆炸杀伤对方。 大约在公元8世纪，中国的炼丹术传到了阿拉伯，火药的配制方法也传了过去，后来又传到了欧洲。这样，中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。四大发明中的化学纸纸是人类保存知识和传播文化的工具，是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前，中国古代传播文字的方法主要有：在甲骨（乌

23、龟的腹甲和牛骨）上刻字，即所谓的甲骨文；甲骨数量有限，后来改在竹简或木简上刻字。可是，孔子写的论语所用的竹简之多，份量之重是可想而知的；另外，用丝织成帛,也可以用来写字，但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸，一直流传到今天。 1957年5月，中国考古工作者在陕西省西安市灞桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造，其年代不会晚于汉武帝（公元前156年公元前87年），这是现存的世界上最早的植物纤维纸。提起纸的发明，人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重，便总结了前人造纸的经验，带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料

24、，先把它们剪碎或切断，放在水里长时间浸泡，再捣烂成为浆状物，然后在席子上摊成薄片，放在太阳底下晒干，便制成了纸。它质薄体轻，适合写字，很受欢迎。 造纸是一个极其复杂的化学工艺，它是广大劳动人民智慧的产物。实际上，蔡伦之前已经有纸了，因此，蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。 金丹术和医药化学早期的化学实验炼丹术由于生产的发展，统治阶级不仅希望提高物质享受，而且希望长生不死。在这样的时代背景下，炼丹术就应运而生了。秦始皇统一六国之后，曾派人到海上求仙人不死之药。汉武帝本人就热衷于神仙和长生不死之药，不仅是寻找自然界的长生不死之药，而且要炼制长生不死之药。到了东汉炼丹术得到进一步发展，出现了著名的炼丹术

25、家魏伯阳，著书周易参同契以阐明长生不死之说。他说“巨胜（胡麻）尚延年，还丹可入口。金性不败朽，故为万物宝。术士取食之，寿命保长久。”继后，晋代炼丹述家陶弘景著书真诰。到了唐代，炼丹术跟道教结合起来而进入全盛时期，这时炼丹术家孙思邈，著作丹房诀要。这些炼丹术著作都有不少化学知识，据统计共有化学药物六十多种，还有许多关于化学变化的记载。在炼丹中已经出现了分解反应、化合反应和置换反应。如魏伯阳的著作中载有“河上姹女，灵而最神。得火则飞，不见埃尘。将欲制之，黄芽为根。”实际上说的就是硫与汞化合生成硫化汞的反应。姹女就是汞，黄芽就是硫。他研究铅和胡粉（碱式碳酸铅）之间的相互变化：“胡粉投火中，色坏还为铅

26、”意指胡粉原来是铅制的，经火烧之后，胡粉不但色变而且变成原来的铅了。他研究汞跟其他金属形成汞齐时说：“太阳流珠，常欲去人，卒得金华，转而相亲，化为白液，凝而至坚。”太阳流珠指汞，金华指铅，汞和铅互相化合可得铅汞齐。而陶弘景对汞齐的作用所作的研究指出：“水银能消化金、银，使成泥，人以镀物是也。”炼丹术家虽然发现了不少化学知识，也提出了一些对化学有影响的炼丹理论；但由于他们的思想方法不甚科学，不是根据物质现象的分析研究，去发现物质变化的规律，而是把某些物质的性质或现象，加以主观推论作为炼长生不死之药的依据。虽然用炼丹术家的基本理论有一些合理部分，但主要方面是不科学的，因而也注定了炼丹术的必然衰亡。

27、早期的化学实验炼金术炼金术起源于古埃及，留下了最早的炼金术典籍翠玉录。在古希腊时期，最早、最可靠的代表人物是佐息摩斯。大约生活在公元350至420年的佐息摩斯相信存在着一种物质，它能魔术般地使金属出现人所企望的变化。他对这种物质的称呼，经阿拉伯传入拉丁语系后，叫做“Elixirvitae”（长生不老药），也就是类似于中国所说的“能令人不老不死”的“上品之神药”“金丹”。另一位炼金术士，活动于公元三世纪的赫米斯，是埃及的教士。作为一切有用的技艺的发明者，赫米斯受到普遍的尊重，被看作与埃及的月神有沟通，后来慢慢地被神化为“三倍大神赫米斯”，以至于他的名字，最后就直接演变成为“炼金术”。 炼金术者所

28、采用的一个相当普遍的方法是把四种贱金属铜、锡、铅、铁熔合，获得一种类似合金的物质。然后使这种合金表面变白，这样就赋给它一种银的灵气或者形式。接着再给它加进一点金子作为种籽或发酵剂使全部合金变为黄金。最后再加一道手续，或者把表面一层的贱金属蚀刻掉，留下一个黄金的表面，或者用硫磺水把合金泡过，使它看上去有点象青铜那样，这样转变就完成了。 另一种为早期炼金术者加以广泛传播的思想，是一种更原始的观念，即金属是两性生殖的产物，金属本身就有雌雄之分。这种观念在伊斯兰教和中古炼金术里的地位比较重要。 8世纪初，炼金术甚为流行，其代表人物是贾比尔伊本哈扬（721776），他是十叶派六世伊玛目贾法尔萨迪克（69

29、9765）的弟子，其著作被伊斯玛仪派奉为经典。贾比尔的七十本书和平衡书，一直被视为伊斯兰炼金术的基础理论著作，是用阿拉伯文写成的关于炼金术最重要的文献。著名的穆斯林医生兼炼金术上拉齐，开创了炼金术的新时代。他被誉为将炼金术发展为古代化学的奠基人。拉齐对化学的重要贡献，在于他对物质的分类，即将所有物质分为矿物、植物和动物三大类。他还曾对很多化学变化过程，如蒸馏、缓烧、过滤等作过详细的描述。作为一名医生，他对化学医学也很有兴趣。传统医学史上，他是将酒精分离出来并用于医疗实践的第一人。 金丹术总结 错误的动机和理论指导下的失败的实践活动； 建立了朴素的物质论的哲学体系，包括中国的“阴阳五行”学说和西

30、方的“元素论”，奠定了物质转化理论的基础； 极大地丰富了人类对自然物质的认识，包括十几种金属非金属和60多种矿物质，并将自然物质划分为：矿物、植物和动物； 掌握了加热、蒸馏、过滤等操作，发明了大量实验器具，创建了早期的化学符号； 所积累的知识和技术是近代化学和医药学的基础； 英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义：化学家和药剂师。 化学的中兴近代化学与化学学科的分支以燃素学说（The Phlogiston Theory）为代表的燃素化学时期从1650年到1775年，是近代化学的孕育时期。随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，

31、进行化学变化的理论研究，使化学成为自然科学的一个分支。这一阶段开始的标志是英国化学家波义耳为化学元素指明科学的概念。继之，化学又借燃素说从炼金术中解放出来。 燃素说认为火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能同其他元素结合而形成化合物，也能以游离方式存在。大量游离的火微粒聚集在一起就形成明显的火焰，它弥散于大气之中便给人以热的感觉，由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素”。燃素化学燃素说对燃烧现象正好做了颠倒的解释，把化合过程描述成了分解过程，但却使当时的大多数化学现象得到了统一的解释，帮助人们摆脱、结束炼金术思想的统治，使化学得到解放，在历史上起到了积极作用。尽管燃素说本身是

32、错误的，但它却引导和启发人们去思考、探索，并不断地实践、验证、修正假说或是得到新的发现。也正是在这种不断的过程中积累起来的大量的科学实验材料，为科学的燃烧理论的创立准备了条件。 定量化学定量化学时期：这个时期从1775年到1900年，是近代化学发展的时期。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，使化学沿着正确的轨道发展。19世纪初，英国化学家道尔顿提出近代原子学说，接着意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念。自从用原子-分子论来研究化学，化学才真正被确立为一门科学。这一时期，建立了不少化学基本定律。俄国化学家门捷列夫发现元素周期律，德国化学家李比希和维勒发展了

33、有机结构理论，这些都使化学成为一门系统的科学，也为现代化学的发展奠定了基础。波义耳把化学确立为科学波义耳：1627年1月25日生于爱尔兰的利兹莫城，生活在英国资产阶级革命时期，这是近代科学开始出现的时代，也是一个巨人辈出的时代。最著名的有培根、牛顿、伽利略、开普勒、笛卡尔等都生活在这一时期。 波义耳出生在一个贵族家庭。童年时，酷爱读书，常常手不释卷。8岁入读伦敦郊区的伊顿公学，学习了3年。其后他和哥哥法兰克一起到当时欧洲的教育中心之一的日内瓦过了2年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程。1641年，波义耳兄弟又在家庭教师陪同下，游历欧洲，年底到达意大利。1644年，波义耳回到战乱的英国。

34、回国后他随着同情革命的姐姐莱涅拉夫人一起迁居到伦敦。在伦敦他结识了科学教育家哈特利泊，在其鼓励下学习医学和农业，在家中建立实验室，期间阅读了大量的医药化学家的著作并从此对化学实验发生了浓厚的兴趣。开始了自己献身于科学的生活，1663年被选为皇家学会会员，1680年被选为会长。1691年12月30日，波义耳卒于伦敦，终年64岁。 波义耳的贡献 科学地定义了元素，推翻了朴素的“元素”定义； 初步的定义了酸、碱，提出朴素的酸碱理论和中和概念； 制备了石蕊、姜黄、紫罗兰花等浸液，并用它们作酸碱指示剂； 倡导用定量的方法来研究化学，把天平引入化学实验； 制得单质磷，并对磷的性质作了较详尽的研究，制造出历

35、史上第一根火柴。 建立波义耳定律；发明液体比重计。 主要著作：怀疑派化学家、关于颜色的实验和考察、空气发光、天然矿泉水实验室简编等。拉瓦锡科学燃烧学说安托万-洛朗拉瓦锡（Antoine-Laurent Lavoisier ）：法国著名化学家。近代化学的奠基人之一。1743年8月26日生于巴黎，1794年5月8日卒于同地。1763年获法学学士学位，并取得律师开业证书，后转向研究自然科学。他最早的化学论文是对石膏的研究，发表在1768年巴黎科学院院报上。 1765年他当选为巴黎科学院候补院士。1775年任皇家火药局局长。1778年任皇家科学院教授。于1777年向巴黎科学院提出了一篇报告燃烧概论，阐

36、明了燃烧作用的氧化学说。后近代化学原子分子学说的确立 化学的新时代是随原子论开始的，1803 年，道尔顿（17661844 年，英国）首次宣读了关于原子论和原子量计算的论文，其要点是：元素的最终组成是简单原子，简单原子不可分割，在一切化学变化中保持性质不变；各元素的原子在形状、质量和性质上是不同的，每种元素以其原子的质量为最基本特征；不同的元素的原子按比例结合，形成化合现象，化合物的原子叫复杂原子。他规定氢原子量为1，据此他计算了其它元素的原子量。5 年后他发表了20 种元素的原子量表，并创造了相应的原子符号。 道尔顿的原子论很好他说明各种化学现象和化学定律间的内在联系，很快为多数学者接受，成

37、为当时解释各种化学现象和探索物质结构的统一理论。特别是他提出元素以其质量为基本特征的思想，对导致元素周期律的发现起了重要的作用。 1811 年，阿佛加德罗（17761856 年，意大利）提出分子的概念。他认为原子是参加化学反应的最小质点，而分子是单质或化合物能独立存在的最小质点。分子具有物质的特性，它是由的原子组成的。化学变化是不同物质分子的原子重新组合的过程。他还提出了一个重要原理：一切气体在相同体积中含相等数目的分子。他由此创造出一种用来测定物质相对质量的实验方法。很明显，阿佛加德罗的分子说是道尔顿原子论的合理发展，可惜没有得到当时化学界多数人的理解，被冷落了近半个世纪之久。 新元素的发现

38、和元素周期律 从18 世纪中到19 世纪中的近百年里新元素不断被发现，截止1869 年共发现新元素计63 种。 1829 年，贝莱纳（17801849 年，德国）将当时已知的54 种元素按性质分组，发现了几个所谓“相似元素组”，每组都包括3 个元素，位于中间的元素不仅化学性质介乎前后元素之间，而且原子量约为前后两元素原子量的平均值； 1862，尚古多（18201886，法国）创作了一张螺旋图，他将已发现的62种元素按原子量大小顺序排列在绕圆柱上升的螺旋线上，结果显示出在圆柱同一母线上，纵向排列的各元素性质相近 ； 1865 年，纽兰兹（18371898，英国）将元素按原子量排列时，发现每隔7

39、个元素，元素的性质就会周期性重现，提出所谓的元素“八音律”； 1864 年，JL迈尔（18031895，德国 ）也按原子量大小顺序列出了一张六元素表，对元素的分族作了较好的安排。1868 年，他修改了六元素周期表，发表了原子体积原子量图，这时他的思考已趋于成熟，终于在1869 年独立地编制出元素化学周期表； 1869 年，门捷列夫 （18341907，俄国）独立地编制并发表了元素周期表。表中包括63 个已知元素，但表中还留有4 个空位，只标明原子量而没有元素名称，以此预示待发现的元素，并于1871年进行了修订。 周期律的发现奠定了现代无机化学的基础，它说明自然界的元素并不是孤立的，而是存在着内

40、在联系的统一体。学科的分支无机化学 无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科学。是化学学科中发展最早的一个分支学科。研究对象包括除碳氢化合物及其衍生物外的其他所有元素及其化合物，对它们的性质和反应进行实验研究和理论解释。无机化学在成立之初，其知识内容已有四类，即事实、概念、定律和学说。用感官直接观察事物所得的材料，称为事实；对于事物的具体特征加以分析、比较、综合和概括得到概念，如元素、化合物、化合、分解、氧化、还原、原子等皆是无机化学最初明确的概念；组合相应的概念以概括相同的事实则成定律，例如，不同元素化合成各种各样的化合物，总结它们的定量关系得出质量守恒、定比、倍比等定律；建立新概

41、念以说明有关的定律，该新概念又经实验证明为正确的，即成学说。例如，原子学说可以说明当时已成立的有关元素化合重量关系的各定律。 从教学体系上划分，无机化学的基本内容包括基本化学原理（又称普通化学）和元素化学。现代物理实验方法如：X射线、中子衍射、电子衍射、磁共振、光谱、质谱、色谱等方法的应用，使无机物的研究由宏观深入到微观，从而将元素及其化合物的性质和反应同结构联系起来，形成现代无机化学。现代无机化学就是应用现代物理技术及物质微观结构的观点来研究和阐述化学元素及其所有无机化合物的组成、性能、结构和反应的科学。无机化学的发展趋向主要是新型化合物的合成和应用，以及新研究领域的开辟和建立。 我国无机化

42、学在最近几年里所取得的突出进展主要表现在固体材料化学、配位化学方面，在某种程度上与国际保持同步发展。从传统的无机化学角度来看，生物无机化学和放射化学的研究则相对滞后。在国家自然科学基金委员会十几年连续和全体从事生物无机化学研究者的努力下，我国生物无机化学的研究10年内跃升了三个台阶，研究对象从生物小分子配体上升到生物大分子；从研究分离出的生物大分子到研究生物体系；近年来又开始了对细胞层次的无机化学研究，研究水平逐年提高。金属配合物与生物大分子的相互作用、金属蛋白结构与功能、金属离子生物效应的化学基础，以及无机药物化学、生物矿化方面都有了相对固定的研究方向，研究队伍日益年轻化。但我国生物无机化学

43、的总体水平与国际水平还有一定差距，最突出的问题是缺乏杰出的青年研究人才。放射化学的研究也表现出以上特点。 有机化学 有机化学 又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科，是化学中极重要的一个分支。含碳化合物被称为有机化合物是因为以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物（有机体）才能制造；然而在1828年的时候，德国化学家弗里德里希维勒，在实验室中成功合成尿素（一种生物分子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围，扩大为含碳物质的化学。近年来发展起来的有机硼化学、有机硅化学等极大地丰富了有机化学的研究内容。有机化学发展简史 “有机化学”这一名词于1806年首次由贝采里乌斯提出

44、。是作为“无机化学”的对立物而命名的。由于科学条件限制，当时有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的物质。因而许多化学家都认为，在生物体内由于存在所谓“生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成的。1824年，德国化学家维勒从氰经水解制得草酸；1828年他无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素。氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和尿素都是有机化合物。维勒的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击。此后，乙酸等有机化合物相继由碳、氢等元素合成，并随着合成方法的改进和发展，越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来，其中，绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的

45、。“生命力”学说渐渐被抛弃了，“有机化学”这一名词却沿用至今。从19世纪初到1858年提出价键概念之前，已经分离出许多有机化合物，制备了一些衍生物，并对它们作了定性描述，认识了一些有机化合物的性质。在有机物定量分析方面，法国化学家拉瓦锡发现，有机化合物燃烧后，产生二氧化碳和水。他的研究工作为有机化合物元素定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家李比希发展了碳、氢分析法，1833年法国化学家杜马建立了氮的分析法。这些有机定量分析法的建立使化学家能够求得一个化合物的实验式。但当时在解决有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题上，遇到了很大的困难。最初，有机化学用二元说来解决有机化合物的结构问

46、题。二元说认为一个化合物的分子可分为带正电荷的部分和带负电荷的部分，二者靠静电力结合在一起。早期的化学家根据某些化学反应认为，有机化合物分子由在反应中保持不变的基团和在反应中起变化的基团按异性电荷的静电力结合。但这个学说本身有很大的矛盾。法国化学家热拉尔和洛朗建立了有机物结构类型说。此说否认有机化合物是由带正电荷和带负电荷的基团组成，而认为有机化合物是由一些可以发生取代的母体化合物衍生的，因而可以按这些母体化合物来分类。类型说把众多有机化合物按不同类型分类，根据它们的类型不仅可以解释化合物的一些性质，而且能够预言一些新化合物。但类型说未能科学地回答有机化合物的结构问题。这个问题成为困扰人们多年的谜团。 1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念，并第一次用短划“”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由其组成的原子通过键结合而成的。由于在所有已知的化合物中，一个氢原子只能与一个别的元素的原子结合，氢就选作价的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的氢原子的个数。凯库勒还