科学技术史（第2版） 第三篇 课件 第十八章 元素可变和新化学理论

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SLOGAN第十八章元素可变和新化学理论CONTENTS目录对元素性质的新认识PART

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03无机化学的进展有机化学的进展对元素性质的新认识COMPANYINTRODUCTION诚信合作互利共赢波义耳重新构建了“元素”概念后，人们开始发现越来越多的元素。门捷列夫发现的元素周期律是近代化学知识的系统总结和最高成果。根据门捷列夫的周期表，人们开始有目的地寻找新元素。1895年，英国人莱姆塞发现了惰性元素氩和氦，并推测存在一个以氦为首的惰性元素族。1902年，卢瑟福和索迪发现α射线便是氦离子，放射性元素铀、钍、锕等在不断放出α粒子后，最后变为铅，于是提出了放射性元素衰变理论。到1907年，被分离和研究过的放射性元素已有30多个，它们都在通过衰变转化为其他元素。卢瑟福索迪在1910年接受了这个建议，将37个放射性元素分为10类，将用化学方法不能分开的元素放在同一格内，称它们为“同位素”。1913年，莫斯莱在做过不同元素的X射线衍射实验后发现，不同元素的X射线光谱不同，把这些光谱按波长顺序排列起来，其次序与元素周期表中的次序是一致的，于是他便把这个次序称为“原子序数”。1914年，化学家们在研究了各种放射性元素后，填补了周期表中的许多空位。索迪1937年，美国人佩里厄和塞格雷用氘轰击钼，第一次用人工方法创造出了第43号元素锝。费米在1934年就试图制出超铀元素。1940年，美国人麦克米兰和艾贝尔森用热中子轰击铀，制出了第一个超铀元素镎。尽管人工方法可以制造出超铀元素，但大多数超铀元素都是短命的。目前人们已发现足够多的“宇宙之砖”，它们是近500种各种元素的同位素，其中有稳定的，也有不稳定的。还有2000多种人工放射性元素。麦克米兰无机化学的进展诚信合作互利共赢1916年，德国人柯塞尔（1888—1956）从元素原子外围电子得失的角度提出了离子键理论：在化学反应中一部分原子失去电子而形成与惰性元素有相近电子结构的稳定正离子，另一部分原子因得到电子而形成与之具有相似电子结构的稳定负离子，这两种离子因库仑引力而结合。这个理论满意地解释了离子化合物的形成。同年，美国人刘易斯（1875—1946）又提出了解释非离子型化合物形成的共价键理论刘易斯1925年，泡利提出了关于原子中电子分布的泡利不相容原理在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子处于完全相同的状态，或任何两个电子都不可能有完全相同的一组量子数。1927年，德国人海特勒和F伦敦从薛定谔方程出发，研究了氢分子，建立了崭新的化学键概念。1931—1932年，美国人鲍林、穆利肯和德国人洪德等先后提出了分子轨道理论。海特勒1967年，美国人伍德沃德和霍夫曼提出了分子轨道对称守恒规则。化学热力学进展的重要理论基础是德国人能斯特于1906年提出的热力学第三定律。1923年，荷兰人德拜和德国人休克尔提出了强电解质静电作用理论，更好地解释了一些浓溶液和电化学现象。据统计，目前已知的单一物质已有1000多万种，世界上每周都会有数千种新的化合物问世。霍夫曼有机化学的进展诚信合作互利共赢有机化学研究碳氢化合物及其衍生物。目前已知的有机化合物也在千万种以上。由于有机物与人的生活关系密切，所以有机化学的主要分支在很大程度上属于应用科学。1919年，美国人建立了以石油轻馏分丙烯为原料生产异丙醇的工业装置，被视为石油化工利用的开端。20世纪60年代末，世界有机化工产品中有80%～90%是以石油和天然气为原料生产的。20世纪70年代末，全世界的塑料产量已接近木材的产量，合成纤维的产量已等于天然纤维的产量，合成橡胶的产量已达到天然橡胶的2倍。德国人施陶丁格于20世纪20年代末提出了由小分子通过其价键联结成大分子的概念。此后，美国人卡罗瑟斯在20世纪30年代发明了尼龙，杜邦公司开始工业化生产尼龙。1953年，德国人齐格勒把一种树脂与铝或钛这类金属的离子连接起来，作为生产聚乙烯的催化剂，从而得到没有分支的长链。意大利人那塔立即用丙烯进行聚合，并发现生成聚合物中所有甲基都面对同一个方向有规则地分布。20世纪50年代出现的新型活性染料可以与纤维发生化学反应，使染料和纤维融为一体，耐洗，可印可染，色泽鲜艳，且成本较低，能广泛应用于多种纤维。卡罗瑟斯小结诚信合作互利共赢

惰性元素族和一些新元素被发现时，卢瑟福和索迪通过对放射线的研究提出元素衰变理论，有了元素可变的观念。索迪提出了“同位素”概念，认识到化学元素不是一个而是一类；他还发现了元素原子衰变时的位移规则。莫斯莱把不同元素的X射线光谱按波长顺序排列起来，形成与元素周期表中一致的次序，称为原子序数。查德威克证明原子序数在数量上正好等于核电荷数，揭示了周期律和原子核中电荷数量的直接联系。阿斯顿制成质谱仪，并发现许多元素的同位素。佩里厄和塞格雷用氘轰击钼，第一次用人工方法创造出43号元素锝。至1945年，92种天然元素全被找到。此外，化学家还在人工制造新的元素。1、与19世纪的化学相比，20世纪的化学有哪些新特点？2、20世纪的化学家对元素的性质有哪些新认识？3、了解现代化学键理论的主要内容。4、了解现代有机化学理论的进展。5、了解20世纪化学的应用情况。6、以“元素”概念为核心，扼要叙述近代以来化学的发展过程，使人看出人类认识的步步深化。思考题1、［美］H格雷、P海特：《化学原理》，杨炳良译，冯成湜校，高等教育出版社，1985。2、［美］R布里斯罗：《化学的今天和明天——化学是一门中心的、实用的和创造性的科学》，华彤文、宋心琦、张德和、吴国庆译，科学出版社，1998。3、［俄］尼查耶夫：《化学的秘密》，王力编译，北京燕山出版社，2007。4、陈德展主编：《化之道（化学卷）》，山东科学技术出版社，2007