化学与人类文明压缩课件1

1、授课教师：王 杰Tel: 85968981 E-mail: 浙江大学理学院化学系无机与材料化学研究所化化 学学 与与 人类人类 文文 明明 绪绪 论论一、化学的研究对象及任务一、化学的研究对象及任务1. 1.研究对象：化学是在原子、分子层次研究对象：化学是在原子、分子层次 上，研究物质的性质、组上，研究物质的性质、组 成、结构、能量变化和应成、结构、能量变化和应 用的科学。用的科学。2. 2.课程性质：化学是建立在实验基础上的课程性质：化学是建立在实验基础上的 科学。是一门中心的、实用科学。是一门中心的、实用 的和创造性的科学。它涉及的和创造性的科学。它涉及 存在于自然界的物质，以及存在于自然

2、界的物质，以及 由化学家创造的新物质；它由化学家创造的新物质；它 也涉及自然界的变化，还有也涉及自然界的变化，还有 那些由化学家发明创造的新那些由化学家发明创造的新 变化。变化。无机化学：元素化学；无机合成化学；无机固体无机化学：元素化学；无机合成化学；无机固体 化学；配位化学；生物无机化学；有化学；配位化学；生物无机化学；有 机金属化学机金属化学 等。等。 有机化学：天然有机；一般有机；有机合成；金有机化学：天然有机；一般有机；有机合成；金 属和非金属有机；物理有机；生物有属和非金属有机；物理有机；生物有 机，有机分析。机，有机分析。 物理化学：化学热力学；结构化学；化学动力学物理化学：化学

3、热力学；结构化学；化学动力学 以及热、光、电、磁、等离子体、胶以及热、光、电、磁、等离子体、胶 体、表面化学等。体、表面化学等。 分析化学：分离和富集；化学分析（定性与定量分析化学：分离和富集；化学分析（定性与定量 分析）；仪器以及新技术分析（色、分析）；仪器以及新技术分析（色、 波、能、磁共振谱等）。波、能、磁共振谱等）。高分子化学：天然高分子；高分子合成；高分子高分子化学：天然高分子；高分子合成；高分子 物理化学；高聚物应用；高分子物理物理化学；高聚物应用；高分子物理 等。等。核化学和放射化学：放射性元素化学；放射分析核化学和放射化学：放射性元素化学；放射分析 化学；辐射化学；同位素化学；

4、核化化学；辐射化学；同位素化学；核化 学等。学等。 生物化学：一般生物（代谢、酶类）；微生物；生物化学：一般生物（代谢、酶类）；微生物； 植物；免疫；发酵和生物工程；食植物；免疫；发酵和生物工程；食 物；禽畜营养；肥料等。物；禽畜营养；肥料等。 其其 他：环境化学、地球化学、海洋化学、他：环境化学、地球化学、海洋化学、 大气化学、宇宙化学、星际化学大气化学、宇宙化学、星际化学 、 以及化学工程等。以及化学工程等。4.学科任务：一方面，为生产和技术学科任务：一方面，为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材部门提供尽可能多的新物质、新材料；另一方面，在与其他自然科学料；另一方面，在与其他自然科学

5、相互渗透的进程中不断产生新学科，相互渗透的进程中不断产生新学科，并向探索生命科学和宇宙起源的方并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。向发展。二二、化学学科的化学学科的形成形成与发展与发展 首先，化学来源于实践首先，化学来源于实践 火火是人类改变物质结是人类改变物质结构的第一种手段构的第一种手段 人类使用人类使用火火的时间至的时间至少在一百四十二万年前少在一百四十二万年前 我们祖先用火的历史是极其悠我们祖先用火的历史是极其悠久的。在一百八十万年以前，云久的。在一百八十万年以前，云南元谋人遗址和山西芮城西候度南元谋人遗址和山西芮城西候度遗址中，发现有大量的炭屑、烧遗址中，发现有大量的炭屑、烧过的哺

6、乳动物的骨骼。据考古学过的哺乳动物的骨骼。据考古学家的分析研究，认为这都是人类家的分析研究，认为这都是人类用火遗迹的证明。用火遗迹的证明。 50万年前北京人已经使用天然火万年前北京人已经使用天然火 恩格斯说：恩格斯说：“火第一次是人支配了一种自然力，火第一次是人支配了一种自然力，从而最终把人和动物界分开从而最终把人和动物界分开”。 托马斯托马斯库恩：库恩：“火的使用不仅仅是人和所有其它动物一目了然的火的使用不仅仅是人和所有其它动物一目了然的区别。区别。火是人类发现的第一个如何去使用的能源，火是人类发现的第一个如何去使用的能源，这种能源不是通过人体内的食物和空气所能转化的。这种能源不是通过人体内

7、的食物和空气所能转化的。在更新纪的早期，他们不用火就制造了精美的工具在更新纪的早期，他们不用火就制造了精美的工具和哺育后代；在更新纪的中期，他们仅会用火在洞和哺育后代；在更新纪的中期，他们仅会用火在洞口取暖；在更新纪的晚期，火使他们成了高效率的口取暖；在更新纪的晚期，火使他们成了高效率的动物；在该纪的最后八千年里，他们发现了火的更动物；在该纪的最后八千年里，他们发现了火的更多用途，并且烧掉了前所未有的大量燃料。火已成多用途，并且烧掉了前所未有的大量燃料。火已成了他们迅速掌握大自然、征服大自然、部分的毁坏了他们迅速掌握大自然、征服大自然、部分的毁坏土地及解决他们现存问题的关键土地及解决他们现存问

8、题的关键”。 利用火可以烧制陶器利用火可以烧制陶器 同美索不达米亚、埃同美索不达米亚、埃及一样，中国是世界上及一样，中国是世界上最早制作陶器的国家之最早制作陶器的国家之一。一。 随着制陶技术的逐渐成熟，为金属的冶炼（冶铜、炼铁）、随着制陶技术的逐渐成熟，为金属的冶炼（冶铜、炼铁）、铸造提供了必要的条件（包括冶炼和铸造所需要的高温技术、铸造提供了必要的条件（包括冶炼和铸造所需要的高温技术、耐火材料和造型材料等等）。大约在公元前耐火材料和造型材料等等）。大约在公元前4000 20004000 2000年间，年间，人类开始进入奴隶社会时，人们也开始从使用石制工具过渡人类开始进入奴隶社会时，人们也开始

9、从使用石制工具过渡到使用金属劳动工具，即从石器时代跨入了金属时代。到使用金属劳动工具，即从石器时代跨入了金属时代。 人类最早发现的金属是金和铜。金主要作为饰物使人类最早发现的金属是金和铜。金主要作为饰物使用。纯铜虽然很有用，但是硬度不够，还不能完全代用。纯铜虽然很有用，但是硬度不够，还不能完全代替石器。经过年的摸索，铜器制造技术发生了替石器。经过年的摸索，铜器制造技术发生了一次飞跃，这次飞跃使人类告别了石器时代。一次飞跃，这次飞跃使人类告别了石器时代。 大约公元前年，生活在美索不达米亚平原南部的大约公元前年，生活在美索不达米亚平原南部的苏美尔人发现，在熔化的铜液中加入少量锡或铅，或同时加苏美尔

10、人发现，在熔化的铜液中加入少量锡或铅，或同时加入少量锡和铅，可以大大改善铜的性能，它比纯铜硬度高，入少量锡和铅，可以大大改善铜的性能，它比纯铜硬度高，而且色泽更加光亮，做出的工具和武器更加锋利耐用。这种而且色泽更加光亮，做出的工具和武器更加锋利耐用。这种合金叫做青铜。合金叫做青铜。 进入金属时代，原始的狩猎经济开始让位给农业和进入金属时代，原始的狩猎经济开始让位给农业和畜牧业，手工业也开始出现。带来的是酿造、鞣革以畜牧业，手工业也开始出现。带来的是酿造、鞣革以及漂染等行业。及漂染等行业。 这些由天然物质加工改造而成的制品，这些由天然物质加工改造而成的制品，成为古代文明的标志。在这些生产实践成为

11、古代文明的标志。在这些生产实践的基础上，萌发了古代化学知识。当时的基础上，萌发了古代化学知识。当时从事这些劳动的手工业者们就是最早的从事这些劳动的手工业者们就是最早的实用化学家实用化学家，也是最早的，也是最早的化学工程师化学工程师；当时的制陶、金属冶炼、酿造等等也就当时的制陶、金属冶炼、酿造等等也就是最早的是最早的化学工业化学工业。 化学的第二个来源可以追溯到化学的第二个来源可以追溯到古希腊的哲学家们，他们并不从古希腊的哲学家们，他们并不从事实验，而仅仅从事脑力劳动。事实验，而仅仅从事脑力劳动。他们曾根据物质的某些性质对物他们曾根据物质的某些性质对物质进行分类，并企图追溯其本源质进行分类，并企

12、图追溯其本源及其变化规律。及其变化规律。 泰勒斯（公元前泰勒斯（公元前640-546640-546）认为）认为水水是万物之源。把是万物之源。把水蒸发，它就变成空气；而把水（海水）蒸发干之水蒸发，它就变成空气；而把水（海水）蒸发干之后，剩下的是土。后，剩下的是土。 阿那克西米尼（阿那克西米尼（AnaximensAnaximens，公元前，公元前588-525588-525）认为）认为空气空气是万物之源。是万物之源。 赫拉克利特（赫拉克利特（HeracleitusHeracleitus，公元前，公元前540-480540-480）认为）认为火火是一切事物的初始元素。是一切事物的初始元素。 恩培多克

13、勒恩培多克勒 Empedocles 生卒：前生卒：前492 前前432年年 。据说最后他是跳进爱特拿的火山口而死的，据说最后他是跳进爱特拿的火山口而死的，为的要证明自己是神。为的要证明自己是神。 恩培多克勒把前人的学说加以综合，提出了物质的四恩培多克勒把前人的学说加以综合，提出了物质的四元素学说，即元素学说，即火火、空气空气、水水和和土土。按照他的意见，这四。按照他的意见，这四种元素都是物质的，而且有爱和恨的性质，因此它们或种元素都是物质的，而且有爱和恨的性质，因此它们或者化合在一起，或者互相排斥或互相消灭（火与水），者化合在一起，或者互相排斥或互相消灭（火与水），他认为水、火、土和空气为四个

14、独立的元素，每一个自他认为水、火、土和空气为四个独立的元素，每一个自身是均匀的，是无始无终的，不能彼此变换，但四个可身是均匀的，是无始无终的，不能彼此变换，但四个可以各异比例相混合以生成各种物质。以各异比例相混合以生成各种物质。 亚里士多德（亚里士多德（AristotleAristotle，公元前，公元前384-322384-322）的元）的元素素性质学说具有重大意义。性质学说具有重大意义。 亚里士多德认为四元素不是物质的实体，而只亚里士多德认为四元素不是物质的实体，而只是某些性质的体现者或某些性质之和。是某些性质的体现者或某些性质之和。 与此同时，在古希腊，还与此同时，在古希腊，还产生了物质

15、微粒结构的学说。产生了物质微粒结构的学说。这一学说的创始人被认为是留这一学说的创始人被认为是留基帕和他的学生德模克利特。基帕和他的学生德模克利特。 他们认为：一切物质都是由最小的、不可分他们认为：一切物质都是由最小的、不可分的微粒的微粒原子组成的。德模克利特论述原子道：原子组成的。德模克利特论述原子道：“宇宙的要素是原子和虚空，其他一切只是想象宇宙的要素是原子和虚空，其他一切只是想象中存在的东西。原子不受任何能使之发生改变的中存在的东西。原子不受任何能使之发生改变的外力影响，原子的不变性是由于硬度外力影响，原子的不变性是由于硬度。原子。原子是没有性质的各式各样的小物体，而虚空则是一是没有性质的

16、各式各样的小物体，而虚空则是一些空的地方，使原子在其中不断上下运动；或者些空的地方，使原子在其中不断上下运动；或者一某种方式纠结在一起，或者互相碰撞，弹回，一某种方式纠结在一起，或者互相碰撞，弹回，在这种结合中互相分开又碰到一起。这样原子就在这种结合中互相分开又碰到一起。这样原子就生成其他一些复杂物体，还有我们的身体，我们生成其他一些复杂物体，还有我们的身体，我们的状态。我们的感觉的状态。我们的感觉”。 公元前公元前4世纪世纪（相当于春秋战国时相当于春秋战国时期期）或更早，中国提出了阴阳五行学说，或更早，中国提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种认为万物是由金、木、水、火、土五

17、种基本物质组合而成，而五行则是由阴阳基本物质组合而成，而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。此说为朴素的唯二气相互作用而成的。此说为朴素的唯物主义自然观，用物主义自然观，用“阴阳阴阳”这个概念来这个概念来揭示自然界两种对立和互相消长的物质揭示自然界两种对立和互相消长的物质势力势认为二者的相互作用是一切自然势力势认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说为中国炼丹术的现象变化的根源。此说为中国炼丹术的理论基础之一。理论基础之一。 朴素的元素思想，即为物质结构及朴素的元素思想，即为物质结构及变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术，到了公元前丹术，到了公元前2世

18、纪的秦汉时代，炼世纪的秦汉时代，炼丹术已颇为盛行，大致在公元丹术已颇为盛行，大致在公元7世纪传到世纪传到阿拉伯国家，与古希腊哲学相融合而形阿拉伯国家，与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼金术，阿拉伯炼金术于中世成阿拉伯炼金术，阿拉伯炼金术于中世纪传入欧洲，形成欧洲炼金术，后逐渐纪传入欧洲，形成欧洲炼金术，后逐渐演进为近代的化学。英文种化学一字演进为近代的化学。英文种化学一字（chemistry）的字根）的字根chem，即来源于，即来源于中世纪的拉丁文炼金术（中世纪的拉丁文炼金术（alchemia）。）。 葛洪（葛洪（283343/363 ）东晋道士，道教学者，炼）东晋道士，道教学者，炼丹家，医学家

19、。字稚川，自号抱朴子，丹阳句容（今丹家，医学家。字稚川，自号抱朴子，丹阳句容（今属江苏省）人。属江苏省）人。 此外，中国还相继发明了造纸、此外，中国还相继发明了造纸、制瓷和火药。制瓷和火药。 阿拉伯人学会制硫酸、硝酸、王阿拉伯人学会制硫酸、硝酸、王水、碱和氯化铵等。水、碱和氯化铵等。 至至13世纪，已发现碳、金、铜、世纪，已发现碳、金、铜、银、铁、锡银、铁、锡 、锑、汞、铅和砷元素。、锑、汞、铅和砷元素。 十五世纪，德国的瓦伦泰恩提十五世纪，德国的瓦伦泰恩提出金属的出金属的“三原素三原素”说，认为金属说，认为金属是由硫、汞、盐三原素所组成，其是由硫、汞、盐三原素所组成，其中硫是指颜色，硬度，亲

20、和力，可中硫是指颜色，硬度，亲和力，可燃性；汞指光泽，蒸发性，熔解性，燃性；汞指光泽，蒸发性，熔解性，延展性；盐指凝固性，耐火性等。延展性；盐指凝固性，耐火性等。 十六世纪，化学从金丹时期十六世纪，化学从金丹时期逐步进入制药时期，中国以明代逐步进入制药时期，中国以明代(1596年年)李时珍的李时珍的本草纲目本草纲目为标志，西方以瑞士的帕拉塞尔为标志，西方以瑞士的帕拉塞尔苏斯为代表，毒剂已用作药物。苏斯为代表，毒剂已用作药物。 帕拉塞尔苏斯帕拉塞尔苏斯企图把企图把医学和和炼金术炼金术结合起来成结合起来成为一种新的为一种新的医学化学医学化学科学或当时称之为科学或当时称之为医疗化学医疗化学。帕拉塞尔

21、苏斯给炼金术下的定义是：帕拉塞尔苏斯给炼金术下的定义是：把天然的原料把天然的原料转变成对人类有益的成品的科学。转变成对人类有益的成品的科学。 1661年，化学之父年，化学之父波义耳发表波义耳发表怀疑派化怀疑派化学家学家，批判点金术的，批判点金术的“元素元素”观，提出元素定义，观，提出元素定义，“把化学确立为科学把化学确立为科学”，并将当时的定性试验归纳，并将当时的定性试验归纳为一个系统，开始了化学分析。为一个系统，开始了化学分析。 英国化学家和物理学家罗伯特英国化学家和物理学家罗伯特波义耳（波义耳（16271691年），年），1627年年1月月25日，生于爱尔兰的利兹莫尔日，生于爱尔兰的利兹莫

22、尔堡。堡。1691年，波义耳在伦敦去世，享年六十四岁。年，波义耳在伦敦去世，享年六十四岁。 “现在我把元素理解为现在我把元素理解为那那些原始的、简单的、一点也没有些原始的、简单的、一点也没有掺杂的物体。元素不能由其它物掺杂的物体。元素不能由其它物体构成，也不能彼此相互形成。体构成，也不能彼此相互形成。元素是直接构成称为完全混合的元素是直接构成称为完全混合的物体的组成的物体分解时最后所物体的组成的物体分解时最后所得的最简单的物体。得的最简单的物体。” 德国化学家贝歇尔于德国化学家贝歇尔于 1669 年，提出可燃物至少年，提出可燃物至少含有两种成分，一部分留下，为坚实要素，一部分放含有两种成分，一

23、部分留下，为坚实要素，一部分放出，为可燃要素，这是燃素说的萌芽出，为可燃要素，这是燃素说的萌芽 德国普鲁士王的御医、化学家施塔尔总结了燃烧德国普鲁士王的御医、化学家施塔尔总结了燃烧中的各种现象及各家的观点之后，于中的各种现象及各家的观点之后，于1703年更系统地年更系统地阐述、发挥了燃素学说。阐述、发挥了燃素学说。 按照按照燃素说燃素说，火是由无数细小而活泼的微粒构成，火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能同其他元素结合而形的物质实体。这种火的微粒既能同其他元素结合而形成化合物，也能以游离方式存在。大量游离的火微粒成化合物，也能以游离方式存在。大量游离的火微粒聚集在一起就形

24、成明显的火焰，它弥散于大气之中便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给人以热的感觉，由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素燃素”。 1777年，近代化学之父年，近代化学之父法国的拉瓦锡提出法国的拉瓦锡提出燃烧的氧化学说，指出物质只能在含氧的空气中进行燃烧的氧化学说，指出物质只能在含氧的空气中进行燃烧，燃烧物重量的增加与空气中失去的氧相等，从燃烧，燃烧物重量的增加与空气中失去的氧相等，从而推翻了全部的燃素说，并正式确立质量守恒原理。而推翻了全部的燃素说，并正式确立质量守恒原理。 法国化学家拉瓦锡（法国化学家拉瓦锡（Lavoisier,A.L.

25、）1743年年8月月26日出生于法国巴黎富裕的律师家庭。他岁丧母，日出生于法国巴黎富裕的律师家庭。他岁丧母，在姨母照料下生活，岁进入当时巴黎著名的马沙兰在姨母照料下生活，岁进入当时巴黎著名的马沙兰学校，以后升入法政大学，学校，以后升入法政大学，1763年获法学学士学位，年获法学学士学位， 并取得律师资格。他的家庭希望他继承父业，然而他对并取得律师资格。他的家庭希望他继承父业，然而他对天文、数学、植物、矿物、化学等自然科学却有深厚的天文、数学、植物、矿物、化学等自然科学却有深厚的兴趣。兴趣。 1765年法国科学院以重奖征求一种使巴年法国科学院以重奖征求一种使巴黎路灯既明亮又经济的设计议案岁的拉黎

26、路灯既明亮又经济的设计议案岁的拉瓦锡勇敢地参加了竞赛。他的设计被评为优瓦锡勇敢地参加了竞赛。他的设计被评为优秀方案，荣获国王颁发的金质奖章。这项活秀方案，荣获国王颁发的金质奖章。这项活动给年轻的拉瓦锡以极大的鼓励，使他决心动给年轻的拉瓦锡以极大的鼓励，使他决心投入科学研究的事业。由于他不断地获得研投入科学研究的事业。由于他不断地获得研究成果，展示了出众的才华，于究成果，展示了出众的才华，于1768年受命年受命为法国皇家科学院的副会员，年后成为为法国皇家科学院的副会员，年后成为名正式会员之一，又任年科学院的秘名正式会员之一，又任年科学院的秘书长，实际上是科学院的负责人。书长，实际上是科学院的负责

27、人。拉瓦锡的成就拉瓦锡的成就 拉瓦锡对化学的拉瓦锡对化学的第一个贡献第一个贡献便是从试验的角度便是从试验的角度验证并总结了质量守恒定律。拉瓦锡用硫酸和石灰验证并总结了质量守恒定律。拉瓦锡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。拉瓦锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。他的导师鲁伊勒把失去水蒸气称为质量。他的导师鲁伊勒把失去水蒸气称为“结晶结晶水水”，从此就多了一个化学名词，从此就多了一个化学名词结晶水。这次结晶水。这次意外的成功使拉瓦锡养成了经常使用天平的习惯。意外的成功使拉瓦锡养成

28、了经常使用天平的习惯。由此，他总结出质量守恒定律，并成为他进行实验、由此，他总结出质量守恒定律，并成为他进行实验、思维和计算的基础。思维和计算的基础。 1777年年9月月5日，拉瓦锡向法国科学日，拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的院提交了划时代的燃烧概论燃烧概论，系统，系统地阐述了燃烧的氧化学说，将燃素说倒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。成多国语言，逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断与古代炼丹术的联系，揭化学自此切断与古代炼丹术的联系，揭掉神秘和臆测的面纱，取而代之的是科掉神秘和臆测的面纱

29、，取而代之的是科学实验和定量研究。学实验和定量研究。化学由此也进入定化学由此也进入定量化学（即近代化学）时期量化学（即近代化学）时期。 拉瓦锡对化学的拉瓦锡对化学的第三大贡献第三大贡献是否定是否定了古典的四元素说和三原素说，建立了了古典的四元素说和三原素说，建立了以科学实验为基础的化学元素的概念：以科学实验为基础的化学元素的概念：“如果元素表示构成物质的最简单组分，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；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，最后达到的极限概念联系起

30、来，那么，我们现在用任何方法都不能再加以分解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，就算是元素的一切物质，对我们来说，就算是元素了。了。” 1789年，年，化学的元素化学的元素出版，出版，对元素进行分类，分为气、酸、金、对元素进行分类，分为气、酸、金、土四大类，并将土四大类，并将“热热”和和“光光”列在列在无机界二十三种元素之中无机界二十三种元素之中 。 1790年左右，提出有机基团论，年左右，提出有机基团论，认为基团由一群元素结合在一起，作认为基团由一群元素结合在一起，作用象单个元素，它可以单独存在。用象单个元素，它可以单独存在。 1799年，法国分析化学家普鲁斯特发现化合

31、物年，法国分析化学家普鲁斯特发现化合物分子的分子的定比（定组成）定律定比（定组成）定律，指出一个化合物的组，指出一个化合物的组成不因其制备方法不同而改变。成不因其制备方法不同而改变。 19世纪初（世纪初（1803），由约翰），由约翰道尔顿建立了近代原道尔顿建立了近代原子论，突出强调了各种元素的原子的质量为其最基本的子论，突出强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征，其中量的概念的引入，是与古代原子论的一个主特征，其中量的概念的引入，是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释，成为说明化学现象的统一理论。分子假

32、说提理的解释，成为说明化学现象的统一理论。分子假说提出后，建立了原子分子学说，为出后，建立了原子分子学说，为物质结构物质结构的研究奠定了的研究奠定了基础。基础。 1807年，道尔顿发现年，道尔顿发现倍比定律倍比定律，即当相同之两元，即当相同之两元素可生成两种或两种以上的化会物时，若其中一元素素可生成两种或两种以上的化会物时，若其中一元素之重量恒定，则其余一元素在各化合物之重量恒定，则其余一元素在各化合物 中之相对重量中之相对重量有简单倍数之比。并用氢作为比较标准。有简单倍数之比。并用氢作为比较标准。 瑞典的化学大师贝采里乌斯用了近二十年的时间，瑞典的化学大师贝采里乌斯用了近二十年的时间，在极其

33、简陋的实验室里测定了大约两千种化合物的化在极其简陋的实验室里测定了大约两千种化合物的化合量，并据此在合量，并据此在18141826年的年的12年里连续发表了三年里连续发表了三张原子量表，所列元素多达张原子量表，所列元素多达49种。其中大部分原子量种。其中大部分原子量已接近现代原子量数值，这在当时的历史条件下是极已接近现代原子量数值，这在当时的历史条件下是极其难能可贵的。其难能可贵的。 1869年，俄国化学家门捷列夫发现元素周期律后，年，俄国化学家门捷列夫发现元素周期律后，不仅初步形成了不仅初步形成了无机化学无机化学的体系，并且与原子分子学的体系，并且与原子分子学说一起形成化学理论体系。说一起形

34、成化学理论体系。 与此同时，许多化学家通过对矿物的分析，与此同时，许多化学家通过对矿物的分析，发现了许多新元素，加上对原子分子学说的实验发现了许多新元素，加上对原子分子学说的实验验证，经典的验证，经典的化学分析化学分析方法也有了自己的体系。方法也有了自己的体系。 草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六元环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分元环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体，以及分子的不对称性等等的发现，导成旋光异构体，以及分子的不对称性等等的发现，导致有机化学结构理论的建立，使人们对分子本质的认致有机化学结构理论的建

35、立，使人们对分子本质的认识愈益深入，并奠定了识愈益深入，并奠定了有机化学有机化学的基础的基础 19世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之世纪下半叶，热力学等物理学理论引入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离学说、电化学和化学动力学继建立了溶液理论、电离学说、电化学和化学动力学的基础理论。的基础理论。物理化学物理化学的诞生，把化学从理论上提高的诞生，把化学从理论上提高到一个新水平。到一个新水平。 进入进入20世纪，又陆续

36、形成了世纪，又陆续形成了高分子化学、核化学和放射化学、高分子化学、核化学和放射化学、生物化学、环境化学、地球化学、生物化学、环境化学、地球化学、海洋化学、大气化学以及宇宙化海洋化学、大气化学以及宇宙化学、星际化学等等。学、星际化学等等。 中国的近代化学中国的近代化学 我国系统地介绍近代化学的基我国系统地介绍近代化学的基础知识大约始于础知识大约始于19世纪世纪60年代。，年代。，由中国近代化学的先驱者由中国近代化学的先驱者徐寿和徐寿和傅兰雅，翻译了西方近代化学书籍傅兰雅，翻译了西方近代化学书籍的工作，编辑了的工作，编辑了化学材料中西名化学材料中西名目表目表，其中许多化学名词沿用至，其中许多化学名

37、词沿用至今。今。 京师同文馆成立于京师同文馆成立于1861年，年，1866年开设化学年开设化学课。隶属于总理各国事务衙门课。隶属于总理各国事务衙门 。 徐寿，字雪邨，清嘉庆二十三年正月二十二日徐寿，字雪邨，清嘉庆二十三年正月二十二日（年月日）出生于江苏无锡钱桥社岗。（年月日）出生于江苏无锡钱桥社岗。 1875年徐寿和傅兰雅在上海创建了格致书院。年徐寿和傅兰雅在上海创建了格致书院。 张子高，原名张准，字子高，又名张芷皋，张子高，原名张准，字子高，又名张芷皋，年月日出生于湖北省枝江县董市镇年月日出生于湖北省枝江县董市镇 。化学家和化学教育家。中国化学史研究的开拓者之化学家和化学教育家。中国化学史研

38、究的开拓者之一。一。 侯德榜，名启荣，号致本，著名科学家，杰出的侯德榜，名启荣，号致本，著名科学家，杰出的化学家、化工专家，化学家、化工专家， 年月日生于福建年月日生于福建省闽侯县省闽侯县 。 王璡，字季梁，祖籍浙江省黄岩县。王璡，字季梁，祖籍浙江省黄岩县。年月日出生于福建闽侯县。分析化学家、教育年月日出生于福建闽侯县。分析化学家、教育家。是我国近代分析化学和中国科学史研究的先驱家。是我国近代分析化学和中国科学史研究的先驱者之一。者之一。 李寿恒，字乔年，年月日出生在李寿恒，字乔年，年月日出生在江苏省宜兴县（今宜兴）。化学工程学家、教育家。江苏省宜兴县（今宜兴）。化学工程学家、教育家。他创办了

39、我国第一个化学工程系他创办了我国第一个化学工程系 三、化学的地位和重要性三、化学的地位和重要性1.化学是人类赖以解决食品问题的重要学科之一化学是人类赖以解决食品问题的重要学科之一2.化学对能源的开发利用起着不可忽视的作用化学对能源的开发利用起着不可忽视的作用 3.信息技术的高速发展离不开化学的大力支持信息技术的高速发展离不开化学的大力支持 4.化学是提高人类生存质量的有效保障化学是提高人类生存质量的有效保障 5.化学是材料科学发展的基础化学是材料科学发展的基础 四、化学与人类文明课程的四、化学与人类文明课程的 教学目的教学目的1.1 原子论演化的历程原子论演化的历程 原子论学说的起源原子论学说

40、的起源 古典的原子论古典的原子论 近代的原子论近代的原子论 现代的原子论现代的原子论第一章第一章 化学科学的基石化学科学的基石 元素、原子和分子元素、原子和分子原子论学说的起源原子论学说的起源 关于原子论，罗马时期最杰出的地理学家关于原子论，罗马时期最杰出的地理学家-斯特拉斯特拉波（波（Strabon，约公元前，约公元前64- 23，）认为腓尼基人墨柯，）认为腓尼基人墨柯（Mochos）是古代的）是古代的“原子观念原子观念”的创始者，但关于的创始者，但关于他的事，什么也不知道，所以通常一致认为关于原子他的事，什么也不知道，所以通常一致认为关于原子的思考始自古希腊人。的思考始自古希腊人。 希腊哲

41、学家阿那克萨哥拉（希腊哲学家阿那克萨哥拉（Anaxagoras，公元前，公元前498-428）曾说过：）曾说过：物体是物体是无限可分无限可分的并保持其特性，的并保持其特性，金子有金子金子有金子的小的小“种子种子”构成，肉有小肉构成，但心构成，肉有小肉构成，但心并不是由小的心构成，而是由小肉块构成的心的肌肉并不是由小的心构成，而是由小肉块构成的心的肌肉构成的。构成的。这还不是原子，而是趋向原子的一个阶段。这还不是原子，而是趋向原子的一个阶段。 辩证法的创始人辩证法的创始人、埃利亚学派的首领埃利亚学派的首领芝诺（约芝诺（约公元前公元前490年年公元前公元前425年）认为：年）认为：物质是连续的物质

42、是连续的，因，因为宇宙充满了物质，所以没有运动。为宇宙充满了物质，所以没有运动。 公元前五世纪，春秋末年的公元前五世纪，春秋末年的墨子墨子经下经下中，提中，提出物质最小单位是出物质最小单位是“端端”及物质变化的及物质变化的“五行无常胜五行无常胜”的观点。的观点。 中国战国时，中国战国时，庄子庄子一书中记载有一书中记载有公孙龙公孙龙提出提出的的“一尺之棰，日取其半，万世不竭一尺之棰，日取其半，万世不竭”的物质无限可的物质无限可分的观点。分的观点。 公孙龙的年代，胡适据公孙龙的年代，胡适据吕氏春秋吕氏春秋所记公孙龙所记公孙龙劝燕昭王偃兵，与赵惠文王论偃兵及劝燕昭王偃兵，与赵惠文王论偃兵及战国策战国

43、策所记所记公孙龙劝平原君勿受封之事，考定为生于公元前公孙龙劝平原君勿受封之事，考定为生于公元前325前前250年间，卒于公元前年间，卒于公元前250年前后（年前后（中国哲学史大中国哲学史大纲纲第第207页）。页）。 亚里士多德认为亚里士多德认为留基帕留基帕(Leucippus，公元前，公元前500-440 )是原子学说的真正的创始者。但他的所有著作都是原子学说的真正的创始者。但他的所有著作都已散失。已散失。 亚里士多德说留基帕同埃利亚学派有过像下面这亚里士多德说留基帕同埃利亚学派有过像下面这样的辩论：样的辩论： 埃利亚学派：没有虚空，就没有运埃利亚学派：没有虚空，就没有运 动；动； 因为没有虚

44、空，因为没有虚空， 所以就没有运动。所以就没有运动。留留 基基 帕：没有虚空，就没有运帕：没有虚空，就没有运 动；因为有运动，所动；因为有运动，所 以有虚空。以有虚空。 亚里士多德说：亚里士多德说：“留基帕认为他留基帕认为他的理论和感觉是协调的，的理论和感觉是协调的，因为因为他他说：严格来说，实在就是绝对的说：严格来说，实在就是绝对的充充实实，但，但充实充实并非一个（不可分并非一个（不可分的整体）。恰恰相反，它们有无限多的整体）。恰恰相反，它们有无限多个，因为太小，所以看不见。这种无个，因为太小，所以看不见。这种无限的多在虚空中运动（因为虚空是存限的多在虚空中运动（因为虚空是存在的）；它们的联

45、合，造成事物的产在的）；它们的联合，造成事物的产生，它们的分离，造成事物的灭亡。生，它们的分离，造成事物的灭亡。”古典的原子论古典的原子论 原子唯物论的创立者原子唯物论的创立者 德谟克里特继承了原子学德谟克里特继承了原子学说并加以发展。他是一位古代最有名的最敏锐的思想说并加以发展。他是一位古代最有名的最敏锐的思想家，不幸，他的著作除了一些残篇以外均已散失。家，不幸，他的著作除了一些残篇以外均已散失。 他认为宇宙空间中除了原子和虚空之外，什么都他认为宇宙空间中除了原子和虚空之外，什么都没有。原子一直存在于宇宙之中，它们不能被从无中没有。原子一直存在于宇宙之中，它们不能被从无中创生，也不能被消灭，

46、任何变化都是它们引起的结合创生，也不能被消灭，任何变化都是它们引起的结合和分离。和分离。 原子在数量上是无限的，在形式上是多样的。在原子在数量上是无限的，在形式上是多样的。在原子的下落运动中，较快和较大的撞击着较小的，产原子的下落运动中，较快和较大的撞击着较小的，产生侧向运动和旋转运动，从而形成万物并发生着变化。生侧向运动和旋转运动，从而形成万物并发生着变化。 伊壁鸠鲁伊壁鸠鲁（Epicurus,Epicurus, 公元前公元前341270341270年）年）进一步进一步肯定了原子学说并坚定地认为原子有重量。肯定了原子学说并坚定地认为原子有重量。但他并不但他并不认为原子的运动受各种自然法则的支

47、配。认为原子的运动受各种自然法则的支配。诸原子通过诸原子通过真空垂直地落下，在不确定时间和不确定的地点发生真空垂直地落下，在不确定时间和不确定的地点发生“偏斜偏斜”从而彼此发生碰撞。这种为伊壁鸠鲁的论敌从而彼此发生碰撞。这种为伊壁鸠鲁的论敌大加嘲笑的大加嘲笑的“偏斜偏斜”，有点像现代的测不准理论，有点像现代的测不准理论， 伊壁鸠鲁唯一著名的弟子伊壁鸠鲁唯一著名的弟子卢克莱修（卢克莱修（Titus Lucretius Carus ，约公元前，约公元前98公元前公元前55）认为，一切）认为，一切物质皆由原子组成，无不能生有，有也不能变成无；原物质皆由原子组成，无不能生有，有也不能变成无；原子具有一

48、定的形状、重量，永远处于运动之中，原子结子具有一定的形状、重量，永远处于运动之中，原子结合的多样性构成物质的多样性，物质的消失不是物质的合的多样性构成物质的多样性，物质的消失不是物质的消灭，而只是构成物质的原子的分离；原子是永恒的，消灭，而只是构成物质的原子的分离；原子是永恒的，宇宙是无限的，是变化和发展着的。宇宙是无限的，是变化和发展着的。 1650年，法国的博学思想家年，法国的博学思想家P.伽桑第伽桑第(1592-1655)向学术界推向学术界推介古希腊原子论哲学，使得原子介古希腊原子论哲学，使得原子论广为传播，也标志着原子学说论广为传播，也标志着原子学说的复兴。以牛顿为代表的大多数的复兴。

49、以牛顿为代表的大多数科学家都表示支持这种哲学。科学家都表示支持这种哲学。 近代的原子论近代的原子论 当时当时,意大利物理学家托利拆利已经用实验证明了意大利物理学家托利拆利已经用实验证明了真空可以存在，伽桑第认为原子正是在这种真空中运真空可以存在，伽桑第认为原子正是在这种真空中运动。他用原子的形状和大小说明物质的各种性质：如动。他用原子的形状和大小说明物质的各种性质：如热是由微小的圆形原子引起的；冷是带有锋厉棱角的热是由微小的圆形原子引起的；冷是带有锋厉棱角的角锥形原子产生的，所以严寒使人产生刺痛感等等。角锥形原子产生的，所以严寒使人产生刺痛感等等。 波义耳也有类似的观点，他认为构成自然界的波义

50、耳也有类似的观点，他认为构成自然界的材料是一些细小密集、用物理方法不可分割粒子。材料是一些细小密集、用物理方法不可分割粒子。粒子结合成更大的粒子团，是参加化学反应的基本粒子结合成更大的粒子团，是参加化学反应的基本单位，其大小和形状决定物质的物理性质。单位，其大小和形状决定物质的物理性质。 牛顿认为，物质是由一些很小的微粒组成，这些微牛顿认为，物质是由一些很小的微粒组成，这些微粒通过某种力量彼此吸引，当粒子直接接触时，这种力粒通过某种力量彼此吸引，当粒子直接接触时，这种力特别强；粒子间距离小时这种力可以使粒子进行化学反特别强；粒子间距离小时这种力可以使粒子进行化学反应；粒子间的距离较大时，这种力

51、则失去作用。应；粒子间的距离较大时，这种力则失去作用。 1789年年,柏林大學的化學與礦物學教授英國人威廉柏林大學的化學與礦物學教授英國人威廉息息金斯（金斯（Higgins，1763-1825）在）在燃素論與反燃素論觀點燃素論與反燃素論觀點的比較的比較一書中闡述了自己的原子論概念，並宣佈他贊同一書中闡述了自己的原子論概念，並宣佈他贊同拉瓦錫的新觀點。此外，他依據元素的終極粒子具有一定拉瓦錫的新觀點。此外，他依據元素的終極粒子具有一定重量，在化合物中仍然保持不變，因此他推出了定比定律重量，在化合物中仍然保持不變，因此他推出了定比定律和倍比定律。按照他的設想，一些元素例如氮等能與另一和倍比定律。按

52、照他的設想，一些元素例如氮等能與另一元素的不同數目原子相化合。元素的不同數目原子相化合。一直到约翰一直到约翰道尔顿赋予化学元素的原子以固定的道尔顿赋予化学元素的原子以固定的且各不相同的重量以后，原子学说对化学才是富有成效且各不相同的重量以后，原子学说对化学才是富有成效的。的。 1803年年9月月6日，道尔顿在他笔记中写下了原子论的日，道尔顿在他笔记中写下了原子论的要点：要点： 1. 原子是组成化学元素的、非常微小的、不可再分原子是组成化学元素的、非常微小的、不可再分割的物质微粒。在化学反应中原子保持其本来的性质。割的物质微粒。在化学反应中原子保持其本来的性质。 2.同一种元素的所有原子的质量以

53、及其他性质完全相同一种元素的所有原子的质量以及其他性质完全相同。不同元素的原子具有不同的质量以及其他性质。原同。不同元素的原子具有不同的质量以及其他性质。原子的质量是每一种元素的原子的最根本特征。子的质量是每一种元素的原子的最根本特征。 3.有简单数值比的元素的原子结合时，原子之间就发有简单数值比的元素的原子结合时，原子之间就发生化学反应而生成化合物。化合物的原子称为复杂原子。生化学反应而生成化合物。化合物的原子称为复杂原子。 4.一种元素的原子与另一种元素的原子化合时，他们一种元素的原子与另一种元素的原子化合时，他们之间成简单的数值比。之间成简单的数值比。 道尔顿认为同种物质的原子，其形状、

54、大小、质量道尔顿认为同种物质的原子，其形状、大小、质量都是相同的；不同物质的原子，其形状、大小、质量都都是相同的；不同物质的原子，其形状、大小、质量都是不同的。他写到：是不同的。他写到：“我认为不同气体之质点的大小必我认为不同气体之质点的大小必然各异。因为一体积氮与一体积氧化合，则生成二体积然各异。因为一体积氮与一体积氧化合，则生成二体积的氧化氮，此二体积中氧化氮的原子总数，不能多于一的氧化氮，此二体积中氧化氮的原子总数，不能多于一体积氧或氮所含有的原子数。因此，氧化氮原子必较氧、体积氧或氮所含有的原子数。因此，氧化氮原子必较氧、氮原子为大。氮原子为大。”在这段话中隐含着化学反应中在这段话中隐

55、含着化学反应中原子不能原子不能再分再分的观点。的观点。 19世纪末，放射性、电子以及世纪末，放射性、电子以及X射线的发现，射线的发现，向道尔顿向道尔顿“原子不可再分原子不可再分”的思想提出了挑战。的思想提出了挑战。实际上，近代的原子结构理论是建立在电子的发实际上，近代的原子结构理论是建立在电子的发现和放射性的各种事实的基础上的。现和放射性的各种事实的基础上的。 1858 1858年，普吕柯尔想到将磁铁靠近年，普吕柯尔想到将磁铁靠近“真空真空”管，管，看看放电会看看放电会 发生什么情况。普吕柯尔是一位德国数发生什么情况。普吕柯尔是一位德国数学家，拓扑学家，在他的后期生涯中成为学家，拓扑学家，在他

56、的后期生涯中成为 波恩大学波恩大学的一位物理学教授。他对磁与气体放电间的关系发生的一位物理学教授。他对磁与气体放电间的关系发生了兴趣。了兴趣。 当普吕柯尔将磁铁放近他制造的真空管时，他注当普吕柯尔将磁铁放近他制造的真空管时，他注意到放电的一些偏转。在意到放电的一些偏转。在1859年，他报道说年，他报道说 在玻璃管在玻璃管中靠近阴极的地方看见了亮绿色磷光，中靠近阴极的地方看见了亮绿色磷光，可以用磁铁使可以用磁铁使磷光斑改变位置磷光斑改变位置。然而，因为。然而，因为 他的真空度太低而不能他的真空度太低而不能作进一步的研究。作进一步的研究。 普吕柯尔首先发现了低压下气体放电所产生的阴普吕柯尔首先发现

57、了低压下气体放电所产生的阴极射线极射线。接着，希托夫。接着，希托夫(1869)克鲁克斯克鲁克斯(1876)J.J汤汤姆逊等都对它进行研究。姆逊等都对它进行研究。 普吕克尔早期的学生希托夫在普吕克尔早期的学生希托夫在1869年发现，如果年发现，如果把各种形状的固体放在阴极和发萤光的玻璃壁之间，把各种形状的固体放在阴极和发萤光的玻璃壁之间，物体的影子就明显地映在管壁上，他由此推断射线是物体的影子就明显地映在管壁上，他由此推断射线是直线传播的。直线传播的。 1871年德国物理学家哥尔德斯坦（年德国物理学家哥尔德斯坦（EGoldstein）观察到，这种射线与阴极所用材料无关，而且还能引观察到，这种射线

58、与阴极所用材料无关，而且还能引起化学反应。他把普吕克尔发现的这种射线命名为起化学反应。他把普吕克尔发现的这种射线命名为“阴极射线阴极射线”。 1876年，英国皇家学会会员化学家兼物理学家年，英国皇家学会会员化学家兼物理学家威廉威廉克鲁克斯开始了阴极射线的试验研究克鲁克斯开始了阴极射线的试验研究 。 克鲁克斯认为克鲁克斯认为:“由此可见，阴极射线根本不是光线，由此可见，阴极射线根本不是光线，而是一种带电的原子。否则，它们怎么会受到磁场的影响而是一种带电的原子。否则，它们怎么会受到磁场的影响呢呢? ” 由此，对阴极射线的本质有了两种完全不同的概念，由此，对阴极射线的本质有了两种完全不同的概念，德国

59、物理学家认为德国物理学家认为阴极射线像普通的光线一样是以太中阴极射线像普通的光线一样是以太中的波动的波动，以克鲁克斯为代表的在英国物理学家中流行另，以克鲁克斯为代表的在英国物理学家中流行另一种观点，一种观点，认为阴极射线是由阴极发射的带负电的粒子认为阴极射线是由阴极发射的带负电的粒子所组成。所组成。 1889年德国物理学家勒纳（年德国物理学家勒纳（Philipp Lenard ）受老）受老师赫兹师赫兹(Heinrich Hertz )教授的启发教授的启发:阴极射线能够穿过阴极射线能够穿过置于放电管内置于放电管内的金属筒。做了一个特制的玻璃放电管，的金属筒。做了一个特制的玻璃放电管，管子末端用铝

60、片封口，他发现阴极射线能够穿过铝片管子末端用铝片封口，他发现阴极射线能够穿过铝片继续在管外的空气中行进。实验表明，从铝窗发出的继续在管外的空气中行进。实验表明，从铝窗发出的射线和放电管内的射线具有相同的性质，即它们都能射线和放电管内的射线具有相同的性质，即它们都能激发荧光，都可被磁铁偏转等等。激发荧光，都可被磁铁偏转等等。 有关阴极射线的谜引起了著名的卡文迪什试验室有关阴极射线的谜引起了著名的卡文迪什试验室主任汤姆逊（主任汤姆逊（Joseph John Thomson，1856-1940）的）的浓厚兴趣。浓厚兴趣。 他认为更重要的是应该设法测出阴极射线中那些原他认为更重要的是应该设法测出阴极射