人教版简明化学史实--简明化学史实.pdf

《人教版简明化学史实--简明化学史实.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版简明化学史实--简明化学史实.pdf（62页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、一、化学史实的若干问题（一）火的利用火的利用是人类最早有意识控制和利用的化学变化，也是人类支配自然的伟大开端。自然界的火是屡见不鲜的。那陨石落地、雷电轰击都能产生熊熊大火。开始人类也跟野兽一样对火望而生畏，不敢靠近。人类通过长期实践逐步获得经验：在茫茫黑夜里火可以给人光明，在天寒地冻的日子里火可以给人温暖。在猛兽袭击时，火可以帮助人驱赶它们。那些偶然被火烤焦了的动物，味道更是鲜美。于是，原始人逐渐了解火的用途，开始人为地控制它、利用它。人类对火的利用分两大阶段。第一阶段是利用天然火，第二阶段才是掌握人工取火的技术。大约距今300万年前，人类就知道利用天然火来烧烤兽肉和植物果实，驱赶难以抵挡的野

2、兽，使火成为提供美味食物和保护人类自身的工具。但是，利用天然火种必须不断添薪加料，还要派专人看护。一旦看护不当或风吹雨淋，火就会熄灭，这将会给部落带来沉重的灾难。因此，为了人类的生存，不得不发明人工取火的方法。大约距今50万年前，人类已学会使物体摩擦而生火。古今中外的许多古书都记载钻木取火的事实。我国古书中的燧人氏，据说是我国第一个钻木取火的人。至今，人们把他当作火神来纪念。最初，人们从打击石器或摩擦石块产生火花。人类从此得到启示，知道物体摩擦能生火。于是，使用兽骨制成骨锥，在硬木上来回猛砸，硬木就会愈来愈热，闪烁的火花把准备好的干草点燃。从天然火的利用，到人类自己能够控制和产生火是一个飞跃。

3、从此，人们使猎物变成美味，使粘土变成陶器，使矿石变成金属。这正如恩格斯所说的“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人同动物分开”。利用火是人类走向文明的起点。（-）古代的冶金术在所有金属元素中，铜最早被人类广泛利用，无论东方或西方都是如此。自然界存在的天然铜最先被人类加工成器皿。例如，距 今4000年前埃及法老坟墓中的器具、巴比伦废墟中发现的铜饼和我国甘肃武威县娘娘台出土的新石器晚期遗址中的铜器等。天然铜毕竟十分稀少并常常夹杂少量铜矿石。人类在获得烧制陶器高温的同时，很自然地学会用炭还原铜矿石的技术，炼铜技术就应运而生。自然界铜矿常含有锡、铅等多种金属氧化物。在用炭还原铜时，它们一起

4、被还原出来。这样，青铜的出现就顺理成章了。混入锡的铜，熔点能降到800,硬度增加一倍，可铸性也大大增强。这就是人类在石器时期结束后很快进入青铜器时期的原因。人类炼铁比炼铜要晚得多，主要是因为炼铁的温度比炼铜高得多。最早被人们利用的是天上掉下来的陨铁，经简单加工成器皿，这当然满足不了人们的需要。直到距今2000多年前，东西方的文明古国如埃及、巴比伦、印度、中国等才先后掌握炼铁的技术。最原始的炼铁术是固体还原法，就是在碳不完全燃烧下产生一氧化碳，使铁矿里的铁还原成块铁。由于温度不高，生成的铁以固体状态逐渐沉到炉底，只有等它冷却后打破炉子取铁。这种冶铁方法很不经济，而且制得的块铁质地疏松，含有大量杂

5、质，必须经过反复锻打，除去杂质后才能使用。古诗中有“十年铸一剑，今日把示君”，就是这个道理。我国使用块铁的时间很短，这应归功于我们祖先发明的鼓风机。据考证，在春秋战国时期，我国已使用鼓风机，它能使炼铁炉的温度高达1200o由于炉温高于生铁的熔点，因此生成的生铁以液态流到炉底。这样人们可以毫不费力地把熔铁（铁水）从炉底放出，然后浇铸成型。由于使用鼓风机，使大规模炼铁成为可能。到西汉，我国劳动人民又发明用掺碳和淬火技术的“百炼钢”。这就是先将粗炼得到的块铁掺碳，使它熔成铁水，然后锻打成钢，再加热到红,突然放到冷水中，就变成坚硬无比的钢。在汉代，我国人民还发明炒钢术，先将生铁烧到半液态并搅拌，利用空

6、气里氧气脱碳，达到人们所需的含碳量后淬火成钢。到南北朝，我国人民又发明灌钢技术。先把生铁炒成熟铁，然后同生铁一起加热，熔化成铁水，再灌入熟铁中，使熟铁里的含碳量增加，达到钢的含碳量。这个方法能准确地掌握人们所需要的含碳量，还能大大提高钢铁的产量。这个方法在近代炼钢法发明前应算是古代最先进的炼钢方法。西方至少比我们晚1000多年。此外，金、银、锡、铅、锌等金属的冶炼技术，我国劳动人民都走在世界的前列。三）古代有机化学工艺人类最早的有机化学工艺是酿酒。有趣的是，四大文明古国埃及、巴比伦、中国和印度都在差不多时间，不约而同地发明酿酒工艺，这大概跟这些国家的农业生产水平接近有关。酒的原料是谷物，用作发

7、酵的催化剂是曲。这是人类最早利用酶催化谷物水解，制作酒精的方法。我国人民在酿酒工艺上有独特贡献，很早就总结出一整套酿酒经验，包括原料选择、制曲、渣料处理、蒸煮条件、用水标准、设备以及蒸储技术等。这跟埃及人用麦制啤酒的经验可算得上并驾齐驱。染色比酿酒工艺稍晚，它的发展很不平衡。中国是最早发现蚕丝并用它织成绸缎的国家。早在商周时期，劳动人民就发明黑、赤、黄、白、蓝五种染料。到秦汉，染色技术进一步发展。1972年，马王堆出土的汉代丝织物，颜色鲜艳，千年不变，可见我国古代染色技术的高超。埃及是最早发明用金属盐作媒染剂染色的国家。相传在距今3000年前，埃及人就用茜根汁加金属盐来染木乃伊的包裹布。地中海

8、沿岸部落最早用动物染料海螺把织物染成紫色，专门给帝王贵族制衣。这种染料因此叫王冠染。总之，古代人只能从天然的动植物或矿物中获得染料，产量之少可想而知。油漆也是中国古代人民的一大发明。在距今4000年前，我国劳动人民就把漆树的汁经简单处理后涂在物体表面，形成层高聚物的膜，以保护器具不受空气中氧气、水的腐蚀。在春秋时期，人们已经把桐油和漆合用，成为油和漆共用的创举。稍后又发明在油漆中掺入催干剂和颜料，如加入密陀僧（氧化铅）、土 子（二氧化镒）等。这不仅提高漆器的生产效率，还能制出五颜六色的漆器。1972年长沙马王堆一号汉墓驮侯夫人墓中许多漆器，不仅外形图案栩栩如生，而且完好如新，堪称世界奇迹。亚洲

9、的其他国家使用的油漆技术都是来自我国。欧洲直到17世纪才有漆器,造漆技术也是从我国传去的。（四）陶器和瓷器的烧制陶器是粘土经过成型、干燥和烧制制得的一类制品。在陶器发明前，人们盛物用瓢、凹石、蚌壳等天然盛器。人类为了加热食物，只能用灼热的石块不断投入有食物的水中，一直到水沸料熟为止。因此，当时人们急需一种能耐热、轻便而坚固的盛器。距 今7 8千年前的新石器时代，人们发现粘土有可塑性。只要把粘土做成不同形状毛坯放到火上烧烤，使粘土中的矿物起化学变化后，能生成一种新的物质陶。距 今4000年时，由于燃烧温度进一步提高，专门制坯用的陶轮的发明以及在粘土中加氧化铁等掺和剂，使得陶器的生产大为改观。例如

10、，我国龙山出土的黑陶整体均匀，壁薄如纸。仰韶出土的彩陶，已经有掺入氧化铁而成为红色和掺入氧化镒而成为黑色等有彩色的陶器了。到唐朝，彩陶的制作达到登峰造极的地步。它的釉彩有黄、绿、褐、蓝、黑、白等，再加上烧制技术的研究，成为中国有名的唐三彩。瓷器是在制陶的基础上发展起来的，也是我国古代人民的一大发明。到我国汉代，在技术上的三大突破，促使瓷器诞生。其一，原料的选择和加工，选含铁量在1 2%的粘土如高岭土，经过筛、洗、淘等步骤，最后做成坯。其次是釉的使用，釉 是 种 氧 化物，也是助熔剂。原始瓷器涂的釉主要成分是氧化钙，后来逐渐发展成铅釉、铜釉、钻釉等。第三是燃烧温度进一步提高，这一点要归功于燃料质

11、量的提高，如用硬煤代替炭。另外，鼓风设备的发明和瓷窑的设计，使窑温高达1200以上。正因为上述技术的进步，在东汉末年我国人民已能烧出铮铮有声、表面光洁的青瓷。到以后的唐宋明清，更是一日千里地发展。自古至今，千姿百态、色彩缤纷的中国瓷器，可谓世界一绝。欧洲制瓷术是从我国传去的。17世纪末意大利教廷曾专门派一个叫安特略的神父来中国景德镇学制瓷技术。到1709年德国才能生产硬质粗瓷，1740年法国、德国才能烧制真正的硬质瓷。所以在英文里中国和瓷器是同一个词(China),其原因就可想而知了。(五)造纸术的发明造纸术的发明是人类走向文明的一个重要里程碑。因为纸为人们交流成果、记录知识、传播思想起无法估

12、量的作用。因此，它是中华民族的伟大发明之一。历史最早记载用纸的是汉武帝的儿子刘据，曾因鼻子太矮，用纸掩着鼻子去见汉武帝。1957年，我国考古学家在陕西坝桥发掘西汉墓时，发现几卷长宽不到10厘米的纸。它的质地细薄均匀，颜色泛黄，经分析是麻纤维纸。由此可见，在公元前90年，我国劳动人民已能用麻皮渍水，打造出麻纤维纸了。但是，麻纸价格昂贵，只有达官贵人才用得起。公元2世 纪 初（公 元105年），东汉和帝的宦官蔡伦总结秦汉以来造纸经验，对造纸技术做了一番重大革新。蔡伦用价廉的树皮、麻头、破布、破鱼网等作原料，经浸渍、碎切、淘洗、泡讴等工序，用石灰水蒸煮,然后漂絮，杪成纸，干燥后成为价廉物美的纸。蔡伦

13、发明的工艺，使造纸的速度加快。同时，他使纤维分得更细从而提高纸的质量。从此，纸代替竹帛成为现实。蔡伦以后，我国劳动人民对造纸技术还作了不少改进。各地根据不同原料，制造出各类纸，如藤纸、褚纸、竹纸、蠲纸、宣纸等。特别对纸张的防腐和保存技术也有杰出贡献。例如，写经卷的硬黄纸，就是经铜盐、锌盐溶液处理，使纸经儿百年后还能保存良好。西方用纸约在公元700年以后，比我国晚500多年。据考证，公元751年唐大将高仙芝跟阿拉伯人作战时，曾随军带有部分造纸工人。后来,这些工人被俘虏，造纸术才传入中东国家，再由中东传到西班牙、意大利等西欧国家。（六）黑色火药的发明火药顾名思义是能发火的药材;这是因为原始火药的主

14、要成分硝石、硫粉和炭粉都是古代重要的药材。它们混合成火药的颜色是黑的，因此叫黑色火药。黑色火药是在距今1000多年的唐代发明的，世称我国四大发明之一,也是我国劳动人民为世界科技事业发展作出的重大贡献。黑色火药的发明过程大约如此：我国炼丹家在很早就接触过硝石、硫黄和木炭等物质，当它们相混合摩擦或打击时常会发火。汉代炼丹家魏伯阳就用硫黄来检验硝石的真假，经过剧烈摩擦，如果是真硝石，遇硫会很快燃烧。南北朝炼丹家陶弘景也明确指出，硝石遇到赤热的木炭会发生爆炸性燃烧。唐初炼丹家孙思邈更进一步指出伏硫黄法中硝石、硫黄和皂角焙烧的炭粉混合后可产生剧烈燃烧。至此可以说，我国人民已经掌握黑色火药的制作和性质，所

15、以我们通常认为孙思邈是火药的最初发明者。到唐末，火药开始用于军事。火药成分配比更为科学，大体上是硝石75%、硫 粉15%、炭 粉10%。到宋代，火药生产的规模一再扩大，国家专门成立攻城作(兵工 厂)，其中有一个专门生产火药的车间火药窑子，规模已达每天几吨乃至几十吨的水平了。火药用于民间娱乐比用于军事晚得多，大约在南宋初年，因为当时的许多文献中已有劳动人民买爆竹和烟花过年的记载。火药西传先是宋朝年间的满族人从汉人那儿学会制造火药的技术，再传给蒙古人。蒙古人横行欧亚，又把制火药技术传给阿拉伯人。英国人培根再从阿拉伯人那里获得火药配方。这时的欧洲才有火药，比我国已晚了儿百年。火药的发明是化学史上的一

16、个里程碑，也是中华民族为人类作出的杰出贡献之一。(七)从燃素说解体到氧化说建立17世纪以来，欧洲的资本主义生产关系逐渐确定，工业蓬勃发展，冶金、陶瓷、肥皂、玻璃等工业发展很快，人们急需了解燃烧的本质。于是科学家们把注意力集中在探究燃烧的秘密上。到了 1703年，德国医生兼化学家贝歇尔(J.J.Becher,16351682)和他的学生施塔尔(G.E.Stahl,16601734)共同提出著名的燃素学说来解释燃烧现象。他们认为：“燃素是一种很微小的物质,它能穿过稠密的物质。燃素本身既不燃烧又不发光，也不可见。但是，一旦它迅速运动，就能将它的运动传递给接受它的物质粒子，产生火光。火就是一堆燃素的聚

17、集体。”世界一切可燃物或多或少都含有燃素，含燃素多的物质如油、木炭，燃烧就剧烈，而黄金、石头不含燃素，因此不能燃烧。1723年，施 塔 尔 在 化学基础一书中系统地提出燃烧是构成物质的 种 元 素，一切跟燃烧有关的化学变化都可以用燃素学说来解释。可燃物燃素=灰烬如木炭燃烧重量减轻矿 石 璘 素（由炭放出）熔 金 属（重量增加）金 属 屿 灰 烬 璘 素燃素说在初期还是有它的功绩的，那就是化学家有了自己的学说，从而摆脱炼金术玄妙理论对化学界的束缚，所以恩格斯还称赞它“借燃素说从炼金术解放出来”。然而，一种学说是否正确必须经得起实践的检验。燃素说在事实面前却吃了败仗。首先，燃素谁也没有看见过，又不

18、能用实验事实证明它的存在。其次,燃素学说在许多实验事实面前显得束手无策。例如，燃素说认为燃烧就是燃烧物失去燃素，然而金属燃烧时重量反而增加。又如，石灰石受热失重,只跟放出气体有关而跟燃素存在与否毫无关系。如此矛盾百出、是非难分的理论，统治化学界竟达百年之久，使许多明智的学者感到观念非变更不可了。1774年，英国化学家普利斯特里（J.Priestley,17331804）用聚光镜加热氧化汞得到了氧气。当时，他不知道这是氧气。次 年11月，当他到巴黎讲学时，把这个制氧的实验在法国科学院当众表演，被在场的法国化学家拉瓦锡看到。拉瓦锡得到启示，苦思好儿天后，终于设计出一个有划时代意义的实验（见下图）。

19、他在曲颈甑里放入4哂汞，曲颈甑用玻璃钟罩罩上，并且跟水银相通。钟罩和甑的体积是50立方时。把曲颈甑在火上加热，开始时汞沸腾了。加热到第二天，汞面浮起红色鳞斑状渣滓。继续加热，渣滓不断增加。连续加热12天，到红色渣滓不再增加才停止实验。冷却后测定空气的体积是42立方口寸，减 少1 /5。红色渣滓重45嘱，比原先的汞重。把点燃烛火伸入玻璃钟罩内，烛火立即熄灭。放进小鼠，小鼠立即窒息而死。接着，拉瓦锡把红色渣滓收集起来加热分解,又得到汞和无色气体，汞重量为4呐，收集到的气体体积正好等于原先减少的体积。把这个气体再放入钟罩内，得到的混合气跟空气性质完全一样。至此，拉瓦锡已有足够论据推翻燃素说，同时建立

20、崭新的氧化学说了。他在论文中写道：“燃素学说只能给化学家一个玄妙的东西，它使人捉摸不定，可以任意解释，愿意如何说就如何说。有时说有质量，有时说没有质量，有时是自由之火，有时是土化合之火它简直成了变色虫，每时每刻都可以改变面貌。”拉瓦锡进一步指出燃烧决不是可燃物放出燃素，而是它跟空气中的氧气发生猛烈的作用，从而放出光和热来。空气是混合物，它由能维持燃烧的 氧 气（约 占1/5）和不能支持燃烧的氮气（约 占4/5）混合组成。物质在空气中燃烧必须消耗氧气。金属在空气中加热时，金属跟氧气化合而生成氧化物，因此质量增加。非金属和有机物在空气中燃烧，由于生成气态非金属氧化物或水等，散逸到空气中，剩下灰烬，

21、因此质量比先前减轻。拉瓦锡氧化学说的建立，是化学史上一次伟大革命，也是一个伟大的里程碑。它推翻了统治化学界100多年的燃素说，代之以科学的氧化说,从而使化学在科学的道路上勇猛前进。八）物质不灭定律的发现物质不灭定律是最早载入化学史册的定律，它是由俄国的罗蒙诺索夫和法国的拉瓦锡各自独立发现的。1747年，罗蒙诺索夫把金属放在密闭容器里加热，发现无论加热多长时间，金属的质量不起变化，只有打开瓶口加热，金属的质量才会增加。他做了许多次实验后，便 于 1748年 7 月 5 日得出结论：一切发生在自然界里的变化，实际情况总是这样，在一种物体里消耗多少，在另一种物体里就会增加多少。到 1758年，罗蒙诺

22、索夫在 论物体的固体性和液体性论文中更进步提出：参加化学变化的物质的总质量，一定跟生成物的总质量相等。”罗蒙诺索夫的实验用金属加热在定量化方面受到限制，虽然已发现物质不灭定律，但没有引起化学界注意。法国化学家拉瓦锡以精湛的实验技术和严格的定量方法，独立地发现物质不灭定律，并立即为化学界公认。拉瓦锡做的是糖发酵生成酒精的实验。这是个复杂的生化反应。他把 100磅糖、400磅水和含有7磅水的酵母溶液混合，让它充分地发酵,发酵后定量测定的结果是放出气体含二氧化碳35磅，水蒸气14磅，余下 460磅的液体中含水、酒精、醋酸、糖和酵母。止 匕 外，拉瓦锡还做了许多化学实验，称量它前后变化的质量，总是恒等

23、的。于是他在他的名著 化学概要中写道：“无论是人工或是自然的作用，都没有造出什么新东西，物质在每一化学变化前的数量，等于反应后的数量，这可以算是公理。”在书中他还用原始的化学反应式来表达物质不灭定律。葡萄汁”碳酸+酒精至此，物质不灭定律作为化学家发现的第一个定律载入史册。（九）在论战中诞生的定组成定律定组成定律可以说是在一场大论战中产生的。在 18世纪末期，欧洲化学界对化合物的组成有两种截然不同的看法。-派以法国化学家贝托莱（C.L.BethOllet,17481822）为代表，认为世界上一切化合物的组成是不固定的，即不同地方不同途径得到的化合物组成可以不一样。另一派以法国年轻化学家普鲁斯特（

24、J.L.PrOust,17541826)为代表，认为每一种化合物的成分是固定的，在不同地方用不同方法得到的同一化合物，组成必定相同。贝托莱在当时已很有名望，他的名著 论亲合力早已问世，被化学界视为权威著作。因此，他在论战中开始处于十分有利的地位，他列举溶液、合金、玻璃以及许多氧化物的实验来证明自己的观点。但是年轻的普鲁斯特决不示弱，也列举各项实验结果来反驳贝托莱的观点。双方各不相让，论战一直持续8个年头。可贵的是论战自始至终都在彬彬有礼地摆事实、讲道理的情况下进行。论战的焦点是：(1)贝托莱认为化合物的形成不需要有严格的比，化合物能以最高的比和最低的比之间任意化合，例如铅在空气中加热，能吸取氧

25、气而得到一系列化合比渐变的氧化物。普鲁斯特反驳理由是：几种相同元素化合可以生成几种化合物，它们之间的变化是突变的，而非以任意比混合。他认为贝托莱制得的铅的组成不同的氧化物实际上是铅、氧形成的不同化合物。(2)贝托莱认为：化合物的组成视生成条件的不同而不同，即参加反应的各组分物质的质量的多少会影响组成。普鲁斯特反驳无论天然的化合物和人工制造的化合物，组成应是完全相同的。例如，1799年他分析天然碳酸铜和人工合成碳酸铜所含的铜、氧、二氧化碳等组成完全相同。正如他论文 铜的研究中所说的“100磅铜溶于硝酸中，然后用碳酸钠使它沉淀，总是得到近似180磅的绿色碳酸盐”。(3)贝托莱用实验证明溶液、合金、

26、汞齐等组成不一定。普鲁斯特反驳：溶液不是化合物而是混合物，许多合金、汞齐也并非组成固定的化合物。经 过8年的论战，由于普鲁斯特的论据充分，使原先支持贝托莱的化学家纷纷转向普鲁斯特。难能可贵的是，作为有权威的化学家贝托莱在事实面前向普鲁斯特认输。从此，定组成定律-切化合物有一定组成作为化学基本定律之一截入化学史册。定组成定律的发现，使以前混淆的化合物和混合物的概念得以分清。化合物是组成一定的纯净物，而混合物是各种组分混合一起，相互不保持独立性质的混合体。现代化学的发展认为定组成定律仍有例外。例如，同一种化合物分子中如果含有同一元素的不同同位素的原子，那么组成成分的质量比就会不同。例如，原子反应堆

27、用来减低中子速度的水，其质量组成百分比是氧79.9%、氢20.1%,而普通水中氧为88.9%、氢 为11.1%。又如，钛的氧化物有TQo.6T35,铁 有FeCko6”9等贝托莱化合物。所以，辞海中对定组成定律释文中说有例外，就是这个原因。这好比牛顿定律在一定范围内适用，而在解释微观世界时就无能为力一样。应该说，在大多数情况下，定组成定律还是符合客观事实的。十）原子学说的建立自从我国的墨翟和希腊的德谟克利特独立地提出原子概念后，儿乎2000年无多大进展，直 到17世纪才有所改观。公元650年，伟大科学家牛顿才旧事重提说“依我看，有可能在一开始上帝就以实心的、有质量的、坚硬的、不可分割的、可活动

28、的粒子来创造物质它有大小和外形以及其他属性，并占据一定质量”。牛顿还进一步假定粒子通过某种力量彼此吸引，当粒子接触时，这种力特别强；粒子间距离小时，这力能使粒子间发生化学反应，距离大时就显不出作用了。后来的波义耳十分崇拜牛顿，并发展牛顿的看法。他十分注意粒子跟物质构造的关系，认为液体能蒸发，固体会升华、盐溶解后能通过滤布微孔等，这都如牛顿所说，它们是由无数个微粒构成的。1741年，俄国化学家罗蒙诺索夫在 数学化学原理一书中说到“切物质都是由极微小的和感觉不到的粒子组成的，这些粒子在物理上是不可分的，并且具有相互结合的能力，物质的性质就取决于这些微粒的性质”。1789年，英国化学家息金斯在 燃素

29、说及反燃素说的比较研究一书中首次提出粒子彼此相互化合的设想，并用图解说明氧和氮的结合。从牛顿到息金斯，对物质看法可以说一个比一个深入，但是他们始终未上升到系统理论上来，最后，由英国化学家道尔顿完成了这一使命。(道 尔 顿(JOhn)DaltOn,17661 8 4 4)出身工人家庭，家境清贫，全仗自学成才，从小学教师到中学教师以至大学讲师和教授。年轻时，道尔顿就是一个气象迷，对大气性质感兴趣。在做许多气体实验时不得不假定它们是由同样大小的微粒构成的。1801年道尔顿发现混合气体的分压定律，接着他又和他的助手兼好友 亨 利(W.Henry,17751836)共同发现气体溶解定律。研究这些规律，使

30、道尔顿得到如下结论：“气体的性质决定于每种气体的粒子数和质量对粒子本身的相对质量的研究是我的一个课题。”1803年 9 月 6 日道尔顿用别开生面的方式来庆贺自己的生日系统提出原子说，其要点如下：(1)元素是由非常微小，不可能再分的微粒即原子组成的。原子在化学变化中不能再分，并保持自己的独特性质。(2)同一元素所有原子的质量和性质完全相同，不同种元素原子质量和性质各不相同。原子的质量是每一种元素基本特征之一。(3)不同元素化合时，原子以简单整数比结合。化合物的原子叫复杂原子，复杂原子的质量等于它的组分原子质量的和。上述要点能完满解释当时一切化学基本定律。例如，由于原子在化学反应中质量不变，能解

31、释化学变化前后的质量恒等。又如一切化合物的复杂原子是由各种简单原子按一定的数量比结合而成的，因此，化合物中各元素间有恒定的质量比也就十分自然了。此外，道尔顿还选定氢为基准，测定各元素的原子量，开创测定原子量的先例。尤其值得一提的是，道尔顿以他提出的原子说出发，从理论上推出倍比定律：两种元素可组成多种化合物时，某一元素的质量固定时，另-元素在各化合物中的质量一定成简单的整数比。随后，他用实验证明这一定律。道尔顿创立的原子说，其功绩正如恩格斯所说的“化学的新时代，是随着原子论才开始的”。十一）分子学说的确立正当道尔顿的原子说风行全球、众口皆碑之际，法国化学家盖吕萨克竟意外地给原子论出一道难题，顿时

32、使原子论陷入困境。盖吕萨克长期从事气体分析工作，在偶然的一次实验中，他发现用2体积氢气跟1体积氧气作用，得到的水蒸气不是3体积而是2体积。开始他还以为自己实验做错了。他反复验证结果仍是如此。接着，他又测定一系列气体反应的体积比，结果都十分意外：100体积一氧化碳+50体积氧气=100体积二氧化碳100体积氮气+49.5体积氧气=100体积氧化亚氮100体积氮气+300体积氢气=200体积氨气于是，盖 吕萨克在1809年发表著名论文 论气体物质彼此化合中提出一条定律：当气体相互化合时，各气体的体积成简单的整数比。盖吕萨克的这一定律给道尔顿的原子论无情打击。下面以氧气和氢气化合为例，用下图表示。由

33、此可见，原子在这个化学反应中必须一分为二。这是违背道尔顿的原子论的。因此，当这个推论传到道尔顿那里时，道尔顿竟大发雷霆：“原子怎可分裂呢？”为了解决这一难题，意大利化学家阿伏加德罗提出分子论。1811年，阿伏加德罗详细研究道尔顿原子论和盖 吕萨克的气体反应定律后提出分子学说。他首先肯定原子论和气体反应定律都是正确的，关键是原子论忽略了一个重要事实，那就是分子的存在。于是他提出分子假说如下：(1)元素的最小单元是原子，但气体的最小单元并非原子，而是由儿个原子组成的分子。也就是说，气体由分子组成，而分子由原子构成。例如，氧气、氢气都是由双原子分子组成的。气态化合物则是由分子组成,而化合物的分子是由

34、不同原子构成的。例如，氨气由氨分子组成，而氨分子 由3个氢原子和1个氮原子构成。(2)在同温同压下，同体积的任何气体含有相同数目的分子。有了这两条分子假说，道尔顿原子论和盖吕萨克的气体反应体积定律就得到圆满解释。下面以氢气和氧气化合为例，用下图表示。这就使气体反应定律和原子论完全一致了。按理阿伏加德罗为道尔顿原子论释疑应受到人们欢迎才对，可是这竟遭到大多数化学家包括道尔顿本人在内的反对，使阿伏加德罗的分子论被埋没达50年之久。直 到1858年，阿伏加德罗死后3年，他的学生意大利年轻化学家康尼 查 罗(Cannizzaro,18261910)在德国卡尔斯鲁厄召开的国际化学家代表会议上散发 化学哲

35、学教程概要的论文，把阿伏加德罗的分子学说用通俗语言阐明，才得到许多化学家赞同。不久康尼查罗又用分子学说原理测定许多物质分子量，用实验事实证明分子的存在，至此才使原子学说和分子学说统一成原子-分子学说。(1)一切物质都是由分子构成的，分子是保持物质化学性质的最小微粒。(2)分子不能用物理方法分割，但是用化学方法能使它分解。分子由原子构成，原子是用化学方法不能分割的微粒。(3)原子和分子都在不断运动。原子和分子的种类不同，它们的大小、质量和性质也各不相同。化学家们在通力合作下，儿乎经历半个世纪的努力，化学界才确认原子-分子学说，它为近代化学的发展提供扎实的理论基础，也是化学发展史上的又一里程碑。十

36、二)原子量和分子量的测定道尔顿的原子论问世后，率先把氢的原子量定为1,然后测定各种元素的相对原子量(简称原子量)，并发表第一张原子量表。此举得到欧洲化学家的热烈响应，顿时掀起一股测定原子量的热潮。化学家们各显神通地测定原子量，因为各自所用的基准不一样，测定方法不同，原子量数值当然不同，这竟带来混乱，因此急需统一。面对这样的局面，瑞典化学家贝采利乌斯(J.J.Berzelius,17791848)一马当先，立足于实验，分析了 2000多种化合物的组成，并对许多物质的氧化、还原、分解、取代等反应作了精心研究，在1826年发表有40儿种元素的原子量表。他测定的原子量跟现代数据十分接近，非常了不起。正

37、如贝采利乌斯自己说的“借助新的实验，我很快相信道尔顿的数字(指原子量)缺乏实验依据，应用他的学说必须精确。我明白首先应以最大精确度测定尽可能多的元素原子量不这样，化学理论望眼欲穿的光明白昼就不会紧跟它的朝霞而出现，这是当时化学研究最重要的任务。所以我完全献身于它。这是多么令人感动的豪言壮语啊！在历史上，分子量的测定比原子量起步稍晚，它也是独立进行的。早在1811年，阿佛加德罗就指出能利用气体密度和体积关系，求出气态物质的分子量。1826年，只有26岁的法国化学家杜马(Dumas,18001884),设计一种测定低沸点液态物质分子量的方法，迄今还保留在高等学校化学的实验教科书中。紧接着杜马测定分

38、子量的是英国化学家格雷姆(T.Graham,1805-1869)o他从实验中得出不同气体的扩散速度跟气体密度的平方根成反比，再根据气体的密度测定各气体的分子量。1887年，法 国 拉 乌 尔(F.M.RaOult,18301901)发现溶液的蒸汽压、冰点下降和沸点上升跟分子量有关，使测定物质分子量工作又多一条渠道。在测定分子量工作中，意大利化学家康尼查罗的贡献最大。他选取最轻气体氢气作基准，规定它的密度为1,则氢气的分子量为2,从而得到氧气分子量是32、氯气是71、水蒸气是18、汞 是200等，这可以说是成功的创举。他还在测定分子量的基础上，结合质量组成分析，提出一个测定组成元素原子量的方案。

39、由于不同分子中所含的原子数一定是整数，因此不同分子中所含同一元素不同质量必定是一定质量的整数倍，这一定质量就是该元素的原子量。康尼查罗这一别具心裁的办法，使许多难测定的原子量能推断出来。例如，测定一氧化碳的分子量是2 8,二氧化碳分子量是44、甲烷是1 6,由此可推知碳的原子量是12。在原子-分子学说的指导下，贝采利乌斯和康尼查罗等化学家分别正确地测定原子量和分子量，为发现元素周期律奠定基础。(十 三)元 素 符 号 和 分 子 式 的 确 定当今化学上用的元素符号和由它写成的分子式，能定性说明是什么物质，又能定量地表示物质的组成。谁曾想到它们的确立曾注入儿代化学家的心血。远在炼金术时期，那些

40、炼金和炼丹术士们为了便于记忆和保密等原因，曾用一些图形来表示物质及其组成。例如，七表示水、凸表示硼砂、口表示肥皂等。这种象形符号用起来极不方便，表示-个化学反应要比画一幅图画还难。在1787年，科学家海森弗拉兹和艾德特提出用儿何图案表示物质的组成，他俩用四方形表示酸、三角形表示碱，在图形内加字母来表示某酸、某碱。例如画表示盐酸、囚表示醋酸、表示苏打、表示氧化钙。1789年，威廉希金斯改进海森弗拉兹和艾德特的表示法，增加了定量的概念。例 如165/8D表 示 水 分 子（I代表可燃空气氢，D代表脱氧燃素氧，数 字6 5/8表示水中氢和氧的相对质量）。虽然这种表示法已有定量概念，但用起来很不方便，

41、故未被化学界接受。1803年原子论创立者道尔顿用简单符号表示分子组成：用圆圈。表示氧元素、圆圈内加不同记号表示不同元素，例如，代 表 氮 元 素的一个原子。于是，一氧化氮用O表示，二氧化氮用。表示。虽然这种表示比前几种表示法已高明许多，但所用符号还过于简单、代表性不强,在复杂化合物面前就束手无策。直 到1814年，号称瑞典化学大师的贝采利乌斯精心地总结前人的经验，向化学界正式建议：用元素的拉丁文第一个字母代表元素符号。例如,氢（Hydrogen）用H表示，氧（Oxygen）用0表示。如果第一个字母重复，可用两个字母代表，如 钙（Calcium）用Ca表示、格（Chromium）用Cr表示。他还

42、建议用特殊记号表示化合物中的一个元素，如氧化物中氧 用“”表示，硫化物中硫用 表示，硒化物中硒用“”表示。这样，氧化钙的分子式是Ca，硫化锌分子式Z n,水是百。不久贝采利乌斯发觉自己上述的表示方法过于繁琐，在吸收各方面意见后重新建议：一种物质分子式只要把元素符号按一定规律结合在一起，它们之间的原子个数比用阿拉伯字母表示。例如，水 用H2。表示、二氧化碳用C02表示，这种表示法立即得到欧洲化学家的赞同。两年后，德国化学家李比希认为贝采利乌斯的分子式表示法中把原子个数写在右上角很不方便，且不美观，建议写到右下角来。例如，水用H20,二氧化碳用CO2表示，这就跟现代的分子式表示法完全一样了。确定一

43、种物质的分子式，杜马提出了一种方法。他先分析物质各元素的质量百分组成，得到最简式。然后测定这种物质的分子量，求出最小公倍数，就能确定该物质的分子式。例如，葡萄糖经碳氢分析，含 碳40%、含 氢7%、含 氧53%,各除有关原子量，得 到40/12：7/1 ：53/16=1:2：1o应用拉乌尔冰点降低法测得分子量是180,则(12+2+16)x=180,得X=6。最后确定葡萄糖分子式是C6H1 2。6。这种确定分子式的方法今天还在使用。从1787年起，经 过30多年努力，化学家才完成元素符号和分子式书写这一任务。(十四)周期律的发现和周期表的诞生19世纪以来，人们发现的元素逐渐增多，到19世纪中叶

44、已达60多种。人们在众多元素的面前急需找到一种关系，能使它们彼此贯穿起来并实现系统化，这正是历史赋予化学家发现周期律的任务。最早寻求元素跟原子量关系的是德国化学家德贝莱纳(Dobereiner,17801849)，他 在1829年提出三元素规则，在当时已发现54种元素间可找出三个元素性质相似的组，每组中间元素的原子量刚巧是上下两个元素原子量的平均值。Li、Na、Cl,Br、Ca、Sr、K组Na原 子 量=22I组Br原 子 量=35 46+126.40=80.97Ba组Sr原子量=240+137 C-=882至M 850年德国化学家培顿科弗发现性质相似的元素远非三个组，而且性质相似的元素间的原

45、子量有一种奇妙的算术关系它们的原子量间相差8或 是8的倍数。Li=7 Na=7+2X8=23 K=23+2X8=39Mg=12 Ca=12+8=20 Sr=20+3X8=44Ba=44+3X8=681853年英国化学家格拉斯顿提出性质相似的同组元素原子量几乎相等，如络组 Cr26.7 Mn27.6 Fe28 Co29.5 Ni29.6铅组 Pb53.3 Rh52.2 Ru52.2箱组 Pt98.7 Ir99 Os99.61854年美国化学家卡克特把当时已知元素的性质分成6 组，发现每组元素间有一定数学关系。例如，氢一组的式子是1+(nX3)oH=1+(0X3)=1 Li=1+(2X3)=7Na

46、=1+(7X3)=22 K=1+(13X3)=401860年德国化学家迈尔(J.L.Meyer,18301895)提出新见解，他依照物理性质和原子量的关系排出如下一张元素分类表。-Li BeC N O P Na MgSi P S Cl K CaAs Se Br Rb SrSn Sb TeCsBaPb Bi-Tl 这张表比以往任何一张元素分类表都高明，但有下列致命缺点，那就是只盲目按原子量递增排列，而未空出应有的位置来。其次，它按物理性质排列，很难揭示元素内在联系，以致儿乎一半元素被摒弃于表外。1865年英国皇家农业学会化学师纽兰兹(A.Y.Newlands,18371898)把当时已发现的62

47、种元素按原子量递增顺序排列，发现当排列到第八个元素时会出现性质跟第一个元素相似的情况，他把这种规律叫做八音律。Hi Li2 G3 B04 C5 Ne OzFs Nag MgiO Al 1 1 S112 P13 S14CI15 K16 Cai?Cris Tiis Mr)2o F621Co 或 Ni22C1123 Zr)25 Y24Zr)2 6 AS27 S28Bf29 Rbso Sf31Ce 或 La33 Zr32 V 或 Mo34 Ro 或 Ru35Pd36Ag37 Cd38 V40 Sr)3 9 Sb4iF431 42 CS44Ba 或 V45 Ta46 W47 Nb48 AU49Pt 或

48、I5 0 TI53 Pb54 Thse H952 Bi55 Os51纽兰兹的排列比以往任何一个人排列有独到之处。他把元素按原子周期性即八音律排列，还大胆地根据元素性质作颠倒排列，但是他的局限性是只机械地按原子量递增排列，而未给当时尚未发现的元素空出位置，更未能揭示元素从量变到质变这一重要规律。因此，纽兰兹的论文发表后受到极不公正的待遇，使纽兰兹一气之下不再从事化学研究。发现元素周期律的任务终于落到俄国化学家门捷列夫肩上。门捷列夫总结几十年来这方面的正反经验，经过成千次排列，终于按原子量递增顺序结合元素的化学性质递变规律排列成表，并清楚地意识到必须根据元素性质变化规律留下适当的空格。他毅然把氢和

49、后继元素分开，把稀土元素独立抽出来。这样排列以后，门捷列夫得出以下结论：(1)元素按原子量递增排列，在性质上无疑会出现周期性变化。(2)原子量的大小决定元素的基本特征，正像质点大小决定复杂物质那样。(3)按照元素原子量排列得出的周期表，可预测未知元素的存在。例如，原子量位于65到75之间必有一个未发现的元素。(4)根据门捷列夫排出的周期表，还可用来校正已经测定的原子量是否正确。(5)性质相似元素的原子量大致相同或者是有规律递增，形成的族和它们的化合价相对应。门捷列夫的结论把原子量递增排列方法上升到化学理论上来认识，并把它跟元素本身的特征联系起来，用它来发现新元素和校正已知元素的原子量。在客观上

50、使当时无机化学的混乱情况宣告结束，使无数实验事实都统一在周期律之下。从此，许多新元素的发现也靠它提供理论指导。(十五)卤族元素的发现卤族由氟、氯、滨、碘、碳五种元素组成。其中人们最早发现的是氯。1774年瑞典化学家舍勒(K.W.Scheele,17421786)在研究软镒矿时发现软钛矿不溶于稀硫酸或稀硝酸，但注入浓盐酸后，会立即产生一种有强烈刺激性气味的淡绿色气体，吸入该气体会引起咳嗽。这种气体微溶于水，水溶液有酸味并有漂白性，能使有色试纸、鲜花、绿叶变白，还能腐蚀金属。这种气体无可燃性和助燃性。另外，舍勒还指出它有毒性，把昆虫放在其中，昆虫会立即死亡。舍勒虽然发现了氯气，但他不知道氯是一种元