《近代化学的建立》PPT课件.ppt

第二讲 近代化学的创立,近代化学的孕育过程,近代化学的建立,一、近代自然科学革命 二、化学元素概念 三、燃素说 四、重要气体的发现 五、分析化学的进展,近代化学的孕育过程,14世纪以后，欧洲城市商品经济的发展加速了封建经济的解体，促进了手工工场的出现，它标志着欧洲资本主义生产方式的诞生。这种生产方式又推动了生产技术的改进，提出了技术革新和使用机器的要求,于是各种机械装置纷纷出现,促进了工业生产的发展。中国印刷术的传入也促进了科学的发展和新思想的传播。工业发展强烈地冲击各种旧意识形态和自然观，1416世纪的文艺复兴运动，不仅造成了欧洲近代文学和艺术的繁荣，也促进了科学的解放，鼓舞了知识界摆脱传统神学观念，提出自由探讨学术问题的强烈要求，导致了近代的自然科学革命。,一、近代自然科学革命,近代自然科学革命中，天文学、医学和物理学等领域的新学说从根本上动摇了神学的基础。这时自然科学逐步从哲学中分化出来，形成了分别研究某一类自然现象和运动形式的分支学科，强调理论与实践的统一，对种种见解、学说以及理论，要求通过实验加以检验，而不像古代哲学那样只靠逻辑推理和思辨进行猜测。这就促使科学研究进入了实验室，联系生产实践，创造了一整套自然科学研究方法。各国科学研究机构和学术团体的建立以及科学专业期刊的出版也促进了近代自然科学革命。,一、近代自然科学革命,英国科学家R.玻意耳首先冲破亚里士多德以来的旧思想牢笼，迈出决定性一步。 1627年1月25日生于爱尔兰的一个贵族家庭 是一位神童，八岁的时候已经能讲希腊文和拉丁文,二、化学元素概念,11岁随家庭教师周游欧洲，读到了伽利略和笛卡尔的著作 1646年，利用父亲留下的遗产在伦敦家中修建了实验室。 1654年移居牛津，并结识了胡克并收为助手 1661年出版最重要的化学著作怀疑的化学家 1666年出版形式和质料的起源，根据微粒哲学,怀疑的化学家,传统的元素概念 我现在所谈的元素，如同那些谈吐最为明确的化学家们所谈的要素，是指某些原始的、简单的物体，或者说是完全没有混杂的物体，它们由于既不能由其他任何物体混成，也不能由它们自身相互混成，所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分，是它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也将分解成它们： 然而，在所有的那些被说成是元素的物体当中，是否总可以找出一种这样的物体，则是我现在所要怀疑的事情。 无论是古希腊哲学家的四元素说，还是三要素说都不足以解释诸多的现象,形式和质料的起源，根据微粒哲学,微粒哲学 微粒哲学的基础是普遍质料，这是一种“广延的、可分的、不可穿透的”物质，物质是运动的，运动乃是上帝赋予的。 “物质和运动”是所有东西的基本属性,“物体的两个最伟大的、最普遍的原理”。 物质由大小、形状和运动各异的粒子构成。 任何物体的现象和性质，均取决于微粒及其运动，并可以用微粒及其运动来解释。 波义耳在形式和质料的起源中提出的微粒哲学，牢固地建立在实验的基础之上，论证周密详尽，是彻底的机械论.,他在化学中试图对各种化学反应进行机械论的描述，把各种物质间的相互作用与一架机器相比拟。他对物质在火的作用下所产生的都是元素的旧观念，进行了令人信服的驳斥。他在一系列新的实验基础上作了总结，大大推动了分析化学的发展。他在1661年为化学元素作出了科学而明确的定义 “它们应当是某种不由任何其他物质所构成的或是互相构成的、原始的和最简单的物质”,“应该是一些具有确定性质的、实在的、可察觉到的实物，用一般化学方法不能再分解为更简单的某些实物”。 这个朴实的科学定义为人们研究自然界中各种物质的组成指明了方向，为使化学逐步成为一门真正的科学作出划时代的贡献。他根据气体的可压缩性和物质的溶解和挥发性，发展了物质的微粒学说，并提出了火的微粒说，认为金属煅烧加重是由于金属和火微粒的结合。,玻意耳：机械论与化学的联姻,17世纪到18世纪中期，很多化学家和医学、生理学家曾广泛地研究了燃烧和呼吸现象，并对这种现象提出了各种学说，其中，以德意志医生兼化学家G. E. 施塔尔为主提出的“燃素说”影响最为深远。 他认为一切可燃的物质中都含有一种气态的要素，即所谓燃素，它在燃烧过程中从可燃物中飞散出来，与空气结合，从而发光发热；而且把一切化学变化，甚至物质的化学性质乃至颜色、气味的改变都归结为物质释放燃素或吸收燃素的过程。 这一学说固然把当时所知的大多数化学现象作了统一的解释，帮助人们摆脱、结束了炼金术思想的统治，促使化学得到解放，起到了积极作用。但是当人们对化学反应进行了更多的定量研究之后，它便陷入了自相矛盾的困境。,三、燃素说,17-18世纪,化学家们发现并区分了碳酸气、氢气、氮气、氧气、氯气以及氧化氮、硫化氢、笑气、氨、氯化氢、氧化硫、氟化氢等等气体。虽然许多人并未能正确地解释它们，但认识了空气的复杂性和气体的多样性，积累了一些化学知识。英国化学家J.梅奥、J.布莱克、H.卡文迪什、J.普里斯特利，瑞典化学家C.W.舍勒等为此作出了卓越的贡献。,四、重要气体的发现,这一时期，不仅在矿物检验中吹管分析和熔珠实验得到广泛应用，而且兴起了水溶液检验，发现了一系列溶液中的定性分析反应。18世纪后期，重量分析法出现，使分析化学迈入了定量分析的时代。德意志矿物学家A. S. 马格拉夫和M. H. 克拉普罗特、瑞典化学家T. O. 贝格曼、英国化学家R. 柯万等对重量分析法的创建都有重大贡献。这就促使化学进一步向定量研究的方向前进，过渡到近代化学的发展时期。,五、分析化学的进展,一、近代自然科学革命 二、化学元素概念 三、燃素说 四、重要气体的发现 五、分析化学的进展,近代化学的孕育过程,近代化学的建立,近代化学的建立,近代化学之父拉瓦锡 1743年生于法国巴黎 1765年完成了第一篇学术论文，并在法国科学院宣读 1768年成为法国科学院最年轻的一名院士 1789年法国大革命中作为革命的对象，被送上了断头台。,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局长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。,近代化学之父拉瓦锡,1789年法国大革命爆发，三年后拉瓦锡被解除了火药局长的职务。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，犯有叛国罪，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，51岁。,近代化学之父拉瓦锡,近代化学之父拉瓦锡,对化学的主要贡献： 1、使精密测量方法成为化学的传统 2、建立氧化反应理论，推翻燃素说 3、促成化学反应中的质量守恒定律的建立 4、统一化学术语命名方法 5、构建近代化学体系,1、使精密测量方法成为化学的传统,反驳水土互变说 在当时，许多人都相信亚里士多德的“四元素说”中就有水土互变的提法。 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。世界由火、气、水、土，四大元素组成。其中每种元素都代表四种基本特性（干、湿、冷、热）中两种特性的组合。土干冷；水湿+冷；气湿+热；火干+热。,17世纪比利时化学家海尔蒙特曾以柳树的实验来支持这一观点。其过程如下： 将一柳树栽入一个事先经过烘干称重的土盆中，除了经常给树浇水之外，不给树提供其他营养。5年后，柳树长成大树了，泥土经烘干，重量并没有减少。可见柳树长大所增加的重量，只能来源于水，并为树所吸收。,证据一：,证据二：,人们时常发现在容器中煮沸水，时间长了总会有沉淀物生成。 他采用一种欧洲炼金术中使用过的名为“鹈鹕（th）”的蒸馏器（这种蒸馏器能使蒸馏物被反复蒸馏）他将蒸馏器称重，然后加入一定重量的经3次蒸馏后的蒸馏水。密封后点火加热，保持微热，同时进行观察。两周过去了，水还是清的。第三周水中开始出现很小一点固体，随后慢慢变大，第八周固体因增长而沉淀下来。就这样连续加热了100天，蒸馏器中的确产生了固体沉淀物。 冷却后，他首先称了总重量，发现总重量与加热前相比没有变化。他又分别对水、沉淀物、蒸馏器进行称量，结果是水的重量没变，沉淀物的重量恰好等于蒸馏器所减少的重量。可见，水并没有变成土，沉淀物来源于蒸馏器。,2、建立氧化反应理论，推翻燃素说,1）燃烧金刚石，燃烧前后，连同金刚石在内的容器的总重量没有变化 “燃烧是可燃物向外释放燃素”的说法不成立 2）用一种不怕火的软膏将金刚石包裹起来重复1)的实验，软膏的包裹，使得金刚石与空气隔绝，无论如何加热，金刚石都燃烧不起来。 没有空气，燃烧不能进行 3）在密封的容器加热锡和铅，锡和铅被煅烧之后，其表面生长出一层金属灰，这层金属灰比它所置换的那部分金属更重，而整个容器的总重量在加热前后没有变化。 金属燃烧后出现的金属灰不是金属损失了燃素之后的残留物，而是金属和空气化合的结果,2、建立氧化反应理论，推翻燃素说,4)普利斯特利的“脱燃素气” 普利斯特利在加热氧化汞实验的时候，收集到氧化汞分解时释放的气体，并发现可燃物在这种气体中的燃烧比一般在空气中更为激烈和迅速 普利斯特利的解释：这种气体非常需要燃素，它能使燃素从可燃物中快速逃逸。 5）制得“脱燃素气”，并用之重新和汞作用，结果又生成了汞灰。 拉瓦锡的新解释：空气主要由两部分组成，一部分参与燃烧（氧），另一部分不参与燃烧 6）其它氧化过程：燃烧、呼吸 燃烧的本质：可燃物只有在氧气存在时才能燃烧，可燃物燃烧的过程就是它与氧气相结合的过程。,3、化学反应中的质量守恒定律,拉瓦锡实验总结： 在密封容器里面进行 使用精密的天平进行测量 考察实验前后的容器连同实验物品的总重量，结果发现每次实验前后的总重量不变 物质总量守恒，既不创生也不消灭。 质量守恒定律：因为人工或自然操作不可能无中生有地创造出任何物质，也不可能凭空消灭任何物质，所以在每一次化学操作中，操作前后存在的物质的总量保持不变，而且其中每一要素的质与量也保持不变 糖变酒精的发酵等式：葡萄汁=碳酸+酒精 化学中质量守恒定律的意义：促成精密定量测量方法在化学中的普及，化学才开始赶上物理学,4、统一化学术语命名方法,化学命名法 1789年拉瓦锡在其化学概要著作中列出了第一张元素表，并把元素分为简单物质、金属物质、非金属物质和成盐土质四大类。 此外，他还以元素的特性和化合物的