石器时代的化学应用有哪些,有哪些石器时代化学应用的例子?
有网友提问:石器时代的化学应用有哪些,今天小编来回答一下
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推荐书籍:《科技之颠》,《麻省理工科技评论》全球50大突破性技术深度解析。今天上午听《混沌研习社》的课程,王煜全说,任何创新的技术,从R&D到应用都有一个周期,很多做应用的公司,往往把目光放在“应用”这个信号枪上。他们一旦发现某个领域应用了突破性的新技术,就可以迅速投入其中,引入自己的领域进行应用级创新,这也是。。大量创新型公司的生存之道。对于所有创业者来说,我们如何知道近年来取得了什么样的突破性创新技术?这些创新技术的当前领导者是谁?有哪些研究成果?还出现了哪些应用?《科技之颠》这本书里给出了很好的答案。建议你深入阅读这本书。
我觉得这本书最精彩的地方不是每一个突破性技术的介绍,而是这本书的序言——《从石器时代到数字时代》,基本上是从“技术”的角度来描述《人类简史》。现在我将这本书的精彩序言分享给大家:
人类经历了漫长的发展,最重要的进化是学会使用工具,拥有“技术”。
没有工具,人类是一个脆弱的物种,没有人可以徒手面对大自然。随着人类的成长,技术从野蛮走向文明。人类历史是一部技术史。
几十万年前,地球上有很多种类人猿,都是非洲丛林中的普通种群,以吃野果为生。然而,其中一只猿猴,也许是由于基因突变或者偶然,学会了切水果,捕猎动物,用锋利的石头记录皮肤。这种“技术”的获得使其区别于其他类人猿和动物,人类学家称之为智人。这是人类历史的开端,被称为“旧器物时代”。
除了石器,智人还学会了生火。对于古代人来说,就像电对于现代人一样。可以用火烹煮食物,以前不能吃的块茎、。。、果肉都可以成为熟食。食物的改善进一步开发了人类的大脑,加速了进化。火提供了温暖,使人类在冰河时期免于灭绝。火提供照明,夜幕降临时可以移动,可以进入洞穴等黑暗的地方。火可以击退野兽,也可以把茂密的丛林烧成到处都是食物的原野。
语言是除了生火之外的另一项重要技术。语言是由歌唱和叫喊演变而来的。最初的语言是一些令人惊叹的单词和名词,逐渐发展到表达动作和关系。语言使人类能够交流思想,聚集同类,从而使人类成为群居动物,发展出社会组织(氏族、部落)。
大约12000年前,新石器时代以制陶技术为标志。制陶技术属于“火葬技术”。后来,冶金技术发展起来,许多有用的工具都是用冷加工的天然粗铜制成的。在新石器时代,灰泥和灰浆已被用于建造房屋,土料、土坯和石头已被用于建造房屋。在新石器时代晚期,有全职的陶工、织布工、泥水匠和工具匠。人们观察天空,判断方向、季节和收获时间。大约在一万年前,他们掌握了野生植物的生长规律,开始播种和耕作,人类从采集食物转变为生产食物,发展了农牧业技术。纺织技术出现了,剪羊毛,种植亚麻和棉花,纺纱织布。人类开始过上了定居的生活,开始了比较完整的食物生产和生活方式。
大约6000年前,以青铜器(铜锡合金)的出现为标志,人类进入了“青铜时代”,直到公元初年。与石器相比,金属工具有更大的优势。金属制造涉及采矿、冶炼、锻造、铸造等复杂技术,需要炉风箱。金银加工,面包酿造技术也随之而来。动物被用于牵引和运输,汽车和船出现了。依靠新的灌溉技术和农业技术,生产力提高,人口增加,国家开始出现。
为了分配剩余产品,需要记录口头和数量信息,出现了楔形文字、象形文字和拼音文字。写作取代了个人口述,进而逐渐产生了文学价值。计算是伴随着书写发展起来的技术,用于计数、交换和记账。天文学、占星术、气象学和魔法随着历法而产生,历法不仅用于农业,还用于仪式活动和经济活动,如确定签订和履行合同的日期。天文学、占星术和巫术被用来预测农作物产量、军事行动或皇帝的未来。医术也有所发展,王室有专职御医,积累了解剖学和草药方面的经验和知识。
青铜时代晚期,出现了埃及、。。、印度、希腊、罗马等古文明。强大的罗马帝国横跨地中海、欧洲和中东。古罗马人是古代最伟大的工程师和技师。罗马文明是科技文明。科技造就了战无不胜的罗马军团,四通八达的路网和供水系统。罗马的民主。。制度和完备的法律是保证帝国机器运转的极其重要的社会技术。公元前100年,罗马人发明了水泥。这是创造世界的关键技术。它改变了建筑工程,成为罗马文明的基石。可以说水泥支撑了罗马帝国的扩张。到处都有技术和工程活动。工程师得到了社会的认可,有人获得了国家工程领域的最高职位。比如罗马的维特鲁威就担任过罗马皇帝奥古斯都的建筑师。
约公元前600年-公元前300年,称为古希腊时代。一种奇特而崭新的精神力量在希腊人的头脑中萌发了,关于发现世界和认识自然的抽象思维、观察和辩论开始了。这些对象包括天体、地震、雷电、疾病、死亡和人类知识的性质。科学,又称自然哲学,源于此。
希腊曲折的海岸,崎岖的山脉,凛冽的寒风,并不优越的生活条件,孕育了一个充满活力的种族,造就了先进的文明。没有哪个古代社会像古希腊那样出现过这么多的苔莎,在古代建立了这么好的。。制度。完美的民主制度释放出自由的空气,给予希腊人思考的闲暇和乐趣。如果我们能理性地探索社会制度,我们也能理性地探索自然法则。科学诞生于希腊并非偶然。
希腊米利都的泰勒斯(公元前626- 545年)可能是世界上第一个科学家。他发现了静电,用三角形原理测量了海上船只的距离,提出尼罗河水的每年泛滥是地中海季风造成的,地球像船一样浮在水面上,地震是浮在地球上的水的某种运动造成的,水是孕育生命的万物之源。他的观点可能很幼稚,但他的方法很“科学”:采用理性思维,不涉及神或超自然的东西。别忘了那是一个巫术迷信盛行的愚昧时代。泰勒斯和他的追随者是有神论者。他告诫人们“上帝无处不在”,比如磁铁是有“灵魂”的。而泰勒斯则将自然与神性分开,以自然为研究目标,理性思考并提出解释。
科学家在希腊不断涌现。毕达哥拉斯(公元前580-500年)证明了毕达哥拉斯定理(毕达哥拉斯定理)。恩培多克勒(公元前495- 435年)提出月亮是通过反射发光的,日食是由月亮的位置引起的。德谟克里特斯(公元前460- 370年)提出万物都是由原子构成的。欧几里得(公元前330- 275年),总结了平面几何的五个公理,编为《几何原本》,流传千古。静力学和流体静力学的创始人阿基米德(公元前287-212),提出浮力定律,用近似法计算球体面积、球体体积、抛物线和椭圆面积(微积分的雏形),研究螺旋曲线的性质(“阿基米德螺旋”),发明阿基米德螺旋提水器,成为后来螺旋推进器的始祖。他研究了螺钉、滑轮、杠杆和齿轮的力学原理,提出了“杠杆原理”和“力矩”的概念。他曾说:“给我一个支点,我可以撬起整个地球”。设计制造了举重滑轮、灌溉机、水泵等多种设备。为抗击罗马。。的入侵,他制作了投石机、发报机等武器,最后死于罗马士兵的剑下。
这些科学先驱要么拥有自己的资产,要么主要从事私人教师和医生的工作,并不存在“科学家”这种职业(“科学词”一词直到两千多年后的1840年才出现)。苹果掉到地上,星星为什么会挂在空中?古希腊人对科学的探索源于他们对自然奥秘的兴趣或精神追求,形成了亚里士多德的纯科学传统。
亚里士多德(公元前384- 322)、柏拉图(公元前428- 347)、苏格拉底(公元前469- 399)是西方哲学的创始人。苏格拉底年轻时喜欢自然哲学,但对哲学的偏爱使他放弃了自然哲学,专心思考人的经验和美好生活。苏格拉底后来被雅典法庭判处死刑,罪名是侮辱雅典诸神,腐蚀青年的思想。他本可以逃跑,但他认为逃跑会破坏法律的权威,自然会饮鸩止渴。他的衣钵传给了柏拉图。柏拉图建立了一所私立学校(柏拉图学院,存在了800年),教授和研究哲学和科学。学校大门上方有一句座右铭:“不懂几何的学者不入。”学生中有亚里士多德和欧几里得。
柏拉图死后,亚里士多德周游爱琴海,被称为王子的导师,也就是后来的亚历山大大帝。像所有希腊科学家一样,亚里士多德不接受国家当局的监督,与当权者没有任何从属关系。他的演讲学院位于雅典郊区的一个花园里。他的纯科学研究涉及逻辑学、物理学、宇宙学、心理学、博物学、解剖学、形而上学、伦理学和美学,不仅是希腊启蒙运动的高峰,也是后来两千年的学术之源。他塑造了中世纪的学术思想,他的影响延伸到了文艺复兴时期。他观察了自由落体运动,提出“物体下落的速度与其重量成正比”。他学的是力学,认为“任何运动的东西都必然有一个推动者推动它”,所以“必然有一个第一推动者”,也就是超自然力量。地球由四种元素组成:土、水、气和火。白色是一种纯净的光,其他颜色是因为某种原因而变化的不纯净的光。他对500多种不同的植物动物进行了分类,并对50多种动物进行了解剖学研究。他是第一个对生物学进行分类并写出多种动物的生活史的人。他的显著特点是问为什么一个有机体会从受精卵发育成完整的成体。生物界为什么会有那么多目的性的活动和行为?他认为,只构成身体的原材料不具备发展成复杂生物的能力,一定有多余的东西。他称之为eidos,这个词的意思和现代生物学家的“遗传程序”颇为相似。亚里士多德坚信世界基本上是完美的,排除了进化论的想法。
他关注科学,但远离技术,认为在科学活动中不应考虑功利和应用。在追随亚里士多德的科学家眼中,他。。了科学的本质和纯粹性——对自然和人类在其中的地位的非功利的、理性的探索,纯粹为了真理而思考。
亚里士多德的科学方法论,被奉为经典,影响了两千年。科学是崇高的、精炼的,不触及实际问题,更谈不上解决问题。不仅如此,从柏拉图开始,就出现了鄙视体力劳动,拒绝科学的任何实际或经济应用,理论脱离实践的趋势。
与希腊相反,工程技术欣欣向荣,科学却萎靡不振。罗马人不重视——事实上是鄙视——科学理论和希腊学问。他们全力以赴解决衣食住行和军事战役的技术问题,而不为日月星辰这样的普通现象寻求解释。
公元476年,罗马帝国灭亡,取而代之的是蛮族文化。罗马文明大部分被毁,欧洲进入黑暗的“中世纪”(公元476- 1453年)。罗马的先进知识和技术,包括水泥制造技术,都失传了。在接下来的1200年里,欧洲人不再依靠落后的沙质粘合材料来建造房屋,直到1568年,法国工程师Delhorme重新发现了罗马水泥配方。
在随后的1000年里,。。成为技术输出的中心,向欧亚大陆输送了许多发明。如雕版印刷、活字印刷、金属活字印刷、造纸、火药、磁罗盘、磁罗盘、航海磁罗盘、艉舵、铸铁、瓷器、方板链、车轮磨床、液压磨床、冶金鼓风机、叶片式旋转风选机、风箱、拉纺机、手纺机、独轮车、海上运输、汽车磨床等。航海制图等。英国哲学家弗朗西斯培根写道:“我们应该关注这些发明的力量、功效和结果。印刷术、火药、指南针三大发明在文学、战争、航海方面改变了整个世界许多事物的面貌和状态,引起了无数的变化,以至于似乎没有一个帝国、任何一个派别、任何一个星球能够比这些技术发明对人类事务产生更大的力量和影响。”
所谓物极必反,中世纪的“黑暗”促成了欧洲的一系列技术革新,包括农业技术、军事技术和风力水力技术,成为一个朝气蓬勃、咄咄逼人的高级文明。
{欧洲从中世纪到文艺复兴的故事我就不说了。好久不想打字了。}
18世纪以前,人们不知道什么是工厂。。。后出现的工厂发展了高度集中的规模生产,标准化部件的制造系统(起源于英国,在美国被广泛使用)被亨利福特(1863-1947)发展成为汽车工业中的生产线,大大提高了生产力。
构成18世纪工业。。基础的所有技术仍然是由工程师、技术员和工匠制造的,很少或根本没有科学理论的贡献。科学家仍然遵循亚里士多德的传统,追求智力和精神上的满足,而不考虑理论的应用。技术专家也没能吸收到科学的营养,就像古罗马的工程师,他们追求实用性,通过实践获得真知,对理论不感兴趣。科学和技术直到19世纪末才分道扬镳。
在技术一家独大的时代,英国率先颁布了专利法,成为技术史上的重要。。。19世纪80年代,法国化学单词Berthollet (1748-1882)发现了漂白织物的氯化方法。瓦特的岳父是漂白剂制造商,他因为蒸汽机而变得富有。瓦特想让他们三个联合申请专利,获得巨额利润。Berthollet拒绝,“一个热爱科学的人不需要财富。”他以纯科学的态度进行研究,并公布了结果。这一。。表明了18世纪后技术与科学的一个区别:科学是为了发布、分享、寻求知识和真理;技术是垄断,求实用,求价值。以still Watt为例。他不是蒸汽机的发明者,而是创新者。但他首先申请了专利,并试图延长专利保留期。埃德蒙伯克(Edmund Burke,1729-1797),当时伟大的英国。。家,在议会上雄辩地谈论经济自由,反对创造不必要的垄断,但瓦特的伙伴太强大了,简单的原则无法打败他。专利获批后,瓦特的主要精力不再是蒸汽机技术的改进,而是法律对其他发明者和改进者的压制和封杀。汽轮机在英国的真正普及和重大改进,其实是在瓦特专利到期之后。
科学技术的历史已经证明,相同或相似的发现和发明可以在不同的地区由不同的人做出。牛顿和莱布尼茨分别发明了微积分,达尔文和华莱士分别发现了进化论,就是有力的证明。自然的法则和原则就在那里。它们迟早会在某个地方或某个时间被某个人发现或利用。如果蒸汽机不是瓦特改进的,别人会改进的。但专利法的依据是:一项发明或创意只能是一个人想到的,其他人想到了就是窃取;原发明不能碰,也不允许别人做改进,否则就是侵权。这与科学背道而驰。
科学与技术的这种区分导致了人们对科学技术的不同认知。一个重大的科学发现,几个家庭全人类庆祝;随着一项重大技术的出现,人们首先想到的是另一个商机,盈利模式。正如美国科学家詹姆斯特雷菲尔(1938年至今)所说:“每当有人发现自然的原理,其他人就会很快跟进研究,并找出如何从中获利。”我们看到青少年因为下载歌曲而被指控“音乐盗版”,非洲艾滋病患者因为买不起专利持有者的高价药品而死去,泰国。。宁愿侵犯知识产权,也要支持仿制药品来拯救人们的生命。“知识产权”现在已经成为争论的话题。专利制度保护发明,阻碍技术的改进和普及。
历史进入了19世纪。英国科学家迈克尔法拉第(1791-1867)在1821年发现了电磁感应现象,奠定了电磁学的基础。1870年,麦克斯韦(James clerk Maxwell,1831-1879)在法拉第的基础上总结出电磁理论方程(麦克斯韦方程),统一了电学、触觉和光学原理,与牛顿物理学一起成为“经典物理学”的支柱。爱因斯坦书房的墙上挂着牛顿、法拉第、麦克斯韦的照片。
除了电学理论,化学、热力学等领域也取得了很大进展,形成了物理学和化学的基础。电力带来了第二次工业。。。与历史不同的是,这次工业。。是以物理和化学为基础的。科学不再是纯理论,而是用来设计更精密的技术和流程。从此,科学引领技术,成为文明的导向力量。
从那以后,20世纪,科学技术满天星。爱因斯坦的相对论,狄拉克和薛定谔的量子力学,魏格纳的大陆漂移理论,摩根的基因变异理论,哈勃的膨胀宇宙理论,海森堡的测不准原理,克里克和沃森的DNA结构,冯诺依曼和图灵的计算机理论,空间技术把人类送上了太空和月球,哈勃望远镜在600公里的太空中观测了100次。人类对世界有了新的认识,科学有了新的工具。计算机无限扩展人的脑力,比机器扩展人的体力更有意义。
20世纪是一个悲剧的世纪,两次世界大战伤亡超过1.2亿人。参战各方不断从实验室引进新武器:战斗机、坦克、潜艇、毒气、原子弹。从历史上看,帝国的崛起并不依赖于类似巫术的技术,很少有战略家想要创造或扩大技术差距。19世纪以前,。。的优势主要在于人力、后勤和组织。但20世纪以后,尤其是原子弹的威力,激起了各国。。对科技的迷恋和贪婪,揭开了科技发展的新一页。强大的武器需要精确制导技术,这促进了计算机和电子技术的发展,人类步入了数字化时代。集成电路、微处理器和互联网已经普及到每个家庭和个人,科学技术进入了更广阔的空间——商业应用。
。。和商业的介入重塑了科学技术本身。亚里士多德开创的纯科学越来越稀少,科技越来越被越秀的。。和资本所主导。没有明确的应用前景或商业价值,科学技术很难得到资本的支持。科学不再是像希腊先贤那样的自由个体,而是研究机构或组织的雇员,按照主管规划的“专业”方向进行探索。许多科学研究和技术发展都是由军方发起的。随着一个又一个问题被克服,人们开始相信技术无所不能。
一个世纪前,人们可能已经能够将科学与技术分开,机器是由工程师或技术员制造的。但在数字时代,科学和技术是相互依存的:没有科学,就不可能产生新技术,没有新技术,科学研究也就失去了意义。实际上,科学与技术是以“流水线”模式衔接和推进的——基础研究发现原理和规律,开拓视野和思路;进行研究以探索其技术或商业可行性;技术(RD)将结果转化为有用的产品。
数字技术在20世纪奠定了基础,在21世纪大放异彩。移动网络和大数据有无穷无尽的用途。机器人不仅进入了生产线,还进入了以前被认为是代替人的“专业工作”的领域。即使在最复杂的医学领域,医院里所有的检查和大部分的诊断都是由机器而不是医生来承担的;人工智能(AI)的诊断水平已经开始超越最有经验的医生。纳米机器人比外科医生做手术更快更完美。人工智能具有深度学习的能力,这意味着人工智能将超越人类的知识和能力
21世纪,人类生活的方方面面,没有一个领域是科学技术还没有进入的。今天的任何商品都是科技结合的产物。所有的日常用具都是根据最先进的科学原理工作的。以无处不在的手机为例。每次开机,你都在用物理、化学、光学、电磁学、计算机、互联网、无线电、通信、量子力学、相对论的原理。
科学技术的终极目标是什么?科技的过度使用是喜是悲?以生命科学为例。终极目标是改造生命,征服还是避免死亡?今天,八九十岁的病人仍然插着各种管子,接受复杂的药物或手术;那些已经停止跳动的人,还在用机器延续“生命”;疑难杂症患者甚至选择镇静剂或冷冻,等待未来的医疗救生。生老病死是自然规律,但科学技术却被用来对抗它们。这是科学的精神吗?长生不老,超人对人类是福是祸?这种不受道德伦理约束的科技利器,会不会像科学家霍金所担心的那样,成为从瓶中释放出来的恶魔?
有了科技,人类作为一个物种已经太成功了。人类应该和其他生物一样生活在自然环境中,但现代人生活在科技设定的环境中,人与自然界越来越隔绝。我们的后代成为依靠电子屏幕与外界交流,沉迷于虚拟现实和人工智能的新人类,这似乎是不可避免的。
回顾历史,科技努力支撑了人类十几万年。三千年前,科学的涓涓细流开始了。从石器时代到数字时代,人类已经走了10万年。从泰勒斯发现静电到法拉第发现电磁感应,科学家已经走了两千多年。在过去的半个世纪里,没有器件的集成电路数量每12个月翻一番,性能也翻一番。或者车库里的青年可以在一夜之间推出一项新技术,世界一点也不会感到惊讶。这本书仅仅是最近五年的科技突破,就足以展现当今科技创新的广阔图景,以及不可阻挡的科技洪流——无论人们对其永无止境是欣喜还是担忧。
2016年十大突破性技术
1.免疫工程
2.精确的基因编辑在植物中精确地编辑植物基因
3.对话界面语音界面
4.可重复使用的火箭
5.互相传授知识的机器人共享机器人
6.DNA应用商店
7.太阳能城的Gigafactory太阳能城的超级工厂
8、松弛
9.特斯拉自动驾驶仪
10.空气中的能量吸收空气中的电。
关于石器时代的化学应用有哪些更多网友观点如下
化学史论文
化学导论
1.人类文明的起点3354火的使用
几百万年前,人类过着极其简单的原始生活,靠打猎和吃饭为生。
是生肉野果。根据考古学家的研究,至少在50年前
几年前,是的。
找到人类用火的证据,就是在北京周口店北京人生活过的地方发现了京火。
烧焦的动物骨骼化石。
有了火,原始人告别了吃血喝血的生活。吃了熟食之后,人类就进步了。
健康,智力也得到了发展,提高了生存能力。
后来,人们学会了通过摩擦生火,钻木头,这样就可以随身携带火种。
是的。因此,人们不再是火种的保管者,而是能够控制火种的生火者。
火是人类用来发明工具和创造财富的武器。用火可以产生各种
人类借助化学反应的特点,开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广泛的领域。
生产生活的广阔天地。
2.历史悠久的工艺3354制陶
很难证实陶器是何时产生的。关于陶器的起源有不同的观点,
一些人推测,人类生活的最原始的容器是由树枝制成的,为了使它耐火和
紧密无缝,通常在容器内外涂上一层粘土。在这些容器的使用过程中,
偶尔它会被烧掉,所有的树枝都会被烧掉,但是粘土不会着火,不仅圣
留着它,它会变得比火前更硬更好用。这场事故给了人们
很有启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地捣粘土。
粉碎,与水混合,揉捏到非常柔软的程度,塑造成各种形状,并放置在阳光下。
晒干,最后放在篝火上烘烤,制成原始陶器。
大约现在
一个
年前,烧制陶器的窑开始在。。出现,成为最早的生产。
陶器之国。陶器的发明是制造技术的重大突破。制陶工艺
改变了粘土的性质,粘土的成分是二氧化硅、氧化铝、碳酸钙(gi),
氧化镁(mi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具有了防腐性。
优异的耐水性能。因此,陶器不仅具有新的技术意义,而且具有新的经济意义。
又来了。它使人们在处理食物时增加了烹饪方法,如陶纺车、陶刀、陶挫等。
工具等。也在生产中发挥重要作用。同时,陶瓷水库可以制造谷物和水
易于储存。因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是用于定居。
从事农业生产的人离不开陶器。
3.冶金化学的兴起
在新石器时代晚期,人们开始用金属代替石器制造工具。使用
大部分是紫铜。但这种自然资源毕竟有限,于是产生了从矿石中冶炼黄金。
属于冶金。大约在公元前3800年,铜矿首次被冶炼。
1960年,伊朗开始改造铜矿
将石头(孔雀石)和木炭混合并加热以获得金属铜。纯铜很软,
用它制造的工具和武器质量不够好。在此基础上改进后,出现了。
青铜器。
到公元前3000年~公元前2500年
在1820年,除了熔炼铜以外,锡(x)也被提炼出来.
和铅(qin)。在纯铜中加入锡可以将铜的熔点降低到800
对,这样的话,更容易选角。铜和锡的合金被称为青铜(有时
含铅),硬度高,适合制作生产工具。青铜制成的武器坚硬锋利,
青铜制作的生产工具远比紫铜制作的要好,青铜制作的铜钱已经出现。。。正在选角。
在制作青铜器方面已有很大成就,如殷早期的“司母戊”鼎。这是天赋。
这件青铜器是世界上出土的最大的青铜器。再比如战国时期的编钟,堪称古乐。
伟大的音乐创作。因此,青铜器的出现促进了农业、兵器、金融,
艺术和其他方面的发展把社会文明向前推进了一步。
世界上最早制造铁和使用铁的国家是。。、埃及和印度,。。在春秋时期。
晚期(公元前
六
世纪)生铁已被提炼用于铸造。它最初是用木炭提炼的。
铁和木炭不完全燃烧产生的一氧化碳将铁矿石中的氧化铁还原成金属。
铁。铁广泛用于制造农具,如犁铧、铁(一种除草工具)、铁锹和熨斗。
当然,丁的器具也是用来制造武器的。到公元前8世纪
七
世纪、欧洲等。
进入铁器时代后。因为铁比青铜硬,所以炼铁的原料远比铜丰富。
在大多数地方,青铜器被铁代替。
4.。。的重大贡献——火药和造纸
黑火药是。。古代四大发明之一。为什么叫“黑粉”?
这也要从它所用的原材料说起。火药的三种原料是硫磺、硝(xio)石和木材。
碳。木炭是黑色的,因此,用它制成的粉末也是黑色的,叫做黑粉。火药
大自然容易着火,所以可以联想到火,但是“药”字呢
解决办法呢?原来硫磺和硝石在古代都是治病的药,所以黑火药可以治疗。
是会着火的黑药。
火药的发明与。。西汉时期的炼丹术有关,炼丹术的目的是求长生不老。
不是,老药,炼丹的原料里,有硫磺和硝石。炼金术的方法是将硫磺与
硝酸盐放在炼丹炉中,用火长时间提炼。在很多次炼金术中,它都出现过。
火灾爆炸现象一再发生。所以马之后
医学的方法。
黑粉发明后脱离炼金术,一直用于军事。古代人
近战刀枪,远战弓箭。用黑粉,宋代的。
此后出现了各种新式武器,如用弓发射的火药包。火药被火球和
蒺藜有两种。药线用火点燃,粉包抛出,燃爆致死。
彼此。
公元前后。
八
20世纪,。。的炼金术传到了阿拉伯,还有火药的制备方法。
也传到了过去,后来传到了欧洲。就这样,。。的火药成了现代炸药的“老本”。
祖先”。这是。。的伟大发明之一。
纸是人类保存知识、传播文化的工具,是中华民族对人类文明的重视。
贡献很大。在使用植物纤维纸之前,。。古代传播文字的方法主要
有:甲骨上的铭文(龟腹和牛骨),所谓甲骨文;甲骨的数量是
限,后来改为在竹简或木简上刻字。但是用的是0755年到79000年孔子写的竹简。
越多越好,分量可想而知;此外,将丝制成丝(b)也可用于书写。
话,但是大量生产帛是很难做到的。最后,还有由植物纤维制成的纸,
一直流传至今。
1957
年
五
今年5月,来自。。的考古学家参观了陕西Xi安的巴桥遗址。
在坟墓里发现了一些米黄色的古代纸张。经鉴定,该纸主要由。。纤维制成
不迟于汉武帝(公元前156 ~ 87年
年),是世界上现存最多的
早期的植物纤维纸。
一提到纸的发明,人们就会想到蔡伦。他是汉朝和皇帝的常侍。他看起来。
当时写字用的竹简太重,我们就总结前人造纸的经验,带领工匠用树。
皮、麻头、破布、破鱼网等。被用作原材料。首先,把它们切成块或者切掉,放在水里生长。
及时浸泡,然后捣烂成浆,再铺在凉席上,放在阳光下暴晒。
在太阳下晒干后,它被制成纸。它又薄又轻,适合写字,很受欢迎。
造纸是一个极其复杂的化学过程,是广大劳动人民智慧的产物。
其实蔡伦之前就有纸了。所以蔡伦只能算是造纸技术的改进者。
5.炼金术和炼金术
当封建社会发展到一定阶段,生产力大大提高时,统治
对阶级物质享受的需求越来越高,帝王贵族两种自然产生。
奢望:一是希望有更多的财富供自己享用;第二,当他们有一个巨人
巨大的财富之后,总希望能永远享受。于是,就有了长生不老的欲望。
如秦始皇统一。。后,迫不及待地寻求长生不老药,不仅使许
傅等人出海寻找,还召集了一大群方士(炼丹师)日夜为他炼制朱砂。
3354长生不老药。
炼金术士想把石头变成金子(也就是用人工的方法制造金银)。他们认为,可以通过。
通过某种方式,铜、铅、锡、铁等贱金属被转化为金、银等贵金属。比如希腊
炼金术士将铜、铅、锡和铁熔化成合金,然后放入多硫化钙。
浸泡在溶液中。因此在合金表面形成一层硫化锡,颜色类似黄色。
黄金(现在金黄色的硫化锡叫金粉,可以做古建筑的金色涂料等。).
吉祥,炼丹师主观认为“金”已经炼成。事实上,这仅从表面上看
颜色不从本质上判断物质变化的方法是自欺欺人。他们从未到达那里。
“点石成金”的目的。
虽然虔诚的方士和炼金术士的目的没有达到,但是他们努力了。
这不是完全徒劳的。多年来,他们一直暴露在有毒气体和烟雾笼罩的简陋“改造”中。
实验室”,应该说是第一批集中力量探索化学科学奥秘的“化学人”。
家”。他们为建国者积累了丰富的经验和失败的教训
变成朱砂。这是对化学变化规律的总结,即“物质之间可以相互作用”
人为的方法互相改变”。
炼金术士和炼金术士正在夜以继日地研究这些原始的化学实验,这些实验必然是需要的。
大量的实验仪器,于是他们发明了蒸馏器、熔炉、加热锅、烧杯等等。
过滤装置等。根据当时的需要,他们还生产了许多化学制品和有用的合金。
或者治病的药,很多都是今天常用的酸、碱、盐。为了把实验方法
而且录音之后,他们还创造了很多专业术语,写了很多作品。确切地说;精确地
这些理论、化学实验方法、化学仪器、炼金术和炼丹术著作都挖掘了化学。
这门科学的先驱。
从这些史实可以看出,炼金术士和炼金术士对化学的兴起和发展做出了贡献。
是的,后人绝不能嘲讽他们“追求长生不老,点石成金”。
他们应该作为发展化学科学的先驱受到尊重。因此,在英语中,化学家
和炼金术士这两个名词很像,真正的意思是“化学源于提炼”
黄金”。
第二,现代化学理论的建立
3354探索物质结构
世界是由物质构成的,但是物质是由什么构成的呢?最早的尝试
这个问题的答案是。。商代晚期的锡伯昌(约公元前1140年)。
年),他认为:
“易有太极,易有两仪,两仪生四象,四象生八卦。”用阴阳八卦解释一下。
释放物质的成分。
大约公元前1400年
年,西方自然哲学提出了物质结构的概念。希腊人
苔丝认为水是万物之母;拉克里斯赫图斯认为万物由火生成;下等/次级
亚里士多德在《论语》一书中论证物质结构时,用了四个“原生”
作为最原始的自然,它们是热的,冷的,干的,湿的。将它们两两组合。
经年累月,形成了火、气、水、土四种“元素”,进而形成了各种物质。
以上论点都不能触及物质结构的本质。在化学发展史上,
是英国的波义耳首先给出了元素的明确定义。他指出:“这些要素是
物质的基础,可以与其他元素结合形成化合物。然而,如果
元素从化合物中分离出来后,就不能再分解成比它更简单的东西了。
事情。"
波义耳还认为,化学不应被简单地视为制造金属、药物等的一种方法
技术的经验技能,而应该把它当作一门科学。因此,波义耳被认为是
把化学确立为科学的人。
人类物质结构的知识是无穷无尽的,物质是由元素构成的。然后,
元素是由什么组成的?1803
英国化学家道尔顿创立原子理论。
进一步回答这个问题。
原子论的主要内容如下:1 .所有的元素都是由不可分割的、无能力的元素组成的。
粒子的毁灭,这种粒子叫做原子;2.同一种元素的原子的性质
都具有相同的质量,不同元素的原子具有不同的性质和质量;3.一定数量的两个不
与元素结合后,就形成了化合物。
原子理论成功地解释了许多化学现象。然后是意大利化学家阿夫加德
1811年的罗玉
分子理论是在1920年提出的,它进一步补充和发展了道尔顿的原子论.
说吧。他认为,很多物质往往以分子的形式存在,而不是原子。
还有比如氧是由两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上是分成两部分的。
儿子。从此,化学从宏观转向微观,使得化学研究以原子为基础。
和分子水平。
第三,现代化学的兴起
19
本世纪末,物理学出现了三大发现,即
X
射线、放射性和电子。
这些新发现猛烈地冲击了道尔顿认为原子是不可分的观点,从而打开了
以及原子和原子核的内部结构,揭示微观世界更深层的奥秘。
将热力学理论引入化学后,对化学平衡和反应速率进行估算。
读,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立物理学。
化学在理论上把化学提到了一个新的高度。
在量子力学基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的键
合力论使人类进一步了解了分子结构和性能之间的关系,极大地促进了
与化学材料科学的联系为材料科学的发展提供了理论基础。
化学与社会的关系越来越密切。化学家用化学的观点来观察和
思考社会问题,运用化学知识分析解决社会问题,如能源危机、
食品问题,环境污染等。
化学与其他学科的交叉和渗透,产生了许多边缘学科,如生物学。
化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等。制造生物,电力
航天、激光、地质、海洋等科技发展迅速。
化学也为人类的衣食住行提供了无数的物质保障,而且在不断进步。
人民生活,提高人类健康水平做出了应有的贡献。
现代化学的兴起使化学从无机化学发展到有机化学。
多学科科学开始建立起无机化学、有机化学、分析化学和物理学的体系。
化学和高分子化学是化学的分支。化学家,“分子建筑师”
我们将用善变的手为全人类创造今天的大厦和明天的世界。
2.元素发现和科学方法研究史上的两大奇迹。
陕西省渭南师范学院化学系张文根
在化学发展史上,就个人发现新元素的数量而言,出现过两次奇迹。
值得研究的是,两次奇迹基本采用了相似的科学研究方法。
1.大卫和新元素的发现
英国化学家戴维(H. Davy,1778 ~ 1829)出生在一个伐木工人家庭,并在那里长大。
热爱化学实验。他用自己的身体来测试氧化亚氮(笑气)气体的毒性,并制成
现在,由于它的麻醉作用,外科手术经历了重大的变化。他还发明了安全矿灯,
由火焰引起的瓦斯爆炸得到解决,19
欧洲煤矿的安全开采在世纪之交取得了一些成就。
福利贡献。然而,他一生中最辉煌的成就是新元素的发现。
1799
1860年,意大利物理学家A伏打发现了金属活动的顺序
它发明了伏特电池。次年,英国化学家w尼科尔森和
一辆卡瑞斯用伏特电池成功分解水。从此,电学在化学中
这项研究的应用引起了科学家们的广泛关注。
1806
在中,大卫总结了以前对电学的研究,并预言这种方法可以被使用。
为了将水分解成氢气和氧气,也可以分解其他物质。这一科学思想使他
将电与物质的组成联系起来导致了一系列新元素的发现。
1777
以前,人们普遍认为碱和碱土物质的化学成分
它具有元素的性质,不能再分解。法国化学家拉瓦锡(AL拉瓦锡)
氧化理论建立后,认为这两种物质可能是氧化物。1807
在,大卫肯定
用心脏实验来证实拉瓦锡的观点,同时也想验证自己预测的正确性。
起初,他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液做实验,发现碱没有变化,只是随着
水电解也有同样的结果。通过分析,他认为应该排除水的干扰因素。所以改变吧
通过熔化苛性钾,发现在阴极铂丝周围出现更燃烧的火焰,表明
由于加热温度过高,分解后的产物立即再次燃烧。后来他改用碳酸钾。
施加了强电流,但是阴极上的金属颗粒很快被烧掉了。最后,他
综上所述,苛性钾在密闭坩埚中电解熔化,最后得到银白色金属。
通过性质实验,发现它在水中能发生剧烈反应,出现淡紫色火焰,显然就是这个原因。
这种金属与水反应释放出氢气。山,大卫判断说
他又分别从苦土(MgO)、石灰、菱镁矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中发现了它。
新元素镁、钙、锶和钡。
1807
第12年
6月,尽管当时英法之间发生了战争,法国皇帝拿破仑仍然
然而,为了表彰大卫的杰出成就,颁发了一枚奖章。然而,大卫并不以此为荣。
金属被发现后,他认为金属可以从水中分解成氢气,这个想法被延迟了。
它应该还能分解其他物质。所以在1808年
1980年,他将钾和无水硼酸混合,1980年
将铜管中温加热,得到蓝灰色非金属硼。就这样,不到两年,大卫发现
从高处或远处观看
七
新元素。如果你加他1810
和1813年。
氯和碘的测定,
大卫在生活中发现并证实的元素有
九
物种。这个成绩是他生前52。
葛源
在发现史上无人能及。
2.seaborg和新元素的合成
G.美国化学家西伯格(T.Seeborg,1912 ~)的家庭情况与大卫相似。
更多。依靠他的兼职工作,他完成了高中和大学,并以优异的学习成绩,获得了a
著名科学家路易的赏识,后来成为路易的得力助手和合作者,并完成了
许多重要的研究已经完成。他热爱化学和物理,决心在核化学领域做出非凡的成就。
成就。
在本世纪初,电子学,
X
辐射和放射性的发现为不可分的原子打开了大门。
1929
美国物理学家E.O .劳伦斯在加州大学发明了它。
设计了回旋粒子加速器,从而获得了大大提高轰击粒子动能的手段。
新元素不断被发现和合成,仅在1934年。
从1937年到1937年
每年有200多种人工放生。
放射性同位素出现了。到1939年
年份,92年
在铀之前,只有61。
和85。
2号是空的。因此,人们不再关心填补元素周期表中的空白,而是会
关注铀背后元素的发现和合成。
3.钻石的旧知识和新知识
吴国庆
(北京师范大学化学系,100875)
早在1879年
史密森坦南在
已经发现金刚石燃烧的产物是碳。
氧化物,所以钻石是碳的单质。1913
年份,布拉格
通过父子X射线衍射实验测量
测定了金刚石的晶体结构。一般认为天然金刚石属于立方晶系,其晶胞
它是一个面心立方,其中一个单元包含
八
碳原子(一个格点是两个碳原子)。每个
碳原子周围有40个四面体碳原子,健康长度为154pm。然而,应该指出的是
事实上,在石头中发现的钻石是六角形的。这两种晶体的区别不是碳。
杂化类型的原子(sp3),但晶体的对称性因排列不同而不同。
钻石被人类视为珍宝,据说有3000颗钻石。
多年的历史。深思之后
钻石被称为金刚石,它的密度很高(3.51克厘米-3),是已知最坚硬的物质(钼
硬度10);对光透明性好,折射率高,合适的钻石更能反光。
更亮,显得特别刺眼;高色散也让钻石有了‘光彩’,就是白光被钻。
由石头色散成单色光引起。钻石的色散值是天然宝石中最高的。使用分散
数值差异可以区分钻石和与其非常相似的锆石(ZrsiO4)。天然金刚石
有些是无色的,有些是美丽的蓝色、黄色、棕色、绿色,还有一些是黑色。理论
证明了纯钻石应该是无色的。它能透射各种波长的光。
(包括红外线和紫外线)。这是因为金刚石晶体中的电子是从基到最低被激发的。
能量激发需要5.4电子伏特,这远远大于可见光的能量(1.7-3.10
电子伏特)。当金刚石掺杂氮时,能量从最初的5.4增加
降到2.2
左侧和右侧,带氮气
随着原子含量的增加,由于热运动引起的氮能级宽度的不同,吸收也不同。
波长为的可见光显示出黄色(碳氮比=105: 1)和绿色(碳氮比=103: 1)的颜色,氮原子的数量继续增加。
更多,全v
电气公司的实验室证实,钻石的蓝色是由不到百万分之一的硼导致的。
向上。他们发现蓝钻是导电的。这可以解释为:硼原子
碳的存在可以使碳的价带电子进入硼(受主)能级并在价、铅中留下空穴
空穴传导。但是铝的掺杂不可能有这种性质。钻石的颜色也可以掺杂。
原子引起所谓的“色心”(也称为
F
心)。类金刚石碳的颜色会增加。
热、辐射和交叉,有些有荧光。习惯以克拉为单位的钻石质量(
一个
克拉等于
200
Mg)计算。一颗钻石,10多
克拉,是非常稀有和珍贵的。迄今为止
大钻石是1906年的。
“非洲之星”开采于3025年
克拉。在世界上; 到底,究竟
最大的钻石被称为“莫卧儿大帝”,加工前重780磅。
克拉。
人们梦想合成钻石已经很久了。一旦这个梦想的驱动力打开
为了人工制造珍贵的钻石。因为天然钻石太少了。地球化学
研究证明,自然界的碳只有在熔融岩石存在的情况下才存在。
三
在10000个大气压的高压下,
可以以金刚石的形式结晶,有时金刚石形成的压力高达60000。
个人
大气压。这个压力只有地面以下60-100度。
离这里几公里远。
在深处转向裸露地表的岩石太少了。开采钻石需要大量投资。
资本。从地表找到钻石的机会非常小。和采矿的日子
冉金刚12
只有很少的石头从质量上可以加工成钻石,大部分都是灰色或者黑色的。
颜色。它是不透明的,有些还混有石墨,所以不可能弄清楚钻石。第一个尝试的人
人造钻石是在1880年报道的。
年份。而第一个声称合成钻石的就是著名的法。
。。实验化学家穆瓦桑。根据他当时的化学知识,他预测商
未制备的元素氟的化学性质非常活泼,如果用它来迅速控制碳氢化反应。
桌子里的氢可能会把剩余的碳变成钻石。结果,他花了好几年。
时间,克服重重困难,真的做出了活泼的氟,成就了同代。
许多伟大的成就(他为此和他发展的氟化学获得了诺贝尔奖)。那样地
然而,当他进行氟与碳氢化合物的反应时,即使在超低温下,也会剧烈爆炸。
结束,一无所获。灾难性的失败并没有动摇Movasan对人造钻石生产的信念。
后来,他从地球化学家那里了解到自然界中石墨转化为金刚石的高温高压。
条件下,设计了一个模拟自然过程的石墨制金刚石实验。塔巴希
墨水溶解到熔化的铁中,然后迅速冷却铁。试图将熔融的铁转变成固态。
铁产生的巨大内部压力把石墨变成了金刚石。这个想法,乍一看,是
有道理。所以Movasan要求他的学生一次又一次地做这个实验。
该产品用无机酸溶解铁,从黑色固体残渣中寻找金刚石。后来,
“真的”在里面发现了透明的“钻石”。其中之一被命名为法国的卢浮宫。
著名的钻石——摄政王的同名钻石至今仍陈列在莫瓦桑的实验室里。
浏览。莫瓦桑曾两次在报纸上发表他成功制造出钻石的消息。鉴于莫瓦桑的
威望引起了全世界的轰动,穷人为它欢呼,富人为它鞠躬。
低下头。后来,虽然有一个著名的氟化学家O拉夫
在1915年
帕森斯在吗
在1920年
2006年,有人声称重复莫瓦桑的实验生产出钻石,但这不足以被信任。
送达的证据。到本世纪50年代
在1980年代,理论上证明了金刚石暴露在高温高压下.
代的临界条件从根本上否定了摩凡三世设计的实验成功的可能性。
据说,莫瓦桑的人造钻石在他的学生被迫扔进酸洗后是黑色的。
残渣里有天然钻石。也有报道说Movasan只得到碳化硅或者尖晶石。
镁铝酸盐.
R. Berman首先从理论上计算了人造金刚石的热力学条件。仅仅
说,他的计算是建立石墨变成金刚石的相图。计算的结果是:如果您使用
温度是横坐标,压力是纵坐标。你可以在图上从左下方到右上方画一条线。
近似直线延伸,并且直线下方是石墨的稳定区域(金刚石的热力学
亚稳区),而直线上方是金刚石的稳定区(石墨的亚稳区)。如果
而刚好在直线外的温度和压力,就是金刚石和石墨的平衡转变点。这张图表
以明朝为例,在1200—1500K
温度范围,将石墨转化为金刚石的压力。
需要达到4.3109-5.2109帕(4—
五
大气压)。
值得指出的是,在教学讨论中,我们经常发现有些人误解了高温对合成的作用。
钻石的作用。应该注意的是,根据上述石墨到金刚石的相图,如前所述
表示,相平衡线的斜率为正。也就是说,反应温度越高,所需的压力越大
越高。如果只考虑温度,结论应该是:(就热力学而言)温度越高,石头越高
墨水越不容易变成钻石。这也可以从吉布斯—亥姆霍兹出发,只考虑温度不考虑压力。
方程(G=H-TS)。把石黑变成钻石是吸热的。
反应( H > 0),熵变 S <0 (-T S > 0),所以温度越高,石墨就转化为
金刚石的自由能越大,自发趋势越小。不难理解加压有利于转化。
这是因为石墨的密度比金刚石小,转变是一个体积缩小的过程。因此,转
反应所需的高温只是为了提高速度。实际上,金刚石是在高温高压下合成的。
石头也需要催化剂。石墨无催化剂直接转化为金刚石的实验条件
是2700,13GPa;使用镍钴铁
加入少量的硫、钛、铝等。放进合金罐里
转化温度降至950,压力降至4GPa。
为什么金属可以催化石墨转化为金刚石?这是一个迷人的
问题。在已经提出的理论中有两种形象。一个是金属的表面作用。
理论:镍属于面心立方晶体。镍原子的二维致密层的法线方向是
立方晶胞的对角13
方向,在结晶学中称为(111)方向,每个镍原子
周围有
六
镍原子的二维致密层称为(111)面。正极由镍原子在表面形成
三角形的边长为249pm,这是石墨二维表面上碳原子形成的三角形的边长。
(246pm)非常接近。当金属镍的表面正好是(111)面并且正对着石墨时
二维弯头,镍原子和碳原子形成一对一的化学键(石墨的碳原子
2pz垂直于二维平面
在3d中,只有轨道中的单个电子进入镍原子。
轨道),因此,石墨的二维平面上的一半碳原子被拉到镍的表面,并处于高压下
石墨的层间距为335pm。
压缩,使得碳原子的杂化类型从sp2
改变
Sp3(见图1)。铁、钴、镍及其合金的晶体结构相似,所以都是石墨。
作为转化钻石的催化剂。另一种理论认为石墨中的碳原子可以单独进入。
金属原子间的四面体间隙,其原子轨道在金属原子的作用下发生杂化。
在sp3中,碳原子通过扩散与另一个碳原子相遇形成金刚石。
画
一个
在石墨金属表面原子的作用下转化为金刚石。
50
20世纪90年代初,美国和瑞典分别成立了两个人造金刚石研究小组
在1954年
和1953年。
黄金是在1920年合成的
回答者
化学史论文
化学导论
1.人类文明的起点3354火的使用
几百万年前,人类过着极其简单的原始生活,靠打猎和吃饭为生。
是生肉野果。根据考古学家的研究,至少在50年前
几年前,是的。
找到电动车
后来,人们学会了通过摩擦生火,钻木头,这样就可以随身携带火种。
是的。因此,人们不再是火种的保管者,而是能够控制火种的生火者。
火是人类用来发明工具和创造财富的武器。用火可以产生各种
人类借助化学反应的特点,开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广泛的领域。
生产生活的广阔天地。
2.历史悠久的工艺3354制陶
很难证实陶器是何时产生的。关于陶器的起源有不同的观点,
一些人推测,人类生活的最原始的容器是由树枝制成的,为了使它耐火和
紧密无缝,通常在容器内外涂上一层粘土。在这些容器的使用过程中,
偶尔它会被烧掉,所有的树枝都会被烧掉,但粘土不会着火,不仅如此
留着它,它会变得比火前更硬更好用。这场事故给了人们
很有启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地捣粘土。
粉碎,与水混合,揉捏到非常柔软的程度,塑造成各种形状,并放置在阳光下。
下晒干,最后架在篝火上烧制成最初的陶器。 大约距今 1 万年以前,。。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,在制造技木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(gài)、 氧化镁(měi)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,而且有新的经济意 又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法,陶制的纺轮、陶刀、陶挫 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。 3.冶金化学的兴起 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~前2500 年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡(xī) 和铅(qiān)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。。。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。。、埃及和印度,。。在春秋 时代晚期(公元前 6 世纪)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■(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~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。 4.。。的重大贡献——火药和造纸 黑火药是。。古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢? 这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)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 解为黑色的会着火的药。 火药的发明与。。西汉时期的炼丹术有关,炼丹的目的是寻求长生 不老的药,在炼丹的原料中,就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和 硝石放在炼丹炉中,长时间地用火炼制。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。 黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系,一直被用在军事上。古代人 打仗,近距离时用刀枪,远距离时用弓箭。有了黑火药以后,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,。。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,。。的火药成了现代炸药的“老 祖宗”。这是。。的伟大发明之一。 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,。。古代传播文字的方法主要 有:在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)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(bó),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,。。考古工作者在陕西省西安市灞(bà)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。。纤维制造,其 年代不会晚于汉武帝(公元前156~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,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。 5.炼丹术与炼金术 当封建社会发展到一定的阶段,生产力有了较大提高的时候,统治 阶级对物质享受的要求也越来越高,皇帝和贵族自然而然地产生了两种 奢望:第一是希望掌握更多的财富,供他们享乐;第二,当他们有了巨 大的财富以后,总希望永远享用下去。于是,便有了长生不老的愿望。 例如,秦始皇统一。。以后,便迫不及待地寻求长生不老药,不但让徐 福等人出海寻找,还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂 ——长生不老药。 炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为,可以通 过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊 的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金,然后把它放入多硫化钙 溶液中浸泡。于是,在合金表面便形成了一层硫化锡,它的颜色酷似黄 金(现在,金黄色的硫化锡被称为金粉,可用作古建筑等的金色涂料)。 这祥,炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上,这种仅从表面 颜色而不从本质来判断物质变化的方法,是自欺欺人。他们从未达到过 “点石成金”的目的。 虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到,但是他们辛勤的劳动 并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化 学实验室”中,应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学 家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训,甚 至总结出一些化学反应的规律。例如。。炼丹家葛洪从炼丹实践中提 出:“丹砂(硫化汞)烧之成水银,积变(把硫和水银二者放在一起)又还 成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结,即“物质之间可以用 人工的方法互相转变”。 炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验,必定需要 大批实验器具,于是,他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过 滤装置等。他们还根据当时的需要,制造出很多化学药剂、有用的合金 或治病的药,其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法 和经过记录下来,他们还创造了许多技术名词,写下了许多著作。正是 这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作,开挖了化学 这门科学的先河。 从这些史实可见,炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩 的,后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们, 应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此,在英语中化学家(chemist) 与炼金家(alchemist)两个名词极为相近,其真正的含义是“化学源于炼 金术”。 二、创建近代化学理论 ——探索物质结构 世界是由物质构成的,但是,物质又是由什么组成的呢?最早尝试 解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140 年),他认为: “易有太极,易生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”以阴阳八卦来解 释物质的组成。 约公元前1400 年,西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的 泰立斯认为水是万物之母;黑拉克里特斯认为,万物是由火生成的;亚 里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时,以四种“原性”作 为自然界最原始的性质,它们是热、冷、干、湿,把它们成对地组合起 来,便形成了四种“元素”,即火、气、水、土,然后构成了各种物质。 上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上, 是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出:“元素是 构成物质的基本,它可以与其他元素相结合,形成化合物。但是,如果 把元素从化合物中分离出来以后,它便不能再被分解为任何比它更简单 的东西了。” 波义耳还主张,不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从 事工艺的经验性技艺,而应把它看成一门科学。因此,波义耳被认为是 将化学确立为科学的人。 人类对物质结构的认识是永无止境的,物质是由元素构成的,那么, 元素又是由什么构成的呢?1803 年,英国化学家道尔顿创立的原子学说 进一步解答了这个问题。 原子学说的主要内容有三点:1.一切元素都是由不能再分割和不能 毁灭的微粒所组成,这种微粒称为原子;2.同一种元素的原子的性质和 质量都相同,不同元素的原子的性质和质量不同;3.一定数目的两种不 同元素化合以后,便形成化合物。 原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德 罗又于1811 年提出了分子学说,进一步补充和发展了道尔顿的原子学 说。他认为,许多物质往往不是以原子的形式存在,而是以分子的形式 存在,例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上都是分 子。从此以后,化学由宏观进入到微观的层次,使化学研究建立在原子 和分子水平的基础上。 三、现代化学的兴起 19 世纪末,物理学上出现了三大发现,即 X 射线、放射性和电子。 这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了 原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。 热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速度的概 念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理 化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平。 在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结 合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了 化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。 化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和 思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、 粮食问题、环境污染等。 化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物 化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电 子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。 化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善 人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。 现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为 多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物 理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师” 将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。 2.元素发现史上的两次奇迹及科学方法研究 陕西省渭南师范专科学校化学系张文根 化学发展史上,从个人发现新元素的数量方面讲,出现过两次奇迹。 值得研究的是,两次奇迹基本上都采用了类似的科学研究方法。 1.戴维与新元素的发现 英国化学家戴维(H·Davy,1778~1829)出生于木刻匠家庭,从小就 喜爱化学实验。他曾用自己的身体试验氧化亚氮(笑气)气体的毒性,发 现其麻醉性,使医学外科手术发生了重大改途;他还发明了安全矿灯, 解决了因火焰引起的瓦斯爆炸,对19 世纪欧洲煤矿的安全开采做出了有 益的贡献。但是,他一生最辉煌的成就莫过于新元素的发现。 1799 年,意大利物理学家伏特(A·Volta)发现了金属活动顺序,并 应用其发明了伏特电池。次年,英国化学家尼科尔森(W.Nicholson)和 卡里斯尔(A·Carlisle)利用伏特电池成功地分解了水。从此,电在化学 研究中的应用引起了科学家的广泛关注。 1806 年,戴维对前人有关电的研究进行了总结,预言这种手段除可 以把水分解为氢气和氧气外,还可能分解其他物质,这一科学思想使他 把电与物质组成联系起来,从而导致了一系列新元素的发现。 1777 年之前,对于碱类和碱土类物质的化学成分,人们普遍认为具 有元素性质,是不能再分解的。法国化学家拉瓦锡(A·L·Lavoisier)创 立氧化理论之后,则认为这两类物质都可能是氧化物。1807 年,戴维决 心用实验来证实拉瓦锡的见解,同时也想验证一下自己预言的正确性。 最初他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液实验,发现碱没有变化,只和 水电解结果一样。通过分析,他认为应该排除水这个干扰因素。于是改 用熔融苛性钾,结果发现阴极白金丝周围出现了燃烧更旺的火焰,说明 由于加热温度过高,分解出的产物立刻又被燃烧了。后来他换用碳酸钾 并通以强电流,但阴极上出现的金属颗粒还是很快被烧掉了。最后,他 总结教训,在密闭坩埚内电解熔融苛性钾,终于拿到了一种银白色金属, 并进行性质实验,发现在水中能剧烈反应,出现淡紫色火焰,显然是该 金属与水作用放出氢气的结果。山此,戴维判断这是一种新金属,取名 为钾。不久,他又从苛性苏打中电解出了金属钠。次年,用同样方法, 他从苦土(MgO)、石灰、菱锶矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分别又发现了 新元素镁、钙、锶和钡。 1807 年12 月,尽管当时英法两国正进行着战争,法国皇帝拿破仑仍 然颁发勋章,以嘉奖戴维的卓越成就。但是,戴维并没有因此骄傲起来。 金属钾被发现以后,他由该金属可从水中分解出氢气受到后发,认为钾 也应该能够分解其他物质。于是在1808 年,他将钾与无水硼酸混合,在 铜管中加热,得到了青灰色的非金属硼。这样,不到两年,戴维就发现 了 7 种新元素。如果加上他1810 年和1813 年确定的氯元素和碘元素, 戴维一生发现和确认的元素就有 9 种。这一成就在他去逝之前的52 个元 素发现史上,无人能与其媲美。 2.西博格与新元素的合成 美国化学家西博格(G.T.Seeborg,1912~)的家庭境况和戴维差不 多。依靠打工,他读完了高中和大学,并以出色的学习成绩,获得了著 名科学家路易斯的赏识,随后便成为路易斯的得力助手和合作者,完成 了许多重要研究。他热爱化学和物理学,决心在核化学领域做出非凡成 绩。 本世纪初,电子、 X 射线和放射性的发现,打开了原子不可分的大门。 1929 年,美国物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)在加利福尼亚大学发明 ■计出了回旋粒子加速器,从而取得了大大提高轰击粒子动能的手段, 使新元素不断被发现和合成,仅1934 年至1937 年就有二百多种人工放 射性同位素出现。到1939 年,在92 号铀元素之前,只剩下61 号和85 号两个空位了。所以,人们已不在关心元素周期表中的空格补缺,而将 精力转移到铀后面元素的发现和合成上。 3.金刚石的老知识和新知识 吴国庆 (北京师范大学化学系100875) 早在1879 年,SmithsonTennant 已经发现,金刚石燃烧的产物是碳 的氧化物,故金刚石是碳的单质。1913 年,Bragg 父子用X-衍射实验测 定了金刚石的晶体结构。证实通常的天然金刚石属于立方晶系,其晶胞 为面心立方,一个晶胞里有 8 个碳原子(一个点阵点为两个碳原子)。每 个碳原子周围有四十呈四面体排列的碳原子,健长为154pm。然而应当指 出,在殒石里发现的金刚石却是六方晶系的。两种晶体的差别不在于碳 原子的杂化类型(sp3),而在于排列方式不同引起晶体的对称性不同。 金刚石被人类当作宝石而珍藏,据说已有3000 年的历史。经过琢磨 的金刚石称为钻石,它密度大(3.51g·cm-3),是已知物质中最坚硬的(莫 氏硬度10);它对光的透明度好,折射率高,琢磨适当的钻石能反射出更 多的光而显得格外耀眼;高色散性还使钻石有‘光彩’,这是白光被钻 石色散成单色光所致。金刚石的色散值是天然宝石里最高的。利用色散 值的差别可以把金刚石跟很象它的锆石(ZrsiO4)区分开来。天然金刚石 有的无色,有的则呈美而的蓝、黄、棕、绿等色,还有的呈黑色。理论 研究证实,纯净的金刚石应当是无色的。它可以透过各种不同波长的光 (包括红外和紫外)。这是因为把金刚石晶体里的电子从基恣激发到最低 能量的激发恣需要5.4电子伏特的能量,远大于可见光的能量(1.7—3.10 电子伏特)。当金刚石里掺杂氮,能量从原来的5.4 降到2.2 左右,随氮 原子的含量的增高,由于热运动引起的氮能级的宽度的差别,吸收不同 波长的可见光,呈现黄(C/N=105:1)、绿(C/N=103:1)色,氮原子继续增 多,所有可见光都会被吸收掉,便得到黑色的金刚石。在好长一个时期 里,人们认为蓝色的金刚石是由于其中掺杂铝引起的。后来经美国通用 电气公司的实验室证实,金刚石的蓝色是由其中不到百万分之一的硼引 起的。他们发现,蓝色的金刚石是有导电性的。这可以解释为:硼原子 的存在可以使碳的价带电子进入硼(受主)能级而在价帝里留下空穴,引 起空穴导电。而铝的掺杂不可能有这种性质。金刚石的颜色还可因掺杂 原子引起所谓的“色心”(又称 F 心)而引起。这类金刚石的颜色会因加 热、辐照而改交,有的还有荧光。习惯上钻石的质量按克拉( 1 克拉等于 200 毫克)计算。一颗钻石,超过10 克拉,就已很稀罕很珍贵了。至今最 大的一颗金刚石是1906 年开采出来的‘非洲之星’,3025 克拉。世界上 最大的一颗钻石则是称为‘蒙兀儿大帝’的,加工前重780 克拉。 人们梦想合成金刚石已经有很长的历史了。这种梦想的推动力一开 始就是为了人工造出珍贵的钻石。因为天然的金刚石太少了。地球化学 研究证实,自然界里的碳只有当熔化的岩百在 3 万个大气压的高压下, 才能以金刚石的方式结晶出来,有时生成金刚石的压力竟高到60000 个 大气压。这样大的压力只有在地面下60—100 公里的深外才存在,从这 样深的地方翻到地秃表层来的岩石太少了。开采金刚石需要很大的投 资。那种从地表找到一颗金刚石的机会是极其稀少的。而开采出来的天 然金刚12 石,只有很少就其质量而言可以加工成钻石,多数是灰色或黑 色的。并不透明,有的内部夹杂有石墨,无法琢磨出钻石。最早尝试人 工合成金刚石的报导在1880 年。而第一个宣称合成金刚石的是著名的法 国实验化学家莫瓦桑(H·Moissan)。他以当时已有的化学知识预计,尚 未制得的单质氟的化学性质极其活泼,若用它来及其迅猛地夺取碳氢化 台物里的氢,就有可能把余留下的碳转变成金刚石。结果,他费了数年 的光阴,克服了重重困难,真的制出了活泼的氟,取得了同的代人不可 多得的巨大成就(他因此以及由此开拓的氟化学而得到诺贝尔奖金)。然 而,当他实施氟和烃类的反应时,既使是在超低温下,也以猛烈的爆炸 告终,一无所得。惨重的失败并未动摇过莫瓦桑人工制造金刚石的信念。 后来,他从地球化学家那里得知了自然界石墨转化成金刚石的高温高压 的条件,便设计了一种模拟天然过程的用石墨造金刚石的实验。他把石 墨溶进熔融的铁,然后令铁急速地冷却。企图通过液恣的铁转化成固态 的铁时产生的巨大内压,把石墨转化成金刚石。这种想法,粗想起来是 蛮有道理的。因而莫瓦桑叫他的学生们,一次又一次地把这种实验得到 的产品用无机酸把铁溶解掉,从黑乎乎的固恣残渣里寻找金刚石。后来, ‘真的’从中发现了透明的“金刚石”。其中一颗被命名为法国卢浮宫 里的著名钻石——摄政王同名的金刚石至今仍然在莫瓦桑的实验室里展 览。莫瓦桑曾经两度在报上发表他已成功地制得金刚石。鉴于莫瓦桑的 崇高威信,一时间引起了全球的轰动,穷人为之欢呼雀跃,富人为之垂 头丧气。后来虽有著名氟化学家O·Ruff 在1915 年以及Parsons 在1920 年宣称重复了莫瓦桑的实验制得了金刚石,却始终不能拿出足以令人信 服的证据。到本世纪50 年代,有人从理论上论证了金刚石在高温高压下 生成的临界条件,根本地否定了莫瓦桑设计的实验取得成功的可能性。 据说,莫瓦桑的人造金刚石是他的学生被逼得无奈,投进酸洗后的黑色 残渣里的天然金刚石。也有人报导,莫瓦桑得到的只是碳化硅或尖晶石 (MgAl2O4)。 首先在理论上计算合成金刚石的热力学条件的是R·Berman。简单地 说,他的计算就是建立石墨转化为金刚石相图。计算的结果是:如果以 温度为横坐标,压力为纵坐标,可以在图上划出一条由左下方向右上方 延伸的近似的直线,在直线的下方是石墨的稳定区(对金刚石则是热力学 的介稳区),在直线的上方则是金刚石的稔定区(对石墨则力介稳区)。若 温度和压力正好外于直线上则是金刚石和石墨的平衡转化点。这张图表 明,例如在1200—1500K 的温度范围内,要使石墨转化为金刚石的压力 需要达到4.3×109-5.2×109Pa(4— 5 万大气压)。 值得指出的是,在教学讨论中,我们常常发现有人误解高温对合成 金刚石的作用。应当注意,根据上述的石墨转化为金刚石的相图,如前 所述,相平衡线的斜率是正值。这就是说,反应温度越高,需要的压力 也就越高。若单考虑温度,结论应当是:(就热力学而言)温度越高,石 墨越不容易转化为金刚石。这也可以从只考虑温度不考虑压力的Gibbs—Helmholtz 方程(△G=△H-T△S)看出。标恣下石黑转化为金刚石是吸热 反应(△H>0),熵变△S<0(∴-T△S>0),因此温度越高,石墨转化为 金刚石的自由能越大,即自发趋势越小。加压有利于转化是不难理解的。 这是由于石墨的密度比金刚石的小,转化是体积减小的过程。因此,转 化反应所需的高温只是为了提高速度。事实上,在高温高压下合成金刚 石也是需要催化剂的。无催化剂时,石墨直接转化为金刚石的实验条件 是2700℃,13GPa;利用Ni—Co—Fe 合金加入少量的硫、钛、铝等,可 使转化温度降到950℃,压力降到4GPa。 金属为什么能够催化石墨转化为金刚石的反应?这是一个引人入胜 的问题。在已经提出的理论中有两种十分形象。一种是金属的表面作用 的理论:金属镍属于面心立方晶体。镍原子的二维密置层的法线方向是 立方晶胞的对角13 线方向,在晶体学上称为(111)方向,而每个镍原子 周围有 6 个镍原子的二维密置层则称为(111)面。面上的镍原子形成的正 三角形的边长为249pm,跟石墨的二维面上的碳原子形成的三角形的边长 (246pm)十分接近。当金属镍的表面正好是(111)面而又正好对着石墨的 二维平面肘,镍原子便和碳原子之间一对一地形成化学键(石墨的碳原子 的与二维平面垂直的2pz 轨道里的单电子进入镍原子的只有单电子的3d 轨道),结果把石墨的二维平面上的半数碳原子拉向镍的表面,在高压 下,石墨的层间距从335pm 被压缩,从而使碳原子的杂化类型由sp2 转化 为sp3(见图1)。铁、钴、镍及其合金的晶体结构相似,因此都是石墨转 化为金刚石的催化剂。另一种理论认为石墨中的碳原子可以单个地进入 金属原子之间的四面体空隙,并在金属原子的作用下使其原子轨道杂化 成sp3,碳原子通过扩散遇到另一碳原子形成金刚石。 图 1 石墨在金属表面原子的作用下转化为金刚石 50 年代初,在美国和瑞典成立了两个人造金刚石的研究小组,分别 在1954 和1953 年合成了金 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? 1.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。 2.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。。、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。 3.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。 4.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。 5.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。 这里主要讲述近二百多年来的化学史故事。这是化学得到快速发展的时期,是风云变幻英雄辈出的时期。让我们一道去体验当年化学家所经历的艰难险阻,在近代化学史峰回路转的曲折历程中不倦跋涉,领略他们拨开重重迷雾建立新理论、发现新元素、提出新方法时的无限风光。 燃素说的影响 可燃物如炭和硫磺,燃烧以后只剩下很少的一点灰烬;致密的金属煅烧后得到的锻灰较多,但很疏松。这一切给人的印象是,随着火焰的升腾,什么东西被带走了。当冶金工业得到长足发展后,人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。 1723年,德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释,形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的。。作。 施塔尔认为燃素存在于一切可燃物中,在燃烧过程中释放出来,同时发光发热。燃烧是分解过程: 可燃物==灰烬+燃素 金属==锻灰+燃素 如果将金属锻灰和木炭混合加热,锻灰就吸收木炭中的燃素,重新变为金属,同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质,燃烧起来非常猛烈,而且燃烧后只剩下很少的灰烬;石头、草木灰、黄金不能燃烧,是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物,酒精燃烧时失去燃素,便只剩下了水。 空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合,充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素,动物又从植物中获得燃素。所以动植物易燃。 富含燃素的硫磺和白磷燃烧时,燃素逸去,变成了硫酸和磷酸。硫酸与富含燃素的松节油共煮,磷酸(当时指P2O5)与木炭密闭加热,便会重新夺得燃素生成硫磺和白磷。而金属和酸反应时,金属失去燃素生成氢气,氢气极富燃素。铁、锌等金属溶于胆矾(CuSO4·5H2O)溶液置换出铜,是燃素转移到铜中的结果。 燃素说尽管错误,但它把大量的化学事实统一在一个概念之下,解释了冶金过程中的化学反应。燃素说流行的一百多年间,化学家为了解释各种现象,做了大量的实验,积累了丰富的感性材料。特别是燃素说认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程,化学反应中物质守恒,这些观点奠定了近、现代化学思维的基础。我们现在学习的置换反应,是物质间相互交换成分的过程;氧化还原反应是电子得失的过程;而有机化学中的取代反应是有机物某一结构位置的原子或原子团被其它原子或原子团替换的过程。这些思想方法与燃素说多么相似。 舍勒和普里斯特里发现氧气的制法 令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师——chemist,他长期在小镇彻平的药房工作,生活贫困。白天,他在药房为病人配制各种药剂。一有时间,他就钻进他的实验室忙碌起来。有一次,后院传来一声爆鸣,店主和顾客还在惊诧之中,舍勒满脸是灰地跑来,兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物,忘记了一切。对这样的店员,店主是又爱又气,但从来不想辞退他,因为舍勒是这个城市最好的药剂师。 到了晚上,舍勒可以自由支配时间,他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验,他都重做一遍。他所做的大量艰苦的实验,使他合成了许多新化合物,例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞(氯化汞)、钼酸、乳酸、乙醚等等,他研究了不少物质的性质和成分,发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿(Scheele’s green),就是舍勒发明的亚砷酸氢铜(CuHAsO3)。如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的,但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候,他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版,共有八卷之多。其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程,起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇,使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。 在舍勒与大学教师甘恩的通信中,人们发现,由于舍勒发现了骨灰里有磷,启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前,人们只知道尿里有磷。 1775年2月4日,33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世,舍勒继承了药店,在他简陋的实验室里继续科学实验。由于经常彻夜工作,加上寒冷和有害气体的侵蚀,舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道——他要掌握物质各方面的性质。他品尝氢氰酸的时候,还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日,为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世,终年只有44岁。 舍勒发现氧气的两种制法是在1773年。第一种方法是分别将KNO3、Mg(NO3)2、Ag2CO3、HgCO3、HgO加热分解放出氧气: 2KNO3==2KNO2+O2↑ 2Mg(NO3)2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑ 2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑ 2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑ 2HgO==2Hg+O2↑ 第二种方法是将软锰矿(MnO2)与浓硫酸共热产生氧气: 2MnO2+2H2SO4(浓)== 2MnSO4+2H2O+O2↑ 舍勒研究了氧气的性质,他发现可燃物在这种气体中燃烧更为剧烈,燃烧后这种气体便消失了,因而他把氧气叫做“火气”。舍勒是燃素说的信奉者,他认为燃烧是空气中的“火气”与可燃物中的燃素结合的过程,火焰是“火气”与燃素相结合形成的化合物。他将他的发现和观点写成《论空气和火的化学》。这篇论文拖延了4年直到1777年才发表。而英国化学家普里斯特里在1774年发现氧气后,很快就发表了论文。 普里斯特里始终坚信燃素说,甚至在拉瓦锡用他们发现的氧气做实验,推翻了燃素说之后依然故我。他将氧气叫做“脱燃素气”。他写到: “我把老鼠放在‘脱燃素气’里,发现它们过得非常舒服后,我自己受了好奇心的驱使,又亲自加以实验,我想读者是不会觉得惊异的。我自己实验时,是用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取的。当时我的肺部所得的感觉,和平时吸入普通空气一样;但自从吸过这种气体以后,经过好长时间,身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成通用品呢?不过现在只有两只老鼠和我,才有享受呼吸这种气体的权利罢了。” 普里斯特里一生的大部分时间是在英国的利兹作牧师,业余爱好化学。1773年他结识了著名的美国科学家兼。。家富兰克林,他们后来成了经常书信往来的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的启发和鼓励。他在化学、电学、自然哲学、神学四个方面都有很多著述。 1774年普里斯特里到欧洲大陆参观旅行。在巴黎,他与拉瓦锡交换了好多化学方面的看法。正直的普里斯特里同情法国大。。,曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大。。的人烧毁了他的住宅和实验室。普里斯特里于1794年他六十一岁的时候不得已移居美国,在宾夕法尼亚大学任化学教授。美国化学会认为他是美国最早研究化学的学者之一。他住过的房子现在已建成纪念馆,以他的名字命名的普里斯特里奖章已成为美国化学界的最高荣誉。 拉瓦锡和他的天平 燃素说的推翻者,法国化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年,他20岁的时候就取得了法律学士学位,并且获得律师开业证书。他的父亲是一位律师,家里很富有。所以拉瓦锡不急于当律师,而是对植物学发生了兴趣。经常上山采集标本使他对气象学也产生了兴趣。后来,拉瓦锡在他的老师,地质学家葛太德的建议下,师从巴黎有名的鲁伊勒教授学习化学。 拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细测定了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此,他的老师鲁伊勒就开始使用“结晶水”这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平,并总结出了质量守恒定律。质量守恒定律成为他的信念,成为他进行定量实验、思维和计算的基础。例如他曾经应用这一思想,把糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式: 葡萄糖 == 碳酸(CO2)+ 酒精 这正是现代化学方程式的雏形。用等号而不用箭头表示变化过程,表明了他守恒的思想。拉瓦锡为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义,又具体地写到: “我可以设想,把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式。再逐个假定方程式中的某一项是未知数,然后分别通过实验,逐个算出它们的值。这样以来,就可以用计算来检验我们的实验,再用实验来验证我们的计算。我经常卓有成效地用这种方法修正实验的初步结果,使我能通过正确的途径重新进行实验,直到获得成功。” 早在拉瓦锡出生之时,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,他当时称之为“物质不灭定律”,其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果不重视,“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。 1772年秋天,拉瓦锡照习惯称量了一定质量的白磷使之燃烧,冷却后又称量了燃烧产物P2O5的质量,发现质量增加了!他又燃烧硫磺,同样发现燃烧产物的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更细致的实验:将白磷放在水银面上,扣上一个钟罩,钟罩里留有一部分空气。加热水银到40℃时白磷就迅速燃烧,之后水银面上升。拉瓦锡描述道:“这表明部分空气被消耗,剩下的空气不能使白磷燃烧,并可使燃烧着的蜡烛熄灭;1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色粉末(P2O5,应该是2.3盎司)。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。” 燃素说认为燃烧是分解过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻。而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月,他在实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将“新化学”命名为“反燃素化学”。 1774年,拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验。他将称量后的金属分别放入大小不等的曲颈瓶中,密封后再称量金属和瓶的质量,然后充分加热。冷却后再次称量金属和瓶的质量,发现没有变化。打开瓶口,有空气进入,这一次质量增加了,显然增加量是进入的空气的质量(设为A)。他再次打开瓶口取出金属锻灰(在容积小的瓶中还有剩余的金属)称量,发现增加的质量正和进入瓶中的空气的质量相同(即也为A)。这表明锻灰是金属与空气的化合物。 拉瓦锡进一步想,如果设法从金属锻灰中直接分离出空气来,就更能说明问题。他曾经试图分解铁锻灰(即铁锈),但实验没有成功。 拉瓦锡制得氧气之后 到了这年的10月,普里斯特里访问巴黎。在欢迎宴会上他谈到“从红色沉淀(HgO)和铅丹(Pb3O4)可得到‘脱燃素气’”。对于正在无奈中的拉瓦锡来说,这条信息是很直接的启发。11月,拉瓦锡加热红色的汞灰制得了氧气。在舍勒的启发下,拉瓦锡甚至制造了火车头大小的加热装置,其中心是聚光镜。平台下面是六个大轮子,以便跟着太阳随时转动。 1775年,拉瓦锡的实验中心已从分解金属锻灰转移到了对氧气的研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气,其实是吸收了氧气,与氧气化合,即氧化。这就是推翻了燃素说的燃烧的氧化理论。 与此同时,拉瓦锡还用动物实验,研究了呼吸作用,认为“是氧气在动物体内与碳化合,生成二氧化碳的同时放出热来。这和在实验室中燃烧有机物的情况完全一样。”这就解答了体温的来源问题。 空气中既然含有1/4的氧气(数据来自原文),就应该含有其余的气体,拉瓦锡将它称为“碳气”。研究了空气的组成后,拉瓦锡总结道:“大气中不是全部空气都是可以呼吸的;金属焙烧时,与金属化合的那部分空气是合乎卫生的,最适宜呼吸的;剩下的部分是一种‘碳气’,不能维持动物的呼吸,也不能助燃。”他把燃烧与呼吸统一了起来,也结束了空气是一种纯净物质的错误见解。 1777年,拉瓦锡明确地讥讽和批判了燃素说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。” 这年的9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断了与古代炼丹术的联系,揭掉了神秘和臆测的面纱,代之以科学的实验和定量的研究。化学进入了定量化学(即近代化学)时期。所以我们说拉瓦锡是近代化学的奠基者。 舍勒和普里斯特里先于拉瓦锡发现氧气,但由于他们思维不够广阔,更多地只是关心具体物质的性质,没有能冲破燃素说的束缚。与真理擦肩而过是很遗憾的。 拉瓦锡对化学的另一大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,辨证地阐述了建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么目前我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质,对我们来说,就算是元素了。” 在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类: 1.简单物质,普遍存在于动物、植物、矿物界,可以看作是物质元素:光、热、氧、氮、氢。 2.简单的非金属物质,其氧化物为酸:硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素。 3.简单的金属物质,被氧化后生成可以中和酸的盐基:锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。 4.简单物质,能成盐的土质:石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。 拉瓦锡对燃素说和其它陈腐观点的讥讽和批判是无情和激烈的。这使他在创建科学勋绩的同时得罪了一大批同时代和老一辈的科学家。在《影响世界历史的一百位人物》中,在许多有关历史、科学史、化学史的书籍中,作者都对拉瓦锡总是突出自己的人格特点进行低调的描述和评价,指责他在《化学概要》里没有提起舍勒和普里斯特里对他的启示和帮助。但我们得看到,拉瓦锡确实具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。虽然不是他最先发现氧气的制法,但他通过制取氧气分析了空气的组成,建立了燃烧的氧化学说。氧气因此不同于其它气体,被赋予非凡的科学意义。 拉瓦锡十分勤奋,每天六点起床,从六点到八点进行实验研究,八点到下午七点从事火药。。或法国科学院院士的工作,七点到晚上十点,又专心从事他的科学研究。星期天不休息,专门进行一整天的实验工作。 拉瓦锡28岁结婚时,他的妻子只有14岁。他们一生没有孩子,但生活非常愉快。她帮助拉瓦锡实验,经常陪伴在他身边。在拉瓦锡的著作里,有很多插图都是他的妻子画的。 1789年法国大。。爆发,三年后拉瓦锡被解除了火药。。的职务。1793年11月,国民议会下令逮捕旧王朝的包税官。拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。极左派马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论,心存嫉恨,便诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往,犯有。。罪,于1794年5月8日把他送上了断头台。对此,当时科学界的很多人感到非常惋惜。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。” 这时,拉瓦锡正当壮年,是51岁。 http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%E5%8C%96%E5%AD%A6海棠文学小说网站是一个非常知名的小说阅读网,但是这个网站经常会出现过期,打不开的现象,而且网址也会经常的换
2023-01-07