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化学发展史化学发展史一、化学溯源一、化学溯源生命科学与医药化工学院：梁华定1一、化学溯源一、化学溯源化学的历史渊源非常古老，在原始社会，人类生活在这个不停运动、不断变化的物质世界中，大自然的许多化学现象，如森林失火、动植物腐烂、空气和水对许多东西的侵蚀，不断地刺激着人类的感官，一次复一次地印入人类的脑海，人类不再局限于通过自己的本能活动来适应外界环境的变化，而开始依靠集体的力量来与自然界作斗争，人类就是在这种斗争的进程中，在赢得自己的生存和发展的基础上，孕育了包括化学在内的自然科学的萌芽，为世界文明奠定了最初的理论基础2火的发现为进行化学操作最早打开了方便之门，原始人借助于火，学会了用泥土、铜、青铜或其他易于获取的物质来制作器具。这一时期没有文字记载，后人只能通过对原始人制造的武器、器皿进行分析，才能推测出他们所使用的制取方法和材料。文字的采用使一些化学制取方法留下了比较准确的记载。随着文明的发展以及各种工艺技术的发明和改进，许许多多化学物体已为人所利用，可是，人们总是只关心最后的成品及其用途。只有工匠本人才关心产品制作方法。这些工匠中的大多数，出于一种仿佛几已成为人类天性的本能，为自己及其子孙后代的利益，将手艺绝不外传。他们只靠口头传授来培养后人，因而极少留下工艺过程的文字记载。所以后人也只能根据对各个古文明时期制造和使用的各种器具的分析，来了解他们使用的方法。在这方面，考古学家掌握的各种情况都说明，现在称为化学的这门学问是和人类历史一样悠久的，但也表明史前时期和古文明时期的化学纯粹是经验的产物，决不能算是一门科学。3千万年间，随着史前人类文明雏型的缓缓发展，火的应用逐渐使人能拥有日益增多的武器和工具，从而带来了新的进步。在火的使用和制陶技术中，包含一些化学知识的萌芽。但古代工匠甚至没有想到冶炼金属是一种化学工作，也不认为这种工作与他一生的其他活动有什么不同。然而，新的发现一旦出现，立即就会加入文明技术进程，最终成为古代科学陶器的出现是应该算是化学知识萌芽的较早开端。但古代文明至今保存得最好的器物要算是金属制品了。这种情况非常普遍，以致形成一种惯例：石器时代之后的人类发展时代，都用铜、青铜或铁器等名称表示。甚至连古代人也有类似的观念，只不过他们通常认为文明在逐渐衰退，是从原始的黄金时代退化到了铜器和铁器的时代。在巴比伦人那里，神祗和行星都分别和各种金属联系在一起。4考古学的发现表明，人类最早使用的，都是一些天然金属。从埃及和美索不达米亚最古老的墓葬中，就发现了铜和金。尽管这些金属可能是在许多不同地区各自被人发现和得到使用的，但由于各个民族甚至在有文字记载之前就已开辟了贸易通道，所以，各种金属在文明国家间的辗转运送，对古代世界的文明交流无疑起了颇为重要的作用。继天然的使用之后，接踵而来的巨大进步是发明了从矿石中提炼金属的方法。史前时代定居于伊朗南部的苏美尔人，大约很早以前就在这里发现了用木柴加热来熔炼铜的方法。由于没有设法将所有的矿石进行精选，所以在把铜矿石和锡矿石混合熔炼时，自然很快发现了青铜。青铜与铜相比，硬度高，熔点低，这使它一经发现，就得到广泛的应用。除金属外，古代人还使用过大量的其他化学物质。釉料在远古时期就已配制成功，后来逐渐改进，成为真正的玻璃。青金石最初可能产于巴比伦，是一种贵重商品，经过自由转运输入埃及，埃及人把它视为金属。巴比伦还制成了人造青金石，还有“埃及蓝”，这是一种钙和铜的混合硅酸盐，在整个古代世界，甚至直到罗马时代，都很驰名，当时的建筑师维持鲁维斯就描述过它的制备方法。5化学发展史化学发展史自从有了人类，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着越来越大的作用。从古至今，伴随着人类社会的进步，化学历史的发展经历了哪些时期呢？6一、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。约约5050万年前万年前 “北京猿人北京猿人”已会用火已会用火公元前公元前8000-60008000-6000年年 中国（新石器中国（新石器时时代）开始制陶器代）开始制陶器约约公元前公元前30003000年年 埃及人已用采集的金埃及人已用采集的金银银制作制作饰饰品品约约公元前公元前20002000年年 中国已会中国已会铸铜铸铜约约公元前公元前1717世世纪纪 中国已开始冶中国已开始冶铸铸青青铜铜公元前公元前14001400年年 小小亚细亚亚细亚的赫梯人已会冶的赫梯人已会冶铁铁约约公元前公元前12001200年年 中国商代已使用中国商代已使用锡锡、铅铅、汞、汞公元前公元前1010世世纪纪 埃及人已会制作玻璃器具埃及人已会制作玻璃器具公无前公无前6 6世世纪纪 中国中国发发明了冶明了冶炼炼生生铁铁公元前公元前5 5世世纪纪 中国墨子中国墨子经经下提出物下提出物质质的最小的最小单单位是位是“端端”的的观观点点公元前公元前4 4世世纪纪 古希腊的德古希腊的德谟谟克利特提出朴素的原克利特提出朴素的原 子子论论：古希腊的：古希腊的亚亚里士多德提出里士多德提出“四元素四元素”学学说说公元前公元前3 3世世纪纪 中国中国发发展起展起块铁块铁渗碳的制渗碳的制钢钢技技术术公元前公元前2 2世世纪纪 中国西中国西汉汉已有用胆水制已有用胆水制铜铜的的记载记载公元前公元前140-87140-87年年 中国中国发发明了造明了造纸术纸术7二、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，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍，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籍，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义：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。8前1世纪到1世纪 中国木草经成书2世纪 中国魏伯阳的周易参同契成书，这是世界上最早的一部有关炼丹术的著作7到8世纪 中国唐代初年孔思邈著作中的伏硫磺法 篇里最早记有火药的三种成分10世纪 中国宋代把火药用于制造火药箭、火球等武器13世纪 中国火药传入阿拉伯16世纪 中国明代已用锌制造黄铜1661年 英国的波义耳在怀疑派化学家书中给 元素下了科学的定义9三、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。1703年 德国的施塔尔把燃素说系统化1772年 瑞典的舍勒制得了氧气1777年 法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说10四、定量化学时期，既近代化学时期。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。1117771777年年 法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说17991799年年 普罗斯提出了定比定律普罗斯提出了定比定律18021802年年 法国费歇列出了第一个酸碱当量表法国费歇列出了第一个酸碱当量表18031803年年 英国道尔顿提出原子论英国道尔顿提出原子论18041804年年 英国的道尔顿提出倍比定律英国的道尔顿提出倍比定律18071807年年 英国的戴维首次用电解熔盐的方法取得了金属钾和钠英国的戴维首次用电解熔盐的方法取得了金属钾和钠18081808年年 法国的盖吕萨克提出气体反应体积定律法国的盖吕萨克提出气体反应体积定律18101810年年 戴维确定氯是种元素戴维确定氯是种元素18111811年年 意大利的阿佛加德罗提出分子假说意大利的阿佛加德罗提出分子假说18281828年年 德国的维勒用无机物氰酸铵制出尿素德国的维勒用无机物氰酸铵制出尿素18341834年年 英国法拉第提出电解定律英国法拉第提出电解定律18521852年年 英国弗兰克兰提出原子价的初步概念英国弗兰克兰提出原子价的初步概念18571857年年 德国凯库勒指出碳是四价德国凯库勒指出碳是四价18601860年年 分子说得到世界公认分子说得到世界公认18611861年年 俄国的布特列洛夫提出并论述了化学结构学俄国的布特列洛夫提出并论述了化学结构学18641864年年 挪威的古德贝格和瓦格发展和确立了质量作用定律挪威的古德贝格和瓦格发展和确立了质量作用定律18671867年年 瑞典的诺尔贝制成用硅藻土吸收硝化甘油的炸药瑞典的诺尔贝制成用硅藻土吸收硝化甘油的炸药18691869年年 俄国的门捷列夫提出了他的第一个元素周期表俄国的门捷列夫提出了他的第一个元素周期表18741874年年 荷兰的范特甫和法国的勒贝尔各自提出碳原子的正四体理论荷兰的范特甫和法国的勒贝尔各自提出碳原子的正四体理论18841884年年 提出了勒沙特利原理提出了勒沙特利原理18871887年年 瑞典的阿仑尼乌斯提出了电离学说瑞典的阿仑尼乌斯提出了电离学说18931893年年 瑞士的维尔纳提出了络合物的配位理论瑞士的维尔纳提出了络合物的配位理论12五、科学相互渗透时期，既现代化学时期。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、酶的结构问题得到逐步的解决。131895年 德国的奥斯特瓦尔德提出催化剂概念1898年 法国的居里夫妇发现钍有放射性并发现了钋1906年 俄国的茨维特发明色层分析法1911年 英国的卢瑟福提出原子核模型1913年 丹麦的波尔根据量子理论提出原子结构模型1934年 法国的约里奥、居里夫妇发现人工放射性1942年 中国的侯德榜发明了联合制碱法1952年 欧格尔提出配位场理论1961年 改用碳12为原子量的标准1962年 加拿大的巴特来合成了第一个惰气化合物1965年 中国科学家合成出牛胰岛素1969-1974年 美国的乔索等合成104、105、106号元素14化学元素发展史化学元素本文来自：博研联盟论坛一、人类对化学元素的认识：博研联盟论坛1、春秋战国时期“阴阳五行”说联盟论坛尚书：“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）名医别录盟论坛（1）阿拉伯的炼金术（公元三世纪）研联盟论坛贡献：我国炼丹家发明了蒸馏器；阿拉伯的炼金家创建了“元素”符号本文来自：博研联盟论坛152、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”说来自：博研联盟论坛万物由地、火、水、风、空五元素组成，4、1516世纪欧洲医药化学家帕拉塞尔斯“三元素”说本文来自：博研联盟论坛万物由盐、硫、汞三元素以不同比例构成盟论坛盐不易挥发、不易燃烧的元素（肉体）；坛汞挥发的液体元素（灵魂）；硫易燃烧的元素（精神）本文来自：博研联盟论坛帕拉塞尔斯：化学的目的并不是为了制造金银，而是为了制造药剂本文来自165、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本文来自：17二、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、十八世纪前本文来自：博研联盟论坛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。18三、元素的符号和名称（一）化学元素的外文名称有一定的含义1、纪念发现地本文来自：博研联盟论坛铕欧洲、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、元素的某一特性本文来自：博研联盟论坛氦太阳、氖新的、氩不活泼、氡射气、碘紫色、氮无生命的、镭射线（二）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OxygeniumO；硫SulfurS；钛TilaniumTi；钽TanlantumTa；砷ArseniumAs；银ArgentumAg；氩ArgeniumAr19四、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。第一个制得氟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。203.碘1881年，法国人库瓦特发现，1813年正式宣布发现了碘海洋生物能富集碘（每千克海带含碘14g）；主要用于制备药物和消毒剂；AgI人工降雨（0.010.1g/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）5.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）216.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7.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，用金属钠来制取铝，铝很昂贵，价格比黄金还贵，十九世纪末，开始用电解法制取（冰晶石和矾土的熔融物通电）。导电性好、延展性好、轻、纯铝对光的反射性能好探照灯的灯罩；合金、无磁性（快艇不被水雷发现）8、镁1808年英国化学家戴维用电解法制得合金（镁锌合金，既轻又硬，拜访了月球，经受了110和-120的考验）、镁闪光灯、军事上照明弹、“镁粉”MgCO3举重运动员。22化学理论的发展一.燃素学说（1718世纪）与科学燃烧理论1.燃素学说十七世纪末德国化学家贝歇尔（燃素学说的发起人）认为：燃烧是一种分解作用，动、植物和矿物燃烧后，留下的灰烬是成分更简单的物质。（按照他的理论，不能分解的物质尤其是单质，是不能燃烧的）矿物燃素=煅灰德国化学家施塔尔于1703年更系统地阐述、发挥了燃素学说按照燃素说，火是无数细小而活泼的微粒构成的实体。这种火的微粒既能同其他元素化合而形成化合物，也能以游离的方式存在。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”。23燃素说解释燃烧现象时，认为一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程。物体失去燃素，变成死的灰烬，灰烬获得燃素，物体就会复活。燃素说还解释了金属溶于酸及金属的置换反应：铁溶于酸是酸夺取了铁中的燃素（铁不复存在），铁置换溶液中的铜是由于金属铁中的燃素转移到铜中去了。（铁消失、铜复活）波义尔：金属+火微粒=煅灰英国医生于1674年发表燃烧现象的议论（发现“硝气精”氧气）242.科学燃烧理论（拉瓦锡）建立条件：舍勒取得较纯净的氧气并进行了一些实验，研究了燃烧现象；普利斯特里加热氧化汞制取氧气方法的发现；罗蒙诺索夫提出金属煅烧时不但不失去燃素，而且和空气化合，质量增加。燃烧理论：（1）燃烧时放出光和热。（2）物体只有氧存在时才能燃烧。（3）空气是由两种成分组成。物质在空气中燃烧时，吸收了其中的氧，因而加重；所增加之重恰为其吸收的氧气之重。4）一般的可燃物质（非金属）燃烧后通常变为酸，氧是酸的本原，一切酸中都含氧元素；而金属煅烧后即变为灰，它们是金属的氧化物。金属+氧=煅灰（氧化物）水的合成和分解试验成功，氧化学说被举世公认。25二、原子分子学说1、原子学说（1803年，道尔顿）标志着近代化学发展的开始（1）元素的最终组成称为简单原子，他们是不可见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的。他们在一切化学变化中保持其基本性质不变。（2）同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的，不同元素的原子，其形状、质量及各种性质上则各不相同的。每一种元素以鞭原子的质量为其最基本的特征。（3）不同元素的原子以最简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种原子质量之总和。同一化合物的复杂原子，其其形状、质量和性质也必然相同。262、分子假说（阿佛加德罗）所谓原子者是参加化学反应时的最小质点，所谓分子者是在游离状态下单质或化合物能独立存在的最小质点，也就是说，分子是具有一定特性的物质其组成的最小单位，是一种比较复杂的粒子。分子是由原子组成的，单质的分子是由相同元素的原子组成，化合物的分子则由不同元素的原子组成。在化学变化中是不同物质的分子间各原子重新组合。同温同压下一切相同体积的气体中含有相同数目的分子。盖吕萨克定律是分子学说的理论基础-阿佛加德罗27中国的化学史中国的化学史当然也是毫不逊色的。大约年前，我们已会制作陶器，多年前的商朝已有高度精美的青铜器，造纸、磁器、火药更是化学史上的伟大发明。在十六、十七世纪时，中国算得上是世界最先进的国家。“化学”二字我国在年开始使用。最早出现在英国传教士韦廉臣在1856年出版的格物探原一书中。28中国化学史上的中国化学史上的“世界第一世界第一”1.公元前100年中国发明造纸术。公元105年东汉蔡伦总结并推广了纸技术，而欧洲人还在用羊皮抄书呢！2.公元700-800年唐朝孙思邈在伏硫磺法中归早记载了黑火药的三组分（硝酸钾、硫磺和木炭）。火药于13 世纪传入阿拉伯，14世纪才传入欧洲。3.公元前200-后400年中国炼丹术兴起。魏伯阳的周易参同契和葛洪的抱扑子记录了汞、铅、金、硫等元素和数十药物的性状与配制。公元750年中国炼丹太传入阿拉伯。4.公元800年唐朝茅华是世界上第一们发现氧气的人。他比英国的普利斯特里（1774年）和瑞典的舍勒（1773年）氧气约早1000年。5.我国是纤维之王-蚕丝的故乡。公元前2000年 中国己经养蚕。公元200年养蚕技术传入日本。6.公元前600年中国已掌握冶铁技术，比欧洲早1900多年。公元前200年，中国炼出了球墨铸铁，比英美领先2000年。7.1000多年前中国就能炼锌，早于欧洲400年。298.公元前2000年中国已会熔铸红铜。公元前1700年中国已开始冶铸青铜。公元900多年我国的胆水浸铜 法是世界上最早的湿法冶金技术（置换法）。9.1700多年前，中国已能炼铅及铜铅合金。10.公元前8000-6000年中国已制造陶器。公元200年中国比较成熟地掌握了制瓷技术。11.3000多年前我国已利用天然染料染色。12.我国是世界上最早发现漆料和制作漆器的国家，约有7000年历史。13.公元前4000-3000年中国已会酿造酒。公元前1000年我国已掌握制曲技术，比欧洲的淀粉发酵法制造酒精早2000多年。14.3000多年前，我们祖先发现石油。古书载泽中有火即指地下流出石油溢到水面而燃烧。宋朝沈括 所著梦溪笔谈第一次记载石油的用途，并预言：此物必大行于世。15.世界上最早开发和利用天然气的是中国的四川省邛和陕西省鸿门两地。16.我国祖先很早冰肝使用木炭和石炭（又叫黑炭，即煤），而欧洲人16世纪才开始利用煤。30 17.1939年，中国化工专家侯德榜提出联合制碱法，1939年侯德榜完成了世界上第一部纯碱工业专著制碱。18.1965年，我国在世界 上第一个用人工的方法合成活性蛋白质-结晶牛胰岛素。(由于署名原因，诺贝尔化学奖与国人擦肩而过)19.七十年代，中国独创无氰电镀新工艺取代有毒的氰法电镀，是世界电镀史上的创举。20.1977年我国在山东发现了迄今为止的世界上最大的金刚石-常林钻石。21.全世界海盐产量5000万吨，其中我国生产1300多万吨，居世界第一。早在3000多年前，我国就采用海水煮盐了，是世界上制 盐最早的国家。22.世界上已知的140多种有用矿，我国都有。是世界上冶炼矿产最早的国家。31