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上一篇回顧：第3章化學是社會發(fā)展的推動者（1）
從17世紀末到20世紀初，化學學科在先哲們的努力鉆研和實踐中建立起來，化學成為自然科學中涉及物質(zhì)科學的中心內(nèi)容。在18世紀七八十年代，法國人拉瓦錫（A．L．Lavoisier，1743—1794）經(jīng)過長期的實驗研究，建立起燃燒的氧化學說，揭開了燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)。他令人信服地指出了長期以來統(tǒng)治化學界的燃素說的錯誤。拉瓦錫自覺地遵循和運用質(zhì)量守恒定律，對各種燃燒反應(yīng)進行實驗，了解到氧作為一種元素的真正本性。他推翻了燃素說，并明確地批判了燃素說：化學家從燃素說只能得出模糊的要素，它十分不確定，因此可以用來任意地解析各種事物。有時這一要素是有重量的，有時又沒有重量；有時是自由之火，有時又說它與土素相化合成火；有時說它能通過容器壁的微孔，有時又說它不能透過；……它真是只變色蟲，每時每刻都在改變它的面貌。拉瓦錫的這一成就，“使過去在燃素說形式上倒立著的全部化學正立了過來”。它使化學在正確的思想基礎(chǔ)上向前發(fā)展。與此同時，拉瓦錫還對化學元素、化合物的命名以及化學的任務(wù)作了明確的表述。拉瓦錫的燃燒理論結(jié)束了自古以來普遍認為水和空氣是元素的錯誤見解。化學元素不是古希臘的三要素、四原性，也不是中國的五行。拉瓦錫認為：如果元素表示構(gòu)成物質(zhì)的最簡單組成，那么目前我們可能難以判斷什么是元素；如果相反，我們把元素與目前化學分析最后達到的極限概念聯(lián)系起來，那么，我們現(xiàn)在用任何方法都不能加以分解的一切物質(zhì)，對我們來說，就算是元素了。
拉瓦錫把當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的33種單質(zhì)列成一張元素一覽表，把元素分成簡單物質(zhì)、非金屬物質(zhì)、金屬物質(zhì)以及能成鹽的土質(zhì)等4類。拉瓦錫提出對化合物的命名原則，規(guī)定每種物質(zhì)必須有一個固定名稱；化合物的名稱必須反映它所含的元素，以表示其組成；元素的名稱必須盡可能反映出它們的特性或特征。這種命名原則基本上沿用至今。拉瓦錫指出化學的任務(wù)：“化學以自然界的各種物體為實驗對象，旨在分析它們，以便對構(gòu)成這些物體的各種物質(zhì)進行單獨的檢驗?！崩咤a的這些新思想，使化學科學從此開始進入了一個新紀元，所以他對化學的貢獻完全可以和牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》對物理學的貢獻相媲美?；瘜W的物質(zhì)觀推動著人類對物質(zhì)的認識，使社會健康地向前發(fā)展。3.3.2 道爾頓原子學說和新元素的發(fā)現(xiàn)英國人道爾頓（J．Dalton，1766—1844）在拉瓦錫奠定了化學元素學說之后不久，于19世紀開始的幾年，發(fā)表化學原子學說，把原子論與元素學說統(tǒng)一成為有機整體，使化學成為一門獨立科學。1803年道爾頓發(fā)表的原子學說有下面三個要點：（1）元素（單質(zhì)）的最終粒子稱為原子，它們極小，是看不見的，是既不能創(chuàng)造，也不能毀滅和不可再分割的，它們在一切化學變化中保持其本性不變。（2）同一種元素的原子，其形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)都是相同的。每一種元素以其原子的質(zhì)量為最基本的特征。（3）不同元素的原子以簡單數(shù)目的比例相結(jié)合，形成化學中的化合物，同一種化合物粒子的質(zhì)量為所含各種元素原子質(zhì)量之總和，其組成、形狀、質(zhì)量和性質(zhì)也相同。以上諸點在化學的發(fā)展史上具有劃時代的歷史意義。他還列出第一張原子量表。將原子學說和當時物理學家研究的原子光譜結(jié)合起來，把光譜中的某一特征譜線和某種元素相聯(lián)系。鈉鹽火焰呈黃色、鉀鹽呈紫色、銅鹽呈翠綠色、鋇鹽呈草綠色、鍶鹽和鋰鹽呈鮮紅色，從而得到某種金屬和它的化合物給出相同的光譜的結(jié)論。按照這一結(jié)論，不但能簡便地檢出某種元素是否存在，而且為新元素的發(fā)現(xiàn)及星球上存在什么元素提供了嶄新的方法。銫、銣、鎵、銦、鉈等稀散元素就是在19世紀用光譜法發(fā)現(xiàn)的新元素。分析太陽光譜，表明太陽中有氫、鈉、鐵、鈣、鎳等元素。當時在地球上居然能測定出1.5億千米以外太陽的化學元素組成，轟動了全球科學界。利用光譜法對當時地球上還未發(fā)現(xiàn)，卻存在于太陽上的一種新元素——氦（當時稱它為太陽元素）進行分析，也是轟動科學界的大事。從18世紀中葉到19世紀中葉的100年中，隨著生產(chǎn)和科學實驗的大發(fā)展，平均每兩年半左右就有一種新元素被發(fā)現(xiàn)，到1869年已發(fā)現(xiàn)63種元素，對每種元素原子量的測定和各種元素的物理和化學性質(zhì)都已有研究。這些豐富的資料給科學家們提出了一系列亟待回答的問題：地球上究竟有多少種元素？怎樣去尋找新元素？各種元素之間究竟是否存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系？門捷列夫正是在這個客觀條件比較成熟的時機于1869年發(fā)現(xiàn)了化學元素周期律。元素周期律為化學科學的發(fā)展提供了新的思想武器，推動著化學和社會發(fā)展。它也和自然科學的其他三大發(fā)現(xiàn)（能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，細胞發(fā)現(xiàn)和細胞學說，達爾文的進化論）一起，將科學界的自然觀提高到新的境界。意大利人阿伏加德羅（A．Avogadro，1776—1856）是19世紀初提出分子論的物理學家，他于1814年發(fā)表文章，在物體和原子這兩種物質(zhì)層次之間引進一個新的層次——分子，用以解釋當時的許多實驗事實。該理論對化學科學的發(fā)展起重大作用，使人們的眼光深入到微觀世界，了解分子由原子組成，了解分子的大小和質(zhì)量等情況。阿伏加德羅認為，對化合物而言，分子即相當于道爾頓所謂的“復(fù)雜原子”；對元素單質(zhì)而言，同樣也包含這樣一個層次，只不過由幾個相同的原子結(jié)合成分子。氣體物質(zhì)無論是元素單質(zhì)還是化合物，其體積與分子數(shù)目之間都存在著非常簡單的關(guān)系：相同體積的任何氣體，其中所含的分子數(shù)目總是相等的。所以在相同溫度和壓力下，同體積的氣體物質(zhì)含有相同數(shù)目的分子。各種氣體的密度是度量分子質(zhì)量的尺度。道爾頓的原子論一經(jīng)發(fā)表，立即得到化學界的重視。然而阿伏加德羅的分子論提出后卻被冷落了近半個世紀。這期間經(jīng)歷了原子論、當量、分子量等一系列的研究結(jié)果間相互矛盾引起的爭論。直至1867年，康尼查羅等化學家分析歸納自己所測的分子量數(shù)據(jù)，才重視阿伏加德羅分子論的重要意義，并將它加以表述，作出原子和分子的現(xiàn)代定義：分子是原子的集合，是化學物質(zhì)——無論單質(zhì)或化合物——能夠分開的，或者說能夠獨立存在的最小部分；正是物質(zhì)的這個最小量能夠進入任何反應(yīng)或者由反應(yīng)而產(chǎn)生出來；原子是存在于化合物的元素的最小部分，它是不能被化學再分的最小質(zhì)量。原子-分子學說確立過程中，阿伏加德羅常數(shù)的提出和測定，使人們在研究微觀世界時對研究的對象給出了清晰的圖像。阿伏加德羅常數(shù)是指1摩爾（1 mol）物質(zhì)中包含分子的數(shù)目。許多物理學家采用不同方法加以測定，其中最直觀的是英國晶體學家布拉格父子（W．H．Bragg和W．L．Bragg）在1912年到1915年間測定了金剛石和氯化鈉等一系列化合物的晶體結(jié)構(gòu)，他們利用晶胞參數(shù)和晶體的密度等數(shù)據(jù)算得阿伏加德羅常數(shù)值為：![]()
這數(shù)值的精確度高、物理圖像明確，和現(xiàn)在國際頒布的通用數(shù)值6.02214076×1023 mol-1幾乎完全相同。它使化學家在原子-分子水平上認識化學物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對物質(zhì)的探索研究步入微觀世界，在化學的發(fā)展中產(chǎn)生了深遠的影響，成為此后一個世紀化學得以飛速發(fā)展的重要因素。1824年德國化學家維勒（F．W?hler，1800—1882）從無機物氰和氨水出發(fā)制出了尿素。經(jīng)過四年的論證以及用不同的無機物通過不同的途徑也合成相同的尿素，他便于1828年發(fā)表了題為“論尿素的人工合成”的文章。尿素的人工合成是化學的一大進步。此前，生物學和有機化學中廣泛流行一種“生命力論”，認為動植物有機體具有一種生命力，只有依靠它才能制造出有機物質(zhì)，尿素的合成給“生命力論”以巨大的沖擊。尿素雖然從無機物人工合成出來了，還有人認為：尿素只是動植物的分泌物，界于有機物和無機物之間，不能認為是真正的有機物；想用無機物合成復(fù)雜的真正的有機物是不可能的。隨后化學家們從無機物出發(fā)，相繼合成了醋酸、檸檬酸、葡萄糖等一系列有機物，這才使化學家們確信可以由無機物人工合成出有機物。至此，“生命力論”才真正被駁倒，解除了它對人們思想的禁錮，開創(chuàng)了有機合成的新時期。下面從幾件事例簡述19世紀后半葉有機化學的進展。![]()
茜素是從茜草中提取出來的一種鮮艷的絳紅色染料。在17世紀時，由于歐洲紡織工業(yè)的發(fā)展，染料需要量增加，雖然曾人工種植茜草，但仍滿足不了需要。19世紀60年代，化學家開始研究它的結(jié)構(gòu)，并以蒽醌為原料，探索出原料便宜、操作簡單、產(chǎn)率較高的合成路線，制得了茜素，投放在市場上，代替天然的茜素。靛藍是人們很早從木藍和松藍植物中提取用來染棉布的藍色染料，由于它非常穩(wěn)定不會褪色，很受人們的歡迎。靛藍結(jié)構(gòu)的測定和價廉的人工合成工業(yè)途徑研究，經(jīng)過了漫長的道路——從19世紀初到20世紀初，這是有機化學發(fā)展史上一項重要的史料。![]()
在靛藍人工合成的基礎(chǔ)上，化學家又改進合成方法，生產(chǎn)出性能比靛藍更好的陰丹士林染料。它是一種色澤鮮艷的藍色染棉染料，耐光性能好，不易褪色，而且價格低廉。陰丹士林英文名為Indanthrene，是由Indigo（靛藍）和Anthrancene（蒽）聯(lián)合組成的。隨著有機合成和有機分析的發(fā)展，人對自機化合物的認識逐步深入。其中一個問題是四價碳原于連按的4個基團在空間應(yīng)當怎樣排布。荷蘭人范霍夫(J. H.van''t Hoft,1852—1911)和法國人勒貝爾(J. A. Le Bel,1847-1930）根據(jù)CH2R2只有1種異構(gòu)體，而CHR''R"R"''只有2種異構(gòu)體的事實，認為和碳原子連接的4個原子或基團不可能是在同一平面上，4個鍵指向4個不同的方向(如圖 3.3.1所示)，因為在同一個平面上排列CH2R2有2種異構(gòu)體，而CHR''R"R''"應(yīng)有3種異構(gòu)體，和實際情況不同。![]()
圖3.3.1 碳原子平面四方形構(gòu)型的異構(gòu)體![]()
圖3.3.2 碳原子四面體構(gòu)型的異構(gòu)體（圖（b）中的虛線表示鏡面）范霍夫認為，C原子的4個價鍵應(yīng)當指向四面體的4個頂點，碳原子居于四面體的中心，這樣異構(gòu)體的數(shù)目就減少了。對CH2R2只有1種異構(gòu)體，如圖3.3.2（a）所示。對[插圖]只有2種異構(gòu)體，如圖3.3.2（b）所示，其中一個是另一個的鏡像，不可能疊合。3．苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的建立苯是1825年由法拉第首先發(fā)現(xiàn)的。后來，經(jīng)過多方實驗確定它的分子式為C6H6。這為確定它的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了難題，因它的氫碳比很小，應(yīng)是不飽和化合物，但它性質(zhì)上又不顯示典型的不飽和化合物所具有的易發(fā)生加成反應(yīng)的性質(zhì)。德國人凱庫勒（F．A．Kekulé，1829—1896）對這一問題日夜不停地思考，終于提出了一個由6個碳原子以單、雙鍵交替結(jié)合而形成的環(huán)式結(jié)構(gòu)。后來他說，他是在書房中打瞌睡時夢見碳原子長鏈像蛇一樣抓住自己的尾巴的景象啟發(fā)所得。他自述的趣聞，啟迪人們在科學研究中必須注意獨立思考和善于想象，將問題終日放在頭腦中縈繞著，以致產(chǎn)生的夢幻也會給出有益的啟示。![]()
苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)指導(dǎo)有機化學家開發(fā)利用煤焦油，并對染料、醫(yī)藥、香料和炸藥等有機產(chǎn)品的合成和發(fā)展起了重要的作用。
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技術(shù)咨詢服務(wù)包括：北京高?？萍假Y源對接、危險廢棄物梳理、環(huán)境影響評價、環(huán)保項目竣工驗收、場地環(huán)境調(diào)查等多個領(lǐng)域。開展的分析測試服務(wù)包括：X射線衍射分析、土壤礦物檢測、水質(zhì)檢測、場地環(huán)境檢測、二噁英檢測、建材VOC檢測、固廢檢測、理化參數(shù)等檢測項目，已取得CMA檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定和ISO/IEC 17025檢測實驗室認可資質(zhì)。科學儀器研發(fā)方面：具備國內(nèi)領(lǐng)先的 X 射線衍射 / 熒光分析儀器的研發(fā)生產(chǎn)能力，在 X 射線分析儀器的開發(fā)領(lǐng)域擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)。單位先后通過北京市級企業(yè)科技研究開發(fā)機構(gòu)、高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)等認證。 若您有任何咨詢問題，可聯(lián)系我們，我們會為您解答。400-0064-028 、010-62423361
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