科技科学技术课件

第七节

十九世纪的化学第七节要点一、原子—分子学说的建立（一）道尔顿原子论（二）盖—吕萨克的工作（三）阿伏加德罗分子假说的提出（四）柏采利乌斯的电化二元说二、有机化学的兴起（一)尿素的人工合成及其意义（二）有机结构的发展（三）原子价的研究进展（四）立体有机化学理论的进展三、元素周期的发现（一）前提（二）门捷列夫的工作四、物理化学和化学工业的发展（一）物理化学的形成和发展（二）化学工业的发展一、原子—分子学说的建立

（一）道尔顿原子论（二）盖—吕萨克的工作

（三）阿伏加德罗分子假说的提出（四）柏采利乌斯的电化二元说（一）道尔顿原子论

意义局限性历史渊源理论前提主要内容分析古希腊、波义耳、牛顿当量定律、定比定律质量作用定律原子的物质性、基本性、化学反应特性、倍比定律道尔顿原子论亚利士多德

Aristotle,384~322BC《论生成与消灭》

四种基本元素:火、土、气、水

任何物质都是由这些元素按照不同的比例搭配而成的以太ether发光的天体由以太组成三要素说帕拉赛尔苏斯（瑞士）PhilippusAureolusParaselsus1493~1541贾比尔Jabil(8、9世纪）阿拉伯炼金术家金属：硫、汞硫、汞、盐两种学说炼金术哲学家(亚利士多德信徒）物质：土、水、气、火炼金士—药剂师物质：盐、硫、汞波义耳（英国）

RobertBoyle

1627~1691

不要把任何物体看作是一种真正的要素或元素，而应看作是业已化合的。

我现在说的元素是指某些原初的和单纯的、即丝毫没有混合过的物体，这些物体不是由任何其他物体组成，也不是相互组成，而是作为配料，一切所谓的完全混合物体都直接由它们化合而成，最终也分解成它们。怀疑的化学家

ScepticalChymist

1661

把化学确立为一门自然科学

明确“元素”的概念（澄清“化合物”的概念）

对四（三）元素说的批判（对火的作用的误解）

几乎发现“氧”（空气的某个部分是燃烧所必须的）原子论创立者德莫克利特

Democritus(c.460~357BC)atomos不可分割的

留基伯

Leucippus,490~?BC

不同物质是由不同的原子或不同的原子组合所组成的原子重新排列可以使一种物质转变成另一种物质。

原子继续德莫克利特的原子概念伊壁鸠鲁

Epicurus(341~270BC）卢克莱修（罗马）TitusLucretiusCarus(96~55BC)

DeRerumNatura长诗《物性论》56BC伽桑狄(法国)

PierreGassendi,1592~1655

气体可以压缩和膨胀的实验

气体必定是由分布很广的质点所组成

普鲁斯特（法国）

JosephLouisProust

1755~1826定比定律1799年，普鲁斯特证明，无论怎样制备碳酸铜，其所含铜、碳和氧的重量比例都是一定的。铜:碳:氧=5:4:1贝尔托莱（法国）

ComteClaudeLouisBerthollet，(1748-1822)

化合物可以由不同比例的元素组成柏采留斯（瑞典）

BaronJönsJakobBerzélius,1779-1848

定比定律是正确的道尔顿（英国）

JohnDalton,1766~1844一氧化碳（碳:氧=3:4)二氧化碳（碳:氧=3:8)1803年:多比定律不同元素具有不同质量的原子分子:

数目固定的不同原子组成元素:

相同质量的原子组成坎尼札罗（意大利）

StanislaoCannizzaro

1826-1910

1860年，德国第一次国际化学会议

提出确定原子量的新方法斯塔斯

(比利时）

Jean-ServaisStas,1813-18911865年新的原子量表（二）盖—吕萨克的工作1、前提实验发现、理论基础2、内容推论；假说；结论

1809年12月31日盖－吕萨克发表了他发现的气体化合体积定律，即盖-吕萨克定律——不同气体的比重之比=它们原子量之比。可以由此来测定各种气体物质的原子量，并确定化和物中各种原子的数目。3、问题（三）阿伏加德罗原子-分子

假说的提出

提出依据原子-分子假说要点进一步的工作被冷落五十年的原因公认阿伏伽德罗

(意大利)

ComteAmedeoDiQuaregnaAvogadro

(1776-1856)

阿伏伽德罗假说

等体积的气体是由等数目的质点所组成（四）柏采利乌斯的电化二元说1、内容各种原子各有正负两极，但强弱不同；不同电性原子相互吸引，正负电荷相吸就使原子化合成分子；同一元素的原子由于电性相同只能相互排斥，不可能相互吸引。2、问题在实验中有大量现象，电化二元说无法解释，并给化学带来混乱。二、有机化学的兴起（一)尿素的人工合成及其意义（二）有机结构的发展（三）原子价的研究进展（四）立体有机化学理论的进展二、有机化学的兴起（二）有机结构的发展（三）原子价的研究进展（四）立体有机化学理论的进展（一)尿素的人工合成及其意义有机化学兴起（一)尿素的人工合成及其意义1、尿素的人工合成

1825年维勒在实验氰作用于氨水时发现除了生成草酸外，还有一种白色结晶，经证明就是有机物尿素。2、人工合成尿素的意义维勒用人工合成尿素有力地批判了活力论，并第一次证明了无机物也能生成有机物。

维勒（FriedrchWohler1800一1882

）

（二）有机结构的发展1、柏采利乌斯把电化二元说推广到有机化学，认为有机物的组成单位是复基。2、李比希和维勒把复基观点发展为基团论，化合物含有不同的无机基团和一个共同的有机基团。3、杜马的类型论，化合物存在着一定的类型，当有机物的氢被等量某一卤族元素取代后，其类型保持不变。4、热拉尔又把类型论加以发展，引入同系列概念。（三）原子价的研究进展1、（英）弗兰克兰发现元素的化合能力。2、（德）凯库勒把化合力改为原子数；提出了“亲和力单位”——原子价。凯库勒(

F.A.FriedrichAugustKekulé

1829—1896年)（四）立体有机化学理论的进展1、有机物旋光异构现象的解释2、碳的四面体构型学说3、苯的环状结构说1857年凯库勒提出碳是4价的；1858年进一步提出,碳原子间可以相连成链状的学说。这就开辟了理解脂肪族化合物的途径。1865年凯库勒提出了苯的环状结构学说：苯的结构可想像为6个链形碳原子闭合而成,于是打开了芳香族化学的大门。

三、元素周期律的发现（一）前提——历史渊源（二）门捷列夫的工作（一）前提——历史渊源学者姓名主要成果及观点拉瓦锡33种元素分四大类段柏莱纳54种元素用“三元素组法”进行分类尚古多64种元素按原子量大小标记在圆柱体螺线上奥德林以当量为基础的元素表迈耶尔制出“六元素表”—元素性质是原子量的函数纽兰兹发现“八音律”门捷列夫（俄国）

DmitriIvanovichMendeleev

1834~19071864年，英国化学家纽兰兹（JohnA.R.Newlands,1838~1898)1862年，法国地质学家比古耶·德·尚库图（deChaucourtois)1869年，德国化学家迈耶尔（JuliusLotherMeyer,1830~1895)（二）门捷列夫的工作1、基本思想2、主要成果3、意义在化学发展史上：综合了几百年来关于元素的大量知识，形成了有内在联系的统一体系；为研究化学元素、化学变化过程奠定了基础；指出了寻找新元素的工作。从哲学角度上讲：是化学认识上由经验到理论的飞跃；反映了自然界的辩证发展过程，为辩证唯物主义自然观提供了坚实的自然科学基础。4、局限性基本思想

“当一想到物质的时侯，除了关于物质的原子的一切概念以外，对我来说决不能避开两个问题：什么物质和多少物质，而这和化学元素的质量那个概念互相符合……因此使我产生了一种想法，认为在质量和化学元素中间必然有联系，应该去寻找元素性质和它们的原子量之间的函数关系。……因此，我把元素和它们的原子量以及种种基本性质写在一张张卡片上，开始把性质相似的元素和相近的原子量排成行列。这样，我很快就得出了一个结论：元素的性质是随着它们的原子量而周期地变化的。”1869年3月1日，门捷列夫编制成包括当时所有已知元素的元素自然体系，发现了元素周期律。1871年，门捷列夫在《化学原理》中系统地总结了他的研究成果，第一次用周期律的观点全面阐述无机化学。1870年和1871年，门捷列夫预言了三个未发现元素——类硼、类铝和类硅的性质及其实验发现方法。门捷列夫（1834—1907年）的主要成果门捷列夫

元素周期表

1869年

1871年，门捷列夫指出三个待补元素的大致性状。

1875年，布瓦博德朗（法国）发现了第一个，命名为镓（以“法国”的拉丁文命名）。

1879年，尼尔森（瑞典）发现了第二个，命名为钪（以“斯堪的纳维亚”命名）。

1886年，温克勒（德国）发现了第三个，命名为锗（以“德国”这个名字命名）。元素周期律的四个基本观点1869年3月，门捷列夫在《元素属性和原子量关系》一文中，论述了元素周期律的四个基本观点：

⑴按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈明显的周期性；

⑵原子量的大小决定元素的性质，正像质点大小决定复杂物质的性质一样；

⑶应该预料许多未知单质的发现，如预言类铝和类硅的原子量位于65至75之间的元素，元素中的某些同类元素将按它们的原子量的大小而被发现；

⑷当我们知道了某元素的同类元素以后，有时可以修正该元素的原子量。元素周期律的科学阐述1914年，莫莱斯研究各种元素的X射线谱时，发现各种元素所产生的特征X射线的波长，其顺序恰好与元素周期表的次序一致；又发现元素的原子序数和它的物征X射线波长之间之间存在着简单的数学关系。有效核电荷按周期性变化四、物理化学和化学工业的发展（一）物理化学的形成和发展

1、物理化学定义：应用物理学的原理和方法研究有关化学现象和化学过程的科学。它包括化学热力学、化学动力学、电化学、溶液理论、物质结构理论等。

2、形成于1887年《物理化学杂志》诞生。

3、发展：在热化学和化学热力学方面；在电化学方面等。（二）化学工业的发展

1、基础化学工业

2、有机化学工业第七节思考题1、道尔顿原子论的要点，及其在化学发展中的作用。2、原子—分子说的建立，遇到的挫折及原因。3、元素周期律的基本思想及其在科学发展中的作用（意义）。第八节

十九世纪的生物学一、比较方法在生物学中的出现（一）比较方法的产生前提（二）比较方法的应用及产生的影响（三）比较方法的历史发展二、细胞学说及其意义（一）细胞学说的产生前提（二）细胞学说的提出（三）细胞学说的意义三、进化论的产生及其胜利（一）拉马克的生物进化论（二）达尔文的自然选择学说（三）进化论的发展和传播第八节要点一、比较方法在生物学中的出现（一）比较方法的产生前提1、林耐人为方法的局限2、18世纪下半叶以来的发展（二）比较方法的应用产生的影响恢复了物种间被割断了的联系，使物种间的连续性和生物界的统一性呈现出来。（三）比较方法的历史发展1、（法）乔治·布丰反对人为分类，主张用比较方法研究生物间关系。2、（德）歌德的观点3、圣提雷尔与居维叶的辩论4、共性比较标准上；认识程序上林耐的人为分类方法

乔治·布丰反对人为分类

主张用比较方法研究生物间关系

博学多才的歌德

众所周知歌德是一个伟大的诗人、小说家、戏剧家和杰出的思想家。但是，很少有人知道，他还是一个科学研究者，而且涉猎的学科很多。他从事研究的有动植物形态学、解剖学、颜色学、光学、矿物学、地质学等，并在个别领域里取得了令人称道的成就。居维叶根据神经和循环系统的差异将动物分为四个主要类型：脊椎动物类型软体动物类型有关节动物类型辐射状动物类型二、细胞学说及其意义（一）细胞学说的产生前提1、实验观察上的发现2、理论上的进展（二）细胞学说的提出1、1838年，施莱登提出：细胞是一切植物结构的基本单位；植物发育的基本过程就是细胞的形成过程。2、1839年，施旺认为：有机体总有一个普遍的发育原则，这个原则就是细胞的形成。他的学说使动、植物间架起了桥梁。（三）细胞学说的意义1、使全部生物学发生革命，推动了生物学的研究。2、是十九世纪打破了旧的形而上学自然观的三大发现之一。它揭示了生物生长发育的物质基础（细胞）和基本过程（细胞分裂形成过程）。1838年，还是学生的施莱登发表了著名的《论植物发生》，首次明确提出细胞是生物的基本单位。首次提出了“细胞核”概念，认为细胞核是“植物中普遍存在的基本构造”细胞核在细胞形成(发生)过程中起了至关重要的作用。他指出，任何植物都是由细胞组成的；在植物体中，每个细胞“一方面是独立的，进行自身发展的生活；另一方面是附属的，是作为植物整体的一个组成部分而生活着”。M.J.施莱登(MatthiasJacobSchleiden，1804-1881)施旺提出，细胞是构成动物的基本单位，动物细胞的基本构成是大致相同的，而且尽管动物细胞生理意义不尽相同，但各种细胞的发生是相似的。施旺1839年文章的主要目的是要证明动物和植物之间有着本质的联系。指出：“它们的结构和发生的最重要的现象与植物的对应过程相一致。”T.施旺(TheodorSchwann，1810-1882)三、进化论的产生及其胜利（一）拉马克的生物进化论1、产生的依据2、主要观点3、分析（意义；问题）（二）达尔文的自然选择学说1、产生的依据2、主要观点3、评介（意义；不足）（三）进化论的发展和传播1、达尔文的斗犬——赫胥黎的捍卫和传播2、海克尔的发展3、魏斯曼的种质选择说4、孟德尔和摩尔根的工作——基因概念的提出拉马克坚持均变论，反对灾变论；认为引起进化有两个彼此独立的原因：第一：生物谋求更加复杂化或者完善的天赋。第二：对环境的特殊条件作出反应的能力。拉马克引入了深入人心的“用进废退”观念加以解释（其实直到今天为止我们依然不自觉的以“用进废退”来理解自然界）。巴黎植物园(JardindesPlantes)中拉马克雕像。雕像底座上写着：进化学说的奠基人。

拉马克的生物进化的观点

法国生物学家拉马克在《动物哲学》一书中提出了他的生物进化的观点，主要有：物种的进化是一个逐渐的、缓慢过程。自然界按循序渐进的方式产生各种物种，形成一种由低等向高等排列的自然进化的序列。他认为生物进化的原因，一方面是生物具有向上发展的内在倾向，另一方面是生存环境的影响引起动物习惯上的变化。此外，他还提出了两条著名的进化法则，即动物器官的“用进废退”和“获得性遗传”。

1859年11月24日，英国博物学家、进化论的奠基人达尔文的《物种起源》出版，奠定了进化论的理论基础。进化论被恩格斯称为19世纪自然科学三大发现（能量守恒和转换定律、细胞学说和进化论）之一。查里斯·达尔文1809年出生于英国

达尔文进化论学说的主要内容

达尔文在《物种起源》一书中所阐述的进化论学说的内容主要有：生物界普遍存在变异。自然界的动物和植物都有巨大的繁殖能力，但实际生存数量和繁殖数量之间相差很大，这说明生物界存在着剧烈的生存斗争。生存斗争是在不完全相同的个体之间进行的，凡是能较好适应环境变异的个体，在斗争中有较多生存繁衍的机会，反之则被淘汰，这就是自然选择。在自然选择的过程中，有利性状将在世代传递中逐渐积累，而逐渐由变种转变为界限分明的物种英国博物学家赫胥黎(1825—1895年)他只受过两年小学教育。以后曾自修法、德、意、拉丁、希腊等语言，博览群书，刻苦钻研。他发表过150多篇科学论文，内容不仅包括动物学和古生物学，而且涉及地质学、人类学和植物学等方面。赫胥黎是达尔文学说的积极支持者。他竭力宣扬进化学说，与当时的宗教势力进行了激烈的斗争。他进一步发展了达尔文的思想，是最早提出人类起源问题的学者之一。达尔文的斗犬——赫胥黎的捍卫和传播从一开始，赫胥黎就是进化论者阵营的主角。他自称是“达尔文的斗犬”。他凭着极大的勇气、能力和明晰解说的本领，首当其冲地抵抗各方面对达尔文的著作的攻击，而且时时带头对狼狈的敌人展开成功的反击。赫胥黎认为《物种起源》出版，对于当时科学家，好象黑暗中的一道电光。他写道：

“我们不愿相信这种或那种空想，而要抓住可以和事实对照、经过考验正确无误的明白确定的概念。《物种起源》把我们所需要的工作假设给予了我们。不但如此，它还有一个极大用处，那就是使我们脱离了一个进退两难的处境：你不愿承认上帝创造世界的假设，可是你又能提出什么学说，让任何小心慎思的人都能接受呢？”1860年，赫胥黎与威尔伯福斯（Wilberforce）主教在英国科学协会牛津会议中展开的有名的辩论。威尔伯福斯青年时代在牛津数学院得过头等奖，他的大学认为他对自然知识的各个部门无不精通，所以选定他来维护正统的教义。这位主教对于这个问题并无真正的了解，企图用讥笑来摧毁进化观念。赫胥黎对他的论点给予有效的答辩之后，更对于他的愚昧的干涉给与严厉的抨击。赫胥黎与牛津大主教的辩论1860年6月，在牛津大学召开的不列颠学会的年会上，刚刚引起轰动的进化论自然成为人们争论的焦点。赫胥黎与牛津大主教威尔伯福斯就进化论展开了著名的辩论。威尔伯福斯侮辱性地发难：“按照人是从猴子传下来的说法，请问赫胥黎先生，跟猴子产生姻缘关系的是你的祖父这一方，还是你的祖母那一方？”赫胥黎不卑不亢地回答：“一个人没有任何理由因为他的祖父是一个猿猴而感到羞耻。使我感到羞耻的倒是这样一个人，他浮躁而又饶舌，他不满足于在自己的活动范围内做取得的令人怀疑的成功，而要插手他一窍不通的科学问题。结果只能是以自己的夸夸其谈而把问题弄得模糊不清；并且用一些娓娓动听但离题很远的讨论，以及巧妙地利用宗教上的偏见，使听众的注意力离开争论中的真正焦点……”赫胥黎铿锵有力的话语赢得了全场热烈的掌声和欢呼，大主教当时便灰溜溜地退出了会场。赫胥黎的雄辩使越来越多的公众站到了进化论的一边。达尔文非但没有因进化论而受迫害，反而成为公众心目中景仰的科学偶像，很大程度上是由于赫胥黎的功劳。

海克尔的胚胎发育图

施旺和施莱登的细胞学说为人类了解动植物的结构、发育和机能提供了一个有力的新模式，但仍存在不少缺陷，之后有许多科学家做了大量的工作来完善细胞学说。虽然许多科学家通过显微镜研究了亚细胞结构的行为，但这些孤立的发现缺乏一个理论框架。魏斯曼对这些发现进行了整合，并为遗传学贡献了两个重要的指导性概念：种质连续性理论和染色体减数分裂及其合理性的预言。魏斯曼是生物学上重要的理论家他1834年出生于德国的法兰克福

孟德尔(1822—1884)，奥地利人孟德尔做杂交实验的园地豌豆的七种性状种子形状种子颜色花的颜色豆夹形状豆夹颜色显性特征隐性特征

豌豆的七种性状显性特征隐性特征黄色豌豆F1代F2代黄色种子绿色种子纯种亲本F1显性F1隐性F2显性F2隐性比例圆种皱种5,4741,8502.96:1黄种绿种6,0222,0013.01:1紫花白花7052243.15:1鼓荚瘪荚8822992.95:1绿荚黄荚4281522.85:1侧花顶花6512073.14:1

高株矮株7872772.84:1

孟德尔试验结果孟德尔的分离律可表述为一对等位基因在杂合状态（Aa）下，互不干预，保持其独立性，在形成配子时各自（A或a）分配到不同配子中去。在一般情况下，子一代配子分离比为1：1，子二代基因型分离比为1：2：1，子二代表现型分离比是3：1。

孟德尔第二定律——自由组合定律(lawofindependentassortment)

测交证明在杂种F1代非等位基因在配子形成时可以自由组合到不同配子中去。孟德尔设计了双交和三交实验，均证实了所研究的豌豆的7对性状是独立遗传的。AAAaaAaaAa性状分离定律AAaaAaA

显性特征a

隐性特征

显性定律

分离定律3:1独立分配（自由组合）定律显性特征

圆、黄隐性特征

瘪、绿

圆黄:9圆绿:3瘪黄:3瘪绿:1

1865年2月8日、3月8日布隆自然史学会发表演讲“植物杂交试验”

《布隆自然史学会会刊》

ProceedingsoftheNaturalHistorySocietyofBrunn，1866

孟德尔学说的重要意义1、明确地提出了遗传因子的概念，并强调控制不同性状的遗传因子的独立性，彼此间并不“融合”或“稀释”，这些提法或概念一改在他以前对生物体性状遗传捉摸不定，难以把握的状态。2、遗传因子成对存在，只是在形成单倍体生殖细胞时才分离开来，这些提法为后来人们寻找和确定遗传因子提供了有益的启示。3、孟德尔所提出的实验方法：选定相应性状，进行一系列杂交实验，再对后代的性状表现进行分析。这一套实验方法被后来的遗传学家连续使用约半个世纪，被证明是科学有效的研究遗传的方法。运用这套方法，人们在模型实验材料（豌豆，果蝇，粗糙链孢霉等）中确定了成百上千个遗传因子－－基因。

孟德尔:植物学的拉瓦锡

（遗传因子与化学元素）

最重要贡献:

分离定律（3:1比值)的普遍性驳斥了“多重微粒”主张。

导致遗传学革命的新观点:

每个性状在受精卵细胞中由两个而且仅仅是两个因子表示，其中一个来自父本，另一个来自母本，并且它们可以不相同。

孟德尔学说被忽视的主要原因

缺乏遗传物质基础的理论框架（染色体细胞学的理论分析）

遗传的优良性状（物种杂交，不是变种杂交）

发表的著作太少德弗里斯（荷兰）HugodeVries

1848~1935柯林斯（德国）CarlCorrens1864~1933切马克（奥地利）ErichvonTschermak1871~1962

1900年3~5月，三位生物学家几乎同时独立发现孟德尔遗传定律摩尔根和

他的实验室

摩尔根提出了遗传学三条基本定律中的基因连锁互换定律，确立了基因作为遗传单位的基本概念。因此而获得1933年诺贝尔生理学和医学奖。

摩尔根（1866—1945），美国著名遗传学家，现代遗传学奠基人之一。

1908年，摩尔根开始培育果蝇

寻找大突变，即突然出现一个与亲本差异很大的新的个体。果蝇：遗传学和分子发育生物学的国王

图中左侧为雌性，右侧为雄性

黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）它在近代生物学史上的地位显赫，这红眼睛黑肚皮的小东西曾经三度飞进卡罗林斯卡医学院的颁奖大厅，为主人取回诺贝尔生物医学奖桂冠（1933年摩尔根，1946年缪勒，1995年刘易斯、尼尔森－沃哈德和维斯