第一章緒論

------化學及其發展史劉丹（一）、化學溯源

化學的歷史淵源非常古老，在原始社會，人類生活在這個不停運動、不斷變化的物質世界中，大自然的許多化學現象，如森林失火、動植物腐爛、空氣和水對許多東西的侵蝕，不斷地刺激著人類的感官，一次復一次地印入人類的腦海，人類不再局限于通過自己的本能活動來適應外界環境的變化，而開始依靠集體的力量來與自然界作斗爭，人類就是在這種斗爭的進程中，在贏得自己的生存和發展的基礎上，孕育了包括化學在內的自然科學的萌芽，為世界文明奠定了最初的理論基礎火的發現為進行化學操作最早打開了方便之門，原始人借助于火，學會了用泥土、銅、青銅或其他易于獲取的物質來制作器具。這一時期沒有文字記載，后人只能通過對原始人制造的武器、器皿進行分析，才能推測出他們所使用的制取方法和材料。文字的采用使一些化學制取方法留下了比較準確的記載。隨著文明的發展以及各種工藝技術的發明和改進，許許多多化學物體已為人所利用，可是，人們總是只關心最后的成品及其用途。只有工匠本人才關心產品制作方法。這些工匠中的大多數，出于一種仿佛幾已成為人類天性的本能，為自己及其子孫后代的利益，將手藝絕不外傳。他們只靠口頭傳授來培養后人，因而極少留下工藝過程的文字記載。所以后人也只能根據對各個古文明時期制造和使用的各種器具的分析，來了解他們使用的方法。在這方面，考古學家掌握的各種情況都說明，現在稱為化學的這門學問是和人類歷史一樣悠久的，但也表明史前時期和古文明時期的化學純粹是經驗的產物，決不能算是一門科學。

千萬年間，隨著史前人類文明雛型的緩緩發展，火的應用逐漸使人能擁有日益增多的武器和工具，從而帶來了新的進步。

在火的使用和制陶技術中，包含一些化學知識的萌芽。但古代工匠甚至沒有想到冶煉金屬是一種化學工作，也不認為這種工作與他一生的其他活動有什么不同。然而，新的發現一旦出現，立即就會加入文明技術進程，最終成為古代科學陶器的出現是應該算是化學知識萌芽的較早開端。但古代文明至今保存得最好的器物要算是金屬制品了。這種情況非常普遍，以致形成一種慣例：石器時代之后的人類發展時代，都用銅、青銅或鐵器等名稱表示。甚至連古代人也有類似的觀念，只不過他們通常認為文明在逐漸衰退，是從原始的黃金時代退化到了銅器和鐵器的時代。在巴比倫人那里，神祗和行星都分別和各種金屬聯系在一起。

考古學的發現表明，人類最早使用的，都是一些天然金屬。從埃及和美索不達米亞最古老的墓葬中，就發現了銅和金。盡管這些金屬可能是在許多不同地區各自被人發現和得到使用的，但由于各個民族甚至在有文字記載之前就已開辟了貿易通道，所以，各種金屬在文明國家間的輾轉運送，對古代世界的文明交流無疑起了頗為重要的作用。

繼天然的使用之后，接踵而來的巨大進步是發明了從礦石中提煉金屬的方法。史前時代定居于伊朗南部的蘇美爾人，大約很早以前就在這里發現了用木柴加熱來熔煉銅的方法。由于沒有設法將所有的礦石進行精選，所以在把銅礦石和錫礦石混合熔煉時，自然很快發現了青銅。青銅與銅相比，硬度高，熔點低，這使它一經發現，就得到廣泛的應用。除金屬外，古代人還使用過大量的其他化學物質。釉料在遠古時期就已配制成功，后來逐漸改進，成為真正的玻璃。青金石最初可能產于巴比倫，是一種貴重商品，經過自由轉運輸入埃及，埃及人把它視為金屬。巴比倫還制成了人造青金石，還有“埃及藍”，這是一種鈣和銅的混合硅酸鹽，在整個古代世界，甚至直到羅馬時代，都很馳名，當時的建筑師維持魯維斯就描述過它的制備方法。

（二）化學發展史

自從有了人類，化學便與人類結下了不解之緣。鉆木取火，用火燒煮食物，燒制陶器，冶煉青銅器和鐵器，都是化學技術的應用。正是這些應用，極大地促進了當時社會生產力的發展，成為人類進步的標志。今天，化學作為一門基礎學科，在科學技術和社會生活的方方面面正起著越來越大的作用。從古至今，伴隨著人類社會的進步，化學歷史的發展經歷了哪些時期呢？煉丹術和醫藥化學時期。從公元前1500年到公元1650年，煉丹術士和煉金術士們，在皇宮、在教堂、在自己的家里、在深山老林的煙熏火燎中，為求得長生不老的仙丹，為求得榮華富貴的黃金，開始了最早的化學實驗。記載、總結煉丹術的書籍，在中國、阿拉伯、埃及、希臘都有不少。這一時期積累了許多物質間的化學變化，為化學的進一步發展準備了豐富的素材。這是化學史上令我們驚嘆的雄渾的一幕。后來，煉丹術、煉金術幾經盛衰，使人們更多地看到了它荒唐的一面。化學方法轉而在醫藥和冶金方面得到了正當發揮。在歐洲文藝復興時期，出版了一些有關化學的書籍，第一次有了“化學”這個名詞。英語的chemistry起源于alchemy，即煉金術。chemist至今還保留著兩個相關的含義：化學家和藥劑師。這些可以說是化學脫胎于煉金術和制藥業的文化遺跡了。定量化學時期，既近代化學時期。

1775年前后，拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說，開創了定量化學時期。這一時期建立了不少化學基本定律，提出了原子學說，發現了元素周期律，發展了有機結構理論。所有這一切都為現代化學的發展奠定了堅實的基礎。

科學相互滲透時期，既現代化學時期。

二十世紀初，量子論的發展使化學和物理學有了共同的語言，解決了化學上許多懸而未決的問題；另一方面，化學又向生物學和地質學等學科滲透，使蛋白質、酶的結構問題得到逐步的解決。中國的化學史

中國的化學史當然也是毫不遜色的。大約５０００－１１０００年前，我們已會制作陶器，３０００多年前的商朝已有高度精美的青銅器，造紙、磁器、火藥更是化學史上的偉大發明。在十六、十七世紀時，中國算得上是世界最先進的國家。“化學”二字我國在１８５６年開始使用。最早出現在英國傳教士韋廉臣在1856年出版的《格物探原》一書中。

中國化學史上的“世界第一”

1.公元前100年中國發明造紙術。公元105年東漢蔡倫總結并推廣了紙技術，而歐洲人還在用羊皮抄書呢！

2.公元700--800年唐朝孫思邈在《伏硫磺法》中歸早記載了黑火藥的三組分（硝酸鉀、硫磺和木炭）。火藥于13世紀傳入阿拉伯，14世紀才傳入歐洲。

3.公元前200--后400年中國煉丹術興起。魏伯陽的《周易參同契》和葛洪的《抱撲子》記錄了汞、鉛、金、硫等元素和數十藥物的性狀與配制。公元750年中國煉丹太傳入阿拉伯。

4.公元800年唐朝茅華是世界上第一們發現氧氣的人。他比英國的普利斯特里（1774年）和瑞典的舍勒（1773年）氧氣約早1000年。

5.我國是"纖維之王"----蠶絲的故鄉。公元前2000年中國己經養蠶。公元200年養蠶技術傳入日本。

6.公元前600年中國已掌握冶鐵技術，比歐洲早1900多年。公元前200年，中國煉出了球墨鑄鐵，比英美領先2000年。

7.1000多年前中國就能煉鋅，早于歐洲400年。

8.公元前2000年中國已會熔鑄紅銅。公元前1700年中國已開始冶鑄青銅。公元900多年我國的膽水浸銅法是世界上最早的濕法冶金技術（置換法）。

9.1700多年前，中國已能煉鉛及銅鉛合金。

10.公元前8000--6000年中國已制造陶器。公元200年中國比較成熟地掌握了制瓷技術。

11.3000多年前我國已利用天然染料染色。

12.我國是世界上最早發現漆料和制作漆器的國家，約有7000年歷史。

13.公元前4000--3000年中國已會釀造酒。公元前1000年我國已掌握制曲技術，比歐洲的"淀粉發酵法"制造酒精早2000多年。

14.3000多年前，我們祖先發現石油。古書載"澤中有火"即指地下流出石油溢到水面而燃燒。宋朝沈括所著《夢溪筆談》第一次記載石油的用途，并預言："此物必大行于世"。

15.世界上最早開發和利用天然氣的是中國的四川省邛和陜西省鴻門兩地。

16.我國祖先很早冰肝使用木炭和石炭（又叫黑炭，即煤），而歐洲人16世紀才開始利用煤。

17.1939年，中國化工專家侯德榜提出"聯合制堿法"，1939年侯德榜完成了世界上第一部純堿工業專著《制堿》。

18.1965年，我國在世界上第一個用人工的方法合成活性蛋白質--結晶牛胰島素。(由于署名原因，諾貝爾化學獎與國人擦肩而過)

19.七十年代，中國獨創無氰電鍍新工藝取代有毒的氰法電鍍，是世界電鍍史上的創舉。

20.1977年我國在山東發現了迄今為止的世界上最大的金剛石--常林鉆石。

21.全世界海鹽產量5000萬噸，其中我國生產1300多萬噸，居世界第一。早在3000多年前，我國就采用海水煮鹽了，是世界上制鹽最早的國家。

22.世界上已知的140多種有用礦，我國都有。是世界上冶煉礦產最早的國家。

二、化學與醫學的關系16世紀就提出制造藥物來醫治疾病1800年，Davy發現了N2O的麻醉作用后來有更多更好的麻醉藥被應用于臨床1932年，Domagk發現一種偶氮胺染料可以治療細菌性敗血癥此后，制備了許多新型的磺胺藥物，開創了今天的抗生素領域

現代醫學于化學的關系更加密切。（1）體內許多生理、病理現象，如消化、呼吸、排泄等都包含復雜的化學變化。人體的基本營養物質糖、脂肪、蛋白質、無機鹽等的代謝同樣也遵循化學的基本原理和規律。（2）在疾病診斷、治療過程中，需要進行化驗和用藥，如測定血、尿等生物標本中某些成分的含量，所用藥物講究其結構、化學性質、純度等對藥理作用、毒副作用的影響以及藥物間的配伍。（3）在衛生監督、疾病預防等方面，如飲水分析、食品檢驗、環境監測等都需要化學。

隨著科技的進步，現代醫學已經逐漸發展到了分子層次，化學的研究成果對此起了重要的推動作用。（一）物質的變化和性質

1．物質的變化：物理變化：沒有生成其他物質的變化。化學變化：生成了其他物質的變化。化學變化和物理變化常常同時發生。物質發生化學變化時一定伴隨物理變化；而發生物理變化，不一定同時發生化學變化。物質的三態變化（固、液、氣）是物理變化。物質發生物理變化時只是分子間的間隔發生變化，而分子本身沒有發生變化；發生化學變化時，分子被破壞，分子本身發生變化。化學變化的特征：生成了其他物質的變化。2．物質的性質(描述性質的語句中常有“能……”“可以……”等字)物理性質:顏色、狀態、氣味、熔點、沸點、硬度、密度、溶解性。化學性質:通過化學變化表現出的性質。如還原性、氧化性、酸性、堿性、可燃性、熱穩定性。元素的化學性質跟原子的最外層電子數關系最密切。原子的最外層電子數決定元素的化學性質。（二）物質的分類物質種類：混合物、純凈物純凈物：單質、化合物單質：金屬單質、非金屬單質、稀有氣體化合物：無機物、有機物無機物：氧化物、酸、堿、鹽（氧化物：酸性、堿性、其他）有機物：如酒精C2H5OH（三）分子、原子、離子、元素和化學式元素：具有相同核電荷數（即核內質子數）的一類原子總稱元素。原子的核電荷數(即核內質子數)決定原子或離子的元素種類。①大部分單個的元素符號表示：一種元素、該元素的一個原子、一種單質但HNOCl等符號不能表示單質，它們的單質是：H2N2O2Cl2②地殼中元素按質量分數由多至少前四位是：O氧Si硅Al鋁Fe鐵。鋁是地殼中含量最多的金屬元素。③化學的“語法”:“某分子”由“某原子構成”“某物質”由“某元素組成”或“某某分子構成”（金屬單質、稀有氣體講由某原子直接構成）例：水由氫元素和氧元素組成，水由水分子構成。1個水分子由2個氫原子和1個氧原子構成

元素、物質都是宏觀概念，只表示種類，不表示個數。不能說“水是由二個氫元素和一個氧元素組成”④具有相同核電荷數的粒子不一定是同種元素，下列粒子有相同的核電荷數：

⑴H２和He⑵CO、N２和Si⑶O２、S和S2-⑷OH－和F－分子：分子是保持物質化學性質的最小粒子。分子由原子構成，例：１個水分子由２個氫原子和１個氧原子構成

原子：原子是化學變化中的最小粒子。（注意：原子不是構成物質的最小粒子。）原子的的構成：原子由核外帶負電的電子和帶正電的原子核構成，原子核由帶電的質子

和不帶電的中子構成。在不顯電性的粒子里：

核電荷數＝質子數＝核外電子數注意：原子不是構成物質的最小粒子。原子只是化學變化中的最小粒子；普通氫原子核中只有質子無中子，氫原子的原子核就是一個質子。分子和原子的區別：在化學變化中分子可分為更小的粒子---原子，原子不能再分。物質發生物理變化時只是分子間的間隔發生變化，而分子本身沒有發生變化；發生化學變化時，分子被破壞，分子本身發生變化。在一切化學反應中，反應前后元素的種類、原子的種類、原子的數目和原子的質量都不變。原子團：由兩種或兩種以上元素的原子構成，在化學反應中通常以整體參加反應的原子集團常見的原子團：SO42-CO32-NO3-

OH-MnO4--

MnO42--

ClO3--

PO43-HCO3--

NH4+

碳酸氫根（HCO3-）硫酸氫根（HSO4-）磷酸氫根（HPO42-）磷酸