無機化學的發展簡史
作者:訪客發布時間:2021-08-28分類:石油化工瀏覽:86
原始人類即能辨別自然界存在的無機物質的性質而加以利用,后來偶然發現自然物質能變化成性質不同的新物質,于是加以仿效,這就是古代化學工藝的開始。
如至少在公元前6000年,中國原始人即知燒粘土制陶器,并逐漸發展為彩陶、白陶,釉陶和瓷器。公元前5000年左右,人類發現天然銅性質堅韌,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,經過反復觀察和試驗,終于掌握以木炭還原銅礦石的煉銅技術。以后又陸續掌握煉錫、煉鋅、煉鎳等技術。中國在春秋戰國時代即掌握了從鐵礦冶鐵和由鐵煉鋼的技術,公元前2世紀中國發現鐵能與銅化合物溶液反應產生銅,這個反應成為后來生產銅的方法之一,此法也叫“濕法煉銅”。
化合物方面,在公元前17世紀的殷商時代即知食鹽(氯化鈉)是調味品,苦鹽(硫酸鎂)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。明朝宋應星在1637年刊行的《天工開物》中詳細記述了中國古代手工業技術,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過程。由此可見,在化學科學建立前,人類已掌握了大量無機化學的知識和技術。
古代的煉丹術是化學科學的先驅,煉丹術就是企圖將丹砂(硫化汞)之類藥劑變成黃金,并煉制出長生不老之丹的方術。中國金丹術始于公元前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的書,約在360年有葛洪著的《抱樸子》,這兩該書記載了60多種無機物和它們的許多變化。約在公元8世紀,歐洲金丹術興起,后來歐洲的金丹術逐漸演進為近代的化學科學,而中國的金丹術則未能進一步演進。
金丹家關于無機物變化的知識主要從實驗中得來。他們設計制造了加熱爐、反應室、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,卻成為化學科學的前驅。
由于最初化學所研究的多為無機物,所以近代無機化學的建立就標志著近代化學的創始。建立近代化學貢獻最大的化學家有三人,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。他從實驗結果闡述了元素和化合物的區別,提出元素是一種不能分出其他物質的物質。這些新概念和新觀點,把化學這門科學的研究引上了正確的路線,對建立近代化學作出了卓越的貢獻。
拉瓦錫采用天平作為研究物質變化的重要工具,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上,于1774年提出質量守恒定律,即在化學變化中,物質的質量不變。1789年,在他所著的《化學概要》中,提出第一個化學元素分類表和新的化學命名法,并運用正確的定量觀點,敘述當時的化學知識,從而奠定了近代化學的基礎。由于拉瓦錫的提倡,天平開始普遍應用于化合物組成和變化的研究。
1799年,法國化學家普魯斯特歸納化合物組成測定的結果,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。結合質量守恒定律,1803年道爾頓提出原子學說,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比。這個推論得到定量實驗結果的充分印證。原子學說建立后,化學這門科學開始宣告成立。
19世紀30年代,已知的元素已達60多種,俄國化學家門捷列夫研究了這些元素的性質,在1869年提出元素周期律:元素的性質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元素的自然系統分類。元素周期表就是根據周期律將化學元素按周期和族類排列的,周期律對于無機化學的研究、應用起了極為重要的作用。
自然界已有的元素共109種,其中94種存在于自然界,15種是人造的。代表化學元素的符號大都是拉丁文名稱的縮寫。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。
周期律對化學的發展起著重大的推動作用。根據周期律,門捷列夫曾預言當時尚未發現的元素的存在和性質。周期律還指導了對元素及其化合物性質的系統研究,成為現代物質結構理論發展的基礎。系統無機化學一般就是指按周期分類對元素及其化合物的性質、結構及其反應所進行的敘述和討論。
19世紀末的一系列發現,開創了現代無機化學;1895年倫琴發現X射線;1896年貝克勒爾發現鈾的放射性;1897年湯姆遜發現電子;1898年,居里夫婦發現釙和鐳的放射性。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構模型,改變了道爾頓原子學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構等問題。1924年,德布羅意提出電子等物質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,海特勒和倫敦應用量子力學處理氫分子,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,從而提出了化學鍵的現代觀點。
此后,經過幾方面的工作,發展成為化學鍵的價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論。這三個基本理論是現代無機化學的理論基礎。
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