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化学发展历史简介自从有了人类，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？一、火的认识和利用人类第一个化学发现人类文明的起点在几百万年以前，人类过着极其简单的原始生活，靠狩猎为生，吃的是生肉和野果。火山爆发、雷电袭击、陨石落地、长期干旱都可能产生火。人类的祖先在漫长的岁月中逐渐接触火并认识到：火可以带来光明、取暖御寒、烧烤食物、驱走野兽。于是从野火中引来火种，并努力维持火种，使它为人类服务。在中国元谋猿人遗址，发现了大量的炭屑和被火烧过的动物骨骼，距今可能有170多万年。这是已知的人类最早的用火遗迹一。在旧石器时期，用火已很普遍。在中国周口店50万年前的猿人洞穴中，发现了很厚的灰层，灰层中有木炭、烧过的兽骨、熏黑的石块，这足以说明，它不是野火的迹象，而是北京猿人有意用火的遗迹。有了火，原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康，智力也有所发展，提高了生存能力。所以说，人类认识了火，支配了火，就为实现一系列化学变化提供了条件。古代化学技术可以说是以学会用火为中心的，它是人类第一次开发除自身的体力即生物能以外的一种强大的自然能源而获得了改造自然的有利手段。在原子能出现之前，含碳物质的燃烧一直是人们获取能量的基本途径，是人为地使各种天然物质发生化学变化，制备新材料等以满足人类生活需要的有效办法。因此也可以说人类学会用火标志着化学史的发端。后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，钻木取火等取火方法的发明是人类历史上一件划时代的大事。自从发明了人工取火，人类就得到了用火的自由。火使人类可以实现许多有用物质的变化。在熊熊的烈火中，可使粘土、砂土、瓷土烧制成可用的陶瓷和玻璃，也可使矿石放在火中烧炼出有用的金属，通过火也可使天然能源煤、石油、天然气得以利用。后来，化学家所用的重要方法如燃烧、煅烧、煮沸、蒸馏、升华、蒸发等，都是建筑在火的使用的基础上的。火的发现和利用，成了物质发生化学变化的重要条件，火的发现和利用在化学发展史上占有重要的地位。二、古代化学从事物质的转化阶段（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。1历史悠久的工艺制陶陶器是什么时候产生的，已很难考证。对陶器的由来，说法不一，有人推测：人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。大约距今1万年以前，中国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，在制造技术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(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，而且有新的经济意义。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。资料一：古代的陶瓷与玻璃陶器的制造是新石器时代开始的重要标志，它的出现有其历史的必然性。在农业生产过程中人们对于粘土的粘性和可塑性有了一定的认识；再则由于长期用火经验的积累，对于火力的控制有了一定程度的把握，对于在火力影响下各种物质性能的变化也有了一定程度的认识。两者的结合就为陶器的出现提供了必要的条件。陶器的发明正是这两方面结的必然结果。最古的生活器皿有木制的，也有用枝条编制的。古人为了使所制作的器皿耐火和密致无缝，往往又在器皿外抹上一层湿粘土。在使用时，有时这些器皿的木质部分烧掉了，粘土部分却变得很坚硬，仍可以使用。人们便发现成型的粘土不需内衬木质，也可以烧制出器皿。于是人们将粘土塑成各种需要的器形，晒干后烘烤，由此陶器便发明制造出来。制陶技术大约发明于一万年以前的新石器时代早期。距今五六千年前，在黄河流域出现了著名的仰韶文化，仰韶文化又被称为彩陶文化。当时的制陶技术是露天烧制，陶土中的铁元素被充分氧化成三价铁，成品多呈红色或红褐色。正因如此，仰韶文化中以红陶居多。新石器时代晚期的龙山文化，其制陶技术较之仰韶文化有了明显的进步，在龙山文化中已广泛地采用转动陶轮的方法制造陶坯。陶器质地致密，品种增多，既有一般的红陶、灰陶，又有制作精美的黑陶，还出现了少量的白陶。灰陶是由于陶窑的改革，采用封闭窑顶的烧制工艺，窑内氧气不足，陶器就在还原焰中焙烧，陶质中的铁大部分便转化为二价铁，使陶器呈现出灰色或灰黑色。黑陶是在陶坯成形后在半干状态，用细石打磨出光泽，在快烧成时用泥将窑封住，并从窑顶上徐徐加水，使它渗人火膛，产生乌黑的浓烟，使陶器上渗碳，这样制作的成品黝黑发亮。白陶的原料是高岭土，它的铁含量低，烧成以后呈白色，洁白而美观。人们对制陶原料高岭土的使用和认识，为后来瓷器的出现打下了基础。商代在陶器制作中出现的一个重要成就就是发明了施釉技术，创制出敷釉的陶器。在陶器的外表涂一层釉，不仅表面光滑美观，主要是不渗透，而且还便于洗涤和使用。特别是储藏像酒类那样的液态饮料，不会因渗透而遭损失。釉料最早为石灰、草木灰，它们含有较多氧化钙、氧化钾之类的碱性氧化物，在1200高温烧制中，这层陶衣完全熔融，并与坯体发生相互作用，便形成光滑明亮的玻璃层附在坯体上。瓷器和陶器不同，它至少要具备下述三个条件：瓷器只能以瓷土（即高岭土）作胎；胎的表面必须施有玻璃质釉；瓷器烧成温度至少要在1200左右。焙烧后的胎体要达到烧结，器皿质地坚硬，敲之要能发出金石声。瓷器的性能比陶器优越得多，成品的吸水率很低，外观很好。我国东汉末期已经发明了瓷器。这一时期多为青瓷，胎质细腻且坚硬致密，通体施有颜色浓绿的青釉，青釉即石灰釉，它是我国传统的瓷釉，沿用了几千年形成我国瓷釉的独特风格。我国白釉瓷器萌芽于南北朝，到了隋朝则发展到成熟阶段。至唐朝，白瓷已经发展成为青白两大瓷系的主流之一。白瓷胎含氧化钙较多，烧成温度已经达到了1 200，瓷的白度也达到了70%以上，接近现代高级细瓷的标准。宋朝时，在以氧化铅作为助熔剂的釉中含有各种呈色元素如铁、铜，并且开始控制火焰的性质。瓷釉在氧化焰还是在还原焰中烧结，生成的金属化合物的价态不同，颜色也是不一样的。在瓷窑烧制环境变化中烧制出红色釉、蓝色釉及其衍生的紫色瓷器，五光十色，光彩夺目，打破了以往青、白瓷的单纯色调。元朝出现了红色的“釉里红”。另外在釉药中加金属钻的化合物，量少则是淡青，量多呈深蓝。在这以前的青瓷，不是真正青蓝，从知道用钻以后才是真正深蓝色。明代精制白釉烧制成功。这种细腻莹彻的白釉，由于所含氧化铝和二氧化硅的成分特别高，同时逐步采用了石灰碱釉，并适量地增加氧化钾的含量，所以釉色透亮明快，纯白如牛乳色。白釉质量的提高，为单色釉和彩釉的发展提供了优越的条件。明代烧瓷技术的另一成就是彩瓷的出现。、彩瓷一般分为釉上彩和釉下彩两大类，在胎坯上先画好花纹图案再上釉，后人窑烧炼的彩瓷叫做釉下彩。在上釉后人窑烧成的瓷器上再加以彩绘，又经炉火燃烧而成的彩釉，叫釉上彩。清代的瓷器，是在明代取得卓越成就的基础上进一步发展起来的，因此烧制瓷器的技术达到了辉煌的境界，出现了五彩、粉彩和珐琅彩等高级的彩釉技术。瓷器是一种工艺化学产品，在世界上以我国的发明最早。远在唐代，我国的瓷器和茶叶、丝绸就大量地经过海上和“丝绸之路”远销国外。此后历代都有瓷器向国外销售。公元11世纪，我国制瓷技术传到了波斯，后来又传到了阿拉伯、土耳其和埃及。1470年又传播到意大利的威尼斯，此后欧洲才开始生产瓷器。中国虽然最早发明了陶瓷，可制造玻璃的技术却是有古老文明的埃及人发明的。人们曾在埃及公元前千余年的墓葬中和干尸上发现了许多玻璃器皿。古代的玻璃几乎全都带色，也不很透明。在埃及的一些湖岸上，存在着天然碱（碳酸钠），在制陶的实践中，可能开始时人们无意识地将天然碱与砂石混合高温加热，结果发现它们熔融冷却后，得到一种美丽透明的东西，而且这种东西很有用。由此启示诱导，埃及人就最早发明了制造玻璃的技术。最初用玻璃制造珍贵的装饰品、酒杯、花瓶、香水瓶等，后来玻璃器皿逐渐成为日用品。制造玻璃的技术也慢慢由埃及传到邻近西亚各国，在公元前又传至希腊、罗马。罗马人对制造玻璃技术进行了改进，以玻璃熔炉代替了烧锅，提高了熔炼温度，使其熔化成清稀的液态，进而又发明了吹管技术，生产出美丽明亮的各种用具。后来，他们还逐步掌握了向玻璃添加铁、铜、铅等金属的方法，制成了彩色玻璃。玻璃制品的运用不仅丰富了人类的物质文化生活，还对欧洲炼金术、制药化学的发展起到了促进作用。玻璃仪器及其器皿也是近代化学实验所必须的，是化学科学发展的有力工具。2、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(x)和铅(qin)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。中国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中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期(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、铁鎛(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。资料二： 第四节古代的金属冶炼（一青铜青铜是有意识地将铜与锡或铅配合而熔铸成的合金，它的熔点较纯铜（红铜）低。纯铜的熔点为1 083；若加15%的锡，熔点降低到960；若加25%的锡，熔点为800。就硬度来说，青铜较纯铜高。用铅代替锡，也同样有降低熔点，提高硬度的作用。熔化的青铜在冷凝时的体积略有胀大，所以填充性较好，气孔也少。可见，青铜比纯铜还有较好的铸造性。这都使青铜在应用上具有更广泛的适应性，所以青铜发展很快。青铜生产工具的出现，在生产力的发展上起了划时代的作用。在西南亚和埃及，大约在公元前3000年左右进入青铜时代，印度稍晚一点。我国的青铜时代相当于历史上的夏、商、周和春秋。商代晚期，青铜业进入了鼎盛时期。最能反映这个时期青铜冶炼和铸造技术水平的，是1939年在河南安阳出土的司母戊鼎。此鼎重达875kg,带耳高133cm,横长110cm,宽78cm，经化验，它是用含84.77%铜、11.64%锡、2.79%铅的青铜铸成的。它是我国到目前为止发掘出的最大的青铜器，也是世界上最大的古青铜器，它造型瑰丽、浑厚，鼎外布满花纹。司母戊鼎的铸造充分体现了我国古代劳动人民的高度智慧。当时用于冶炼的主要矿石是孔雀石Cu（OH）：CUC03，炼铜的主要燃料是木炭，木炭不仅是燃料，而且在冶炼中还充当还原剂。当时冶炼主要是在熔锅或熔炉里进行，炼铜时，在里面放置孔雀石和木炭，让木炭在里面燃烧，用吹管往里送风，产生高温，熔化矿石，同时产生一氧化碳使铜析出。这种内熔法冶炼温度较高，说明冶铸的技术也达到相当高的水平。这是我国古代冶铸的一个显著特点。（二）水法炼铜在我国古代的炼铜技术中，很早就认识了铜盐溶液能被铁置换，从而发明了“水法炼铜”的新途径。我国这一方法是水法冶金技术的起源，在世界化学史上是一项重大贡献。我国早在西汉就发现曾青2CUC03Cu(OH)2中放人铁可以化为铜。东汉时发现胆矾能化铁为铜。胆矾的成分是含水硫酸铜（CUS045H20）。南北朝时则更进一步认识到不仅硫酸铜，而且只要可溶性的铜盐类就能与铁置换出铜，从而扩大了以前的认识范围。这种认识大约到唐末、五代就应用到生产中去了。宋朝时更有发展，成为大量生产铜的重要方法之一。这就是水法炼铜的“胆铜法”。胆铜的生产过程包括两个方面：一是浸铜，二是收取沉积的铜。梦溪笔谈、宋会要等书记载了胆铜生产方法。（三）钢铁的冶炼夭然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，所以人类认识、利用铁较铜、锡、铅、金等要晚些。人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。 早期的冶铁技术，大多采用“固体还原法”。这种方法是将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在650-1 000温度下，利用炭的不完全燃烧产生一氧化碳，使铁矿石中的氧化铁还原成铁。但由于炭火温度不够高，致使被还原出的铁只能沉到炉底而不能保持熔化状态流出。这种铁块杂质多，表面很粗糙，状若海绵，没有明显的金属特征，有的还不如青铜坚韧。这是因为铁矿石在较低温度下从固体状态被木炭还旅，质地疏松，还夹杂有许多来自矿石中的各种氧化物。例如氧化亚铁和硅酸盐。人们经过实践摸索后终于发现，将炼的铁块反复加热，压延锤打，才能使它柔韧不脆，这种方法叫块炼铁。块炼铁法的原理是在一定温度下若经过反复锻打，可将夹杂的氧化物挤出去，于是机械性能就改善孔人们还发现红热的锻铁猛淬人冷水会变成坚韧的好铁。这种好铁的性能凌驾于青铜之上，当人们能广泛用这种铁制造工具时，青铜工具才逐潇被取代。春秋末期和战国初期我国就掌握了块炼铁技术。在反复锻打的块炼铁中，人们又总结出块炼渗碳成钢的经验。钢、生铁、熟铁的主要成分都是铁，它们之间的区别主要在于含碳的不同。通常把含碳在1 7%以上的铁称为生铁，在0.04%以下的叫做熟铁，而含碳量在1 7% -0.04%之间的便叫做钢。在春秋战国时期开始出现了低温炼钢法，其过程是把块炼铁（是一种熟铁），放在炭炉中加热到摄氏900一1000以上，渗碳于铁的表面，取出锻打，杂质便成火星飞溅出去，而另一部分碳便渗到铁质中。如此反复加热锻打，铁中含碳量便逐渐增加，杂质也被排除掉，最后终于成钢。生铁的冶铸工艺，在原料、燃料上与块炼法基本一样，它们之间主要曲差别在冶炼温度的不同。块炼法的炉温在1000左右，离纯铁的熔点相差很远，而生铁冶炼时，炉温达到1 100一1 200。在冶炼中，被还原全成的固态铁会吸收碳，这种吸收随着温度升高速度加快。另一方面吸收决后，熔点降低，当含碳量达到2%时铁熔点降至 1 380；当碳含量达时4.3%时，熔点为最低，仅1 146 。在这种条件下，炉温就可使铁熔化，从而得到液态的生铁。液态生铁就可以直接浇铸成器。冶铸过程简单化了，就使铁器的生产有了大发展的可能。 西汉时，“百炼钢”的技术兴起，使钢的质量较前提高。这种初级阶段的百炼钢，是在战国晚期块炼渗碳钢的基础上直接发展起来的。二者所用原料和渗碳方法都相同，因而钢中都有较多的大块氧化铁和硅酸铁共晶夹杂物存在，不同的是增多了反复加热锻打的次数。锻打在这里不仅起着加工成型的作用，同时也起着使夹杂物减少、细化和均匀化，以及晶粒细化的作用，从而显著地提高了钢的性能。 西汉中期以后，又出现炒钢。这是因为块炼铁虽然能制造渗碳钢，但产量不大，效率也很低，不能适应当时封建社会生产发展的需要。正是在这样的情况下，用生铁炒成钢的新工艺应运而生。当时生铁的产量已相当大，用生铁作为制钢原料，是炼钢史上的一次飞跃，也是一次重大的技术革新。炒钢，即将生铁炒到成为半液体半固体状态，并进行搅拌，利用铁矿粉或空气中的氧进行脱碳，借以达到需要的含碳量，再反复热锻打成钢制品。利用这种新工艺炼钢，既省去了繁难的渗碳工序，又能使钢的组织更加均匀，消除了由块炼铁带来的严重影响性能的那种大共晶夹杂物，使钢的质量大大提高。两晋南北朝，兴起了新的灌钢技术。这种方法是先将生铁炒成熟铁，然后和生铁一起加热。由于生铁的熔点低、易于熔化，待生铁熔化后，它便“灌”人熟铁中，使熟铁增碳而得到钢。这时只要配好生熟铁用量的比例，就能比较准确地控制钢中含碳水平。再经过反复锻打，就可以得到质地均匀的钢材。这种方法比较容易掌握，工效提高极大，因此南北朝以后成为主要炼钢方法。（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。 1、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，秦始皇统一中国以后，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。例如中国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(变成)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”。2、中国的重大贡献火药和造纸黑火药是中国古代四大发明之一。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(xio)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。火药的发明与中国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，中国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，中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。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，中国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(b)，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，中国考古工作者在陕西省西安市灞(b)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大麻纤维制造，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 三、近代化学对物质组成的探索阶段（一）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。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代表作。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（CuSO45H2O）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。 作为一种普遍适用的化学理论，燃素说还可以解释许多非燃烧的化学反应，如金属溶于酸中是因为酸夺取了金属中的嫩素，锻灰溶于酸的缘故。铁置换溶液中的铜是由于铁中的燃素转移到铜中的结果。燃素不仅是燃烧的要素还是金属的性质，物体的颜色、气味等的根源。大气中含有嫩素；所以空气中会有闪电；生物含有燃素就富有生机等。 燃素说几乎解答了当时生产实际和化学实验中所提出的全部理论问题，因而赢得了许多化学家的高度重视和支持。它取代了炼金术在化学上的统治地位。燃素说不仅是必须的而且在历史上起过积极的作用。甚至有人说它是化学领域中第一个把化学现象统一起来的伟大原理。燃素说虽然是化学发展过程中一个不可逾越的历史阶段，但它毕竟是一种错误的理论。随着实践的发展，它便漏洞百出了。后期的燃素论者对金属经锻烧而增重所给予的解释是燃素具有负质量或正的轻量。那么，对有机物燃烧后质量减轻又该怎么解释呢？18世纪末，人们发现了氧，揭示了燃烧的本质，燃素说也就让位于氧化说了。（二）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。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。资料三：1、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，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（Scheeles 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。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+O22Mg（NO3）2 = 2MgO+4NO2+O22Ag2CO3=4Ag+2CO2+O22HgCO3=2Hg+2CO2+O22HgO=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”。 1773年普里斯特里结识了著名的美国科学家兼政治家富兰克林，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革命，曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大革命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。2、 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。”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。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，是51岁。3、伟大的化学家拉瓦锡。法国化学家拉瓦锡开创了化学发展新纪元，被称为近代化学之父。他进行的化学革命被公推为18世纪科学发展史上最辉煌的成就之一。在这场革命中，他以雄辩的实验事实为依据，推翻了统治化学理论达百年之久的燃素说，建立了以氧为中心的燃烧理论。针对当时化学物质的命名呈现一派混乱不堪的状况，拉瓦锡与他人合作制定出化学物质命名原则，创立了化学物质分类的新体系。根据化学实验的经验，拉瓦锡用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。这些工作，特别是他所提出的新观念、新理论、新思想，为近代化学的发展奠定了重要的基础。拉瓦锡的家庭经济状况足以维持其从事科研的生活，但是拉瓦锡妄图发财，几乎在他投身科学研究的同时，于1768年加入了包税商集团（所谓征税承包业指由一批商人组成的集团，把法国国王的部分征税承包下来，由商人雇用人员到各地强行征收盐、酒、烟草及其它商品的关税。包税商除了上缴给国王一定税款外。还要从中获得一定的利润。这种征税承包业显然加重了对平民百姓的盘剥）。从此赚钱的买卖花费了他不少精力。他万万没有想到，这一问题为他招来了灭顶之灾。1793年，革命政权逮捕了包括拉瓦锡在内的包税商，第二年以超过法定数4的收入，谋取6一10的利润的罪行而被处死，一位杰出的科学家正当他事业兴旺时，落得这样一个可悲的结局，当时和后来的许多人都对此深感惋借。拉瓦锡虽然死了，他对发展近代科学的突出贡献，后人并没有抹煞他的科学思想、科学方法长期以来一直成为人们学习和研究的内容，人们从中获得了不少启迪和教益。综观拉瓦锡的实验研究和理论建树，正如有人评论说：拉瓦锡既没有发现新物质，也没有提出新的实验项目，甚至没有创新或改进实验手段或方法，然而他却在重复前人的实验中，通过严格的合乎逻辑的步骤，阐明了所得结果的正确解释，作出了化学发展上的不朽功绩。成功的原因是多方面的，首先他强调了实验是认识的基础，他的治学座右铭是：不靠猜想，而要根据事实。他在研究中一直遵循没有充分的实验根据，从不推导严格的定律的原则。这种尊重科学事实的思想使他能把前人所作的一切实验看作只是建议性质的，而不是教条，从而批判地继承了前人的工作成果，敢于进行理论上的革命。拉瓦锡善于学习，善于进行分析综合、判断推理，提出新的学术思想。对于前人的有关研究，他的学习是很认真的。他能把前人对于同一实验所作的不同解释加以分析比较，从中发现矛盾和问题，为此他选择了一些关键的跟踪实验作为自己研究的突破点，并在实验中，保持清醒头脑。在实验中他除了细致地观察外，还善于捕捉那些化学反应中各种物质变化的相互联系，不被表面现象所迷惑，透过现象深入到本质，从整体上去认识反应的本质，因而显得比别人站得高、看得准。系统严格的定量性是拉瓦锡实验方法的基本特点。他在实验分析中有一个信条：必须用天平进行精确测定来确定真理。根据这一信条，拉瓦锡的实验研究都明确地运用了定量方法。以量求质，通过数量的确定推翻了水上相互转化的古老观念，否定了燃素的存在，揭示了氧气的实质和燃烧的本质。他能以考察量的变