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無機化學(xué)發(fā)展簡史

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  原始人類即能辨別自然界存在的無機物質(zhì)的性質(zhì)而加以利用。后來偶然發(fā)現(xiàn)自然物質(zhì)能變化成性質(zhì)不同的新物質(zhì),于是加以仿效,這就是古代化學(xué)工藝的開始。

  如至少在公元前6000年,中國原始人即知燒粘土制陶器,并逐漸發(fā)展為彩陶、白陶,釉陶和瓷器。公元前5000年左右,人類發(fā)現(xiàn)天然銅性質(zhì)堅韌,用作器具不易破損。后又觀察到銅礦石如孔雀石 (堿式碳酸銅)與燃熾的木炭接觸而被分解為氧化銅,進而被還原為金屬銅,經(jīng)過反復(fù)觀察和試驗,終于掌握以木炭還原銅礦石的煉銅技術(shù)。以后又陸續(xù)掌握煉錫、煉鋅、煉鎳等技術(shù)。中國在春秋戰(zhàn)國時代即掌握了從鐵礦冶鐵和由鐵煉鋼的技術(shù),公元前2世紀中國發(fā)現(xiàn)鐵能與銅化合物溶液反應(yīng)產(chǎn)生銅,這個反應(yīng)成為后來生產(chǎn)銅的方法之一。

  化合物方面,在公元前17世紀的殷商時代即知食鹽(氯化鈉)是調(diào)味品,苦鹽(氫化鎂)的味苦。公元前五世紀已有琉璃(聚硅酸鹽)器皿。公元七世紀,中國即有焰硝(硝酸鉀)、硫黃和木炭做成火藥的記載。明朝宋應(yīng)星在1637年刊行的《天工開物》中詳細記述了中國古代手工業(yè)技術(shù),其中有陶瓷器、銅、鋼鐵、食鹽、焰硝、石灰、紅礬、黃礬、等幾十種無機物的生產(chǎn)過程。由此可見,在化學(xué)科學(xué)建立前,人類已掌握了大量無機化學(xué)的知識和技術(shù)。

  古代的煉丹術(shù)是化學(xué)科學(xué)的先驅(qū),煉丹術(shù)就是企圖將丹砂(硫化汞)之類藥劑變成黃金,并煉制出長生不老之丹的方術(shù)。中國金丹術(shù)始于公元前2、3世紀的秦漢時代。公元142年中國金丹家魏伯陽所著的《周易參同契》是世界上最古的論述金丹術(shù)的書,約在360年有葛洪著的《抱樸子》,這兩本書記載了60多種無機物和它們的許多變化。約在公元8世紀,歐洲金丹術(shù)興起,后來歐洲的金丹術(shù)逐漸演進為近代的化學(xué)科學(xué),而中國的金丹術(shù)則未能進一步演進。

  金丹家關(guān)于無機物變化的知識主要從實驗中得來。他們設(shè)計制造了加熱爐、反應(yīng)室、蒸餾器、研磨器等實驗用具。金丹家所追求的目的雖屬荒誕,但所使用的操作方法和積累的感性知識,卻成為化學(xué)科學(xué)的前驅(qū)。

  由于最初化學(xué)所研究的多為無機物,所以近代無機化學(xué)的建立就標(biāo)志著近代化學(xué)的創(chuàng)始。建立近代化學(xué)貢獻最大的化學(xué)家有三人,即英國的玻意耳、法國的拉瓦錫和英國的道爾頓。

  玻意耳在化學(xué)方面進行過很多實驗,如磷、氫的制備,金屬在酸中的溶解以及硫、氫等物的燃燒。他從實驗結(jié)果闡述了元素和化合物的區(qū)別,提出元素是一種不能分出其他物質(zhì)的物質(zhì)。這些新概念和新觀點,把化學(xué)這門科學(xué)的研究引上了正確的路線,對建立近代化學(xué)作出了卓越的貢獻。

  拉瓦錫采用天平作為研究物質(zhì)變化的重要工具,進行了硫、磷的燃燒,錫、汞等金屬在空氣中加熱的定量實驗,確立了物質(zhì)的燃燒是氧化作用的正確概念,推翻了盛行百年之久的燃素說。拉瓦錫在大量定量實驗的基礎(chǔ)上,于1774年提出質(zhì)量守恒定律,即在化學(xué)變化中,物質(zhì)的質(zhì)量不變。1789年,在他所著的《化學(xué)概要》中,提出第一個化學(xué)元素分類表和新的化學(xué)命名法,并運用正確的定量觀點,敘述當(dāng)時的化學(xué)知識,從而奠定了近代化學(xué)的基礎(chǔ)。由于拉瓦錫的提倡,天平開始普遍應(yīng)用于化合物組成和變化的研究。

  1799年,法國化學(xué)家普魯斯特歸納化合物組成測定的結(jié)果,提出定比定律,即每個化合物各組分元素的重量皆有一定比例。結(jié)合質(zhì)量守恒定律,1803年道爾頓提出原子學(xué)說,宣布一切元素都是由不能再分割、不能毀滅的稱為原子的微粒所組成。并從這個學(xué)說引伸出倍比定律,即如果兩種元素化合成幾種不同的化合物,則在這些化合物中,與一定重量的甲元素化合的乙元素的重量必互成簡單的整數(shù)比。這個推論得到定量實驗結(jié)果的充分印證。原子學(xué)說建立后,化學(xué)這門科學(xué)開始宣告成立。

  19世紀30年代,已知的元素已達60多種,俄國化學(xué)家門捷列夫研究了這些元素的性質(zhì),在1869年提出元素周期律:元素的性質(zhì)隨著元素原子量的增加呈周期性的變化。這個定律揭示了化學(xué)元素的自然系統(tǒng)分類。元素周期表就是根據(jù)周期律將化學(xué)元素按周期和族類排列的,周期律對于無機化學(xué)的研究、應(yīng)用起了極為重要的作用。

  目前已知的元素共109種,其中94種存在于自然界,15種是人造的。代表化學(xué)元素的符號大都是拉丁文名稱縮寫。中文名稱有些是中國自古以來就熟知的元素,如金、鋁、銅、鐵、錫、硫、砷、磷等;有些是由外文音譯的,如鈉、錳、鈾、氦等;也有按意新創(chuàng)的,如氫(輕的氣)、溴(臭的水)、鉑(白色的金,同時也是外文名字的譯音)等。

  周期律對化學(xué)的發(fā)展起著重大的推動作用。根據(jù)周期律,門捷列夫曾預(yù)言當(dāng)時尚未發(fā)現(xiàn)的元素的存在和性質(zhì)。周期律還指導(dǎo)了對元素及其化合物性質(zhì)的系統(tǒng)研究,成為現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的基礎(chǔ)。系統(tǒng)無機化學(xué)一般就是指按周期分類對元素及其化合物的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其反應(yīng)所進行的敘述和討論。

  19世紀末的一系列發(fā)現(xiàn),開創(chuàng)了現(xiàn)代無機化學(xué);1895年倫琴發(fā)現(xiàn) X射線;1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性;1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子;1898年,居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙和鐳的放射性。20世紀初盧瑟福和玻爾提出原子是由原子核和電子所組成的結(jié)構(gòu)模型,改變了道爾頓原子學(xué)說的原子不可再分的觀念。

  1916年科塞爾提出電價鍵理論,路易斯提出共價鍵理論,圓滿地解釋了元素的原子價和化合物的結(jié)構(gòu)等問題。1924年,德布羅意提出電子等物質(zhì)微粒具有波粒二象性的理論;1926年,薛定諤建立微粒運動的波動方程;次年,海特勒和倫敦應(yīng)用量子力學(xué)處理氫分子,證明在氫分子中的兩個氫核間,電子幾率密度有顯著的集中,從而提出了化學(xué)鍵的現(xiàn)代觀點。

  此后,經(jīng)過幾方面的工作,發(fā)展成為化學(xué)鍵的價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論。這三個基本理論是現(xiàn)代無機化學(xué)的理論基礎(chǔ)。

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