我想了解化学请把化学的发展和发现写上先提前

作者: 新闻动态  发布:2020-01-26

  在几百万年以前,人类过着极其简单的原始生活,靠狩猎为生,吃的是生肉和野果。根据考古学家的考证,至少在距今50万年以前,可以找到人类用火的证据,即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。

  有了火,原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康,智力也有所发展,提高了生存能力。

  后来,人们又学会了摩擦生火和钻木取火,这样,火就可以随身携带了。于是,人们不再是火种的看管者,而成了能够驾驭火的造火者。

  火是人类用来发明工具和创造财富的武器,利用火能够产生各种各样化学反应这个特点,人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广阔的生产、生活天地。

  陶器是什么时候产生的,已很难考证。对陶器的由来,说法不一,有人推测:人类最原始的生活用容器是用树枝编成的,为了使它耐火和致密无缝,往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中,偶尔会被火烧着,其中的树枝都被烧掉了,但粘土不会着火,不但仍旧保留下来,而且变得更坚硬,比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地将粘土捣碎。用水调和,揉捏到很软的程度,再塑造成各种形状,放在太阳光底下晒干,东莞uv涂料最后架在篝火上烧制成最初的陶器。

  大约距今1万年以前,中国开始出现烧制陶器的窑,成为最早生产陶器的国家。陶器的发明,在制造技术上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质,使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义,而且有新的经济意义。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法。陶制的纺轮、陶刀、陶锉等工具也在生产中发挥了重要的作用;同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。

  在新石器时代后期,人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限,于是,产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿,约公元前3800年,伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热,得到了金属铜。纯铜的质地比较软,用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后,便出现了青铜器。

  到了公元前3O00年~公元前2500年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡和铅两种金属。往纯铜中掺入锡,可使铜的熔点降低到800℃左右,这样一来,铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅),它的硬度高,适合制造生产工具。青铜做的兵器,硬而锋利,青铜做的生产工具也远比红铜好,还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就,如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器,是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟,称得上古代在音乐上的伟大创造。因此,青铜器的出现,推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一步。

  世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度,中国在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁,木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁镈(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物,当然也用于制造兵器。到了公元前8世纪~公元前7世纪,欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬,炼铁的原料也远比铜矿丰富,在绝大部分地方,铁器代替了青铜器。

  黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢?这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫黄、硝石和木炭。木炭是黑色的,因此,制成的火药也是黑色的,叫黑火药。火药的性质是容易着火,因此可以和火联系起来,但是这个“药”字又怎样理解呢?原来,硫磺和硝石在古代都是治病用的药,因此,黑火药便可理解为黑色的会着火的药。

  火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关,炼丹的目的是寻求长生不老的药,在炼丹的原料中,就有硫磺和硝石,炼丹的方法是把硫黄和硝石放在炼丹炉中,长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中,曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象,经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。

  黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系,一直被用在军事上。古代人打仗,近距离时用刀枪,远距离时用弓箭。有了黑火药以后,从宋朝开始,便出现了各种新式武器,例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种,用火将药线点着,把火药包抛出去,利用燃烧和爆炸杀伤对方。

  大约在公元8世纪,中国的炼丹术传到了阿拉伯,火药的配制方法也传了过去,后来又传到了欧洲。这样,中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。

  纸是人类保存知识和传播文化的工具,是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前,中国古代传播文字的方法主要有:在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字,即所谓的甲骨文;甲骨数量有限,后来改在竹简或木简上刻字。可是,孔子写的《论语》所用的竹简之多,份量之重是可想而知的;另外,用丝织成帛,也可以用来写字,但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸,一直流传到今天。

  1957年5月,中国考古工作者在陕西省西安市灞桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由纤维制造,其年代不会晚于汉武帝(公元前156年~公元前87年),这是现存的世界上最早的植物纤维纸。

  提起纸的发明,人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重,便总结了前人造纸的经验,带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料,先把它们剪碎或切断,放在水里长时间浸泡,再捣烂成为浆状物,然后在席子上摊成薄片,放在太阳底下晒干,便制成了纸。它质薄体轻,适合写字,很受欢迎。

  造纸是一个极其复杂的化学工艺,它是广大劳动人民智慧的产物。实际上,蔡伦之前已经有纸了,因此,蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。

  当封建社会发展到一定的阶段,生产力有了较大提高的时候,统治阶级对物质享受的要求也越来越高,皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望:第一是希望掌握更多的财富,供他们享乐;第二,当他们有了巨大的财富以后,总希望永远享用下去。于是,便有了长生不老的愿望。例如,秦始皇统一中国以后,便迫不及待地寻求长生不老药,不但让徐福等人出海寻找,还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。

  炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银),他们认为,可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金,然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是,在合金表面便形成了一层硫化锡,它的颜色酷似黄金(现在,金黄色的硫比锡被称为金粉,可用做古建筑等的金色涂料)。这样,炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上,这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法,是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。

  虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到,但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中,应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训,甚至总结出一些化学反应的现律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出:“丹砂(硫化汞)烧之成水银,积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(变成)丹砂;”这是一种化学变化规律的总结,即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。

  炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验,必定需要大批实验器具,于是,他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要,制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药,其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来,他们还创造了许多技术名词,写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作,开挖了化学这门科学的先河。

  从这些史实可见,炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的,后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们,应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此,在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近,其真正的含义是“化学源于炼金术”。

  世界是由物质构成的,但是,物质又是由什么组成的呢?最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140年),他认为:“易有太极,易生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。

  约公元前1400年,西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的泰立斯认为水是万物之母;黑拉克里特斯认为,万物是由火生成的;亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时,以四种“原性”作为自然界最原始的性质,它们是热、冷、干、湿,把它们成对地组合起来,便形成了四种“元素”,即火、气、水、土,然后构成了各种物质。

  上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上,是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出:“元素是构成物质的基本,它可以与其他元素相结合,形成化合物。但是,如果把元素从化合物中分离出来以后,它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”

  波义耳还主张,不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺,而应把它看成一门科学。因此,波义耳被认为是将化学确立为科学的人。

  人类对物质结构的认识是永无止境的,物质是由元素构成的,那么,元素又是由什么构成的呢?1803年,英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。

  原子学说的主要内容有三点:1.一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成,这种微粒称为原子;2.同一种元素的原子的性质和质量都相同,不同元素的原子的性质和质量不同;3.一定数目的两种不同元素化合以后,便形成化合物。

  原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿伏加德罗又于1811年提出了分子学说,进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为,许多物质往往不是以原子的形式存在,而是以分子的形式存在,例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子,而化合物实际上都是分子。从此以后,化学由宏观进入到微观的层次,使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。

  19世纪末,物理学上出现了三大发现,即X射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。

  热力学等物理学理论引入化学以后,利用化学平衡和反应速率的概念,可以判断化学反应中物质转化的方向和条件,从而开始建立了物理化学,把化学从理论上提高到了一个新的水平。

  在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论,使人类进一步了解了分子结构与性能的关系,大大地促进了化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。

  化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题,用化学的知识来分析和解决社会问题,例如能源危机、粮食问题、环境污染等。

  化学与其他学科的相互交叉与渗透,产生了很多边缘学科,如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等,使得生物、电子、航天、激光、东莞uv涂料地质、海洋等科学技术迅猛发展。

  化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证,在改善人民生活,提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。

  现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上,发展成为多分支学科的科学,开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手,为全人类创造今日之大厦、明日之环宇

  瑞典皇家科学院10月5日宣布,将2005年诺贝尔化学奖授予三位有机化学家——法国学者伊夫·肖万(Yves Chauvin)和美国学者理查德·施罗克(Richard R.Schroch)、罗伯特·格拉布(Robert H.Grubbs),以表彰他们在烯烃复分解反应研究方面做出的贡献。烯烃复分解反应是有机化学中最重要也是最有用的反应之一,在当今世界已被广泛应用于化学工业,尤其是在制药业和塑料工业中。

  肖万生于1930年,从事有机物合成转换方面的研究长达30年之久,目前在法国石油研究所担任名誉所长的职务。

  施罗克1945年出生于美国印第安纳州伯尔尼市,1977年毕业于美国加利福尼亚大学河滨分校,1971年在哈佛大学取得博士学位,曾在英国剑桥大学从事一年博士后研究。他1975年起在麻省理工学院任教,1980年成为该学院化学系教授,迄今已发表400多篇学术论文。

  格拉布1942年出生于美国肯塔基州凯尔弗特市,1965年在美国佛罗里达大学化学系获硕士学位,1968年获哥伦比亚大学博士学位。他于 1969~1978年在密歇根州立大学担任助理教授、副教授,1978年起在加州理工学院担任化学系教授至今。格拉布自大学毕业起就在美国《全国科学院学报》和《美国化学学会杂志》等权威刊物上发表许多篇论文。

  碳(C12)是地球生命的核心元素,地球上的所有有机物质都含有它。碳元素通常以单质、化合物和晶体态即“富勒烯”(巴基球)的形式存在。碳原子能以不同的方式与多种原子连接,形成小到几个原子、大到上百万个原子的分子。这种独特的多样性奠定了生命的基础,它也是与人类生命密切相关的学科——有机化学的核心。

  地球上的所有生命都是以这些碳化合物为基础形成的。原子之间的联系称为键,一个碳原子可以通过单键、双键或三键方式与其他原子连接。碳原子可形成长的键条和链环,将氢和氧等原子缠绕固定在一起,形成双原子化学分子,又称为双重束缚。有着碳-碳双键的链状有机分子称为烯烃。在烯烃分子里,两个碳原子就像双人舞的舞伴一样,拉着双手在跳舞。今年诺贝尔化学奖的三位获得者,获奖的原因就是他们弄清了如何指挥烯烃分子交换“舞伴”,将分子部件重新组合成别的性能更优的物质。这个比喻在英文即为“换位”(matathesis)。在换位反应中,双原子分子可以在碳原子的作用下断裂,从而使原来的原子组改变位置。然而,换位过程需要靠某些特殊化学催化剂的帮助才能完成。这种换位合成法就是烯烃复分解反应,被诺贝尔化学奖评委会主席佩尔·阿尔伯格幽默地比喻为“交换舞伴的舞蹈”。这位主席在宣布化学奖获得者仪式上亲自走向讲台,邀请身边的皇家科学院的两位男教授和两位女工作人员一起,在会场中央为大家表演了烯烃复分解反应的含义。最初两位男士是一对舞伴,两位女士是一对舞伴,在“加催化剂”的喊声中,他们交叉换位,转换为两对男女舞伴。这种对 “有机合成中复分解方法” 的形象解读,引起了在场人士的惬意笑声。

  化学反应有四种基本类型:化合、分解、置换、复分解。复分解反应就是两种化合物互相交换成分而生成另外两种化学物的反应。以词义来看,“复分解”即指“易位”。复分解反应中,借助特殊的催化剂,碳原子形成的旧的束缚不断被打破,新的束缚不断形成,各种元素易位,重新组合,从而形成新的有机物。因此,复分解反应可以被看作一场交换舞伴的舞蹈。

  化学键的断裂与形成是化学研究领域中最基本的问题,研究碳-碳键断裂与形成的规律是有机化学中需要解决的核心问题之一,而三位获奖者正是在这个最基本的、核心的方面做出了贡献。

  20世纪50年代,人们首次发现,在金属化合物的催化作用下,烯烃里的碳-碳双键会被拆散、重组,形成新的分子,这种过程被命名为烯烃复分解反应。然而,当时没有人知道这种金属催化剂的分子结构,也不知道它是怎样起作用的。为了破译这个对人类生活有重大价值和用途的化学之谜,人们提出了许多假说,但大多没有被世界化学界所认同。

  1970年,法国学者伊夫·肖万破译了这个人类的“有机化学之谜”。斯年,肖万和他的学生历经多年的艰苦攻研发表了一篇论文,阐明了复分解即换位反应的原理和反应中所需的金属复合物催化剂,提出烯烃复分解反应中催化剂应当是金属卡宾。卡宾为英文Carbon 译音,即“碳”的译文。肖万的论文还详细解释了催化剂担当中间人、帮助烯烃分子“交换舞伴”的过程。斯时,这位有机化学大师开出了换位合成法的“处方”,为开发实际应用的催化剂奠定了理论基础并指明了研究方向。

  金属卡宾是指一类有机分子,其中一个碳原子与一个金属原子以双键相连接,它们可以看作一对拉着双手的舞伴。在与烯烃分子相遇后,两对舞伴会暂时组合起来,手拉手跳起四人舞蹈。随后它们“交换舞伴”,组合成两个新分子,其中一个是新的烯烃分子,另一个是金属原子和它的新舞伴。后者继续寻找下一个烯烃分子,再次“交换舞伴”。

  这个理论提出后,越来越多的化学家意识到,烯烃复分解反应在有机合成方面有着巨大的应用前景,但对催化剂的要求很高,找寻及开发绝非易事。到底含有什么金属元素的卡宾化合物最理想呢?在开发实用的催化剂方面,做出最大贡献的是2005年的另两位诺贝尔化学奖获得者。

  1990年,理查德·施罗克成为世界上第一个生产出可有效用于换位合成法中的金属化合物催化剂的科学家。斯年,施罗克和他的合作者报告说,金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。这个成果显示,烯烃复分解法可以取代许多传统的有机合成方法,并用于合成新型的有机分子。

  1992年,罗伯特·格拉布发现了金属钌的卡宾化合物也能作为换位合成法中的金属化合物催化剂,这种催化剂在空气中很稳定,因此在实际生活中有多种用途。此后,格拉布又对钌催化剂作了改进,使这种“格拉布催化剂”成为第一种化学工业普遍使用的烯烃复分解催化剂,并成为检验新型催化剂性能的标准。

  诺贝尔化学奖评委会在授予这三位科学家诺贝尔化学奖的文告中肯言道:烯烃复分解反应即换位合成法是“研究碳原子之间的化学联系是如何建立和分解的,是一种产生化学反应的关键方法。简言之,是在有机合成复分解方面的发现,即阐明化学键在碳原子间是如何形成的,使他们最终戴上了2005年诺贝尔化学奖的桂冠。

  诺贝尔化学奖评委会文告中称:换位合成法的发现,将为化学工业制造出更多新型的化学分子提供千载难逢的机会,例如可以制造出更多的新型药物。只要我们能够想到,没有哪一种新的化学分子是不可以制造出来的。

  文告中又称:获奖者所发现的复分解方法已被广泛应用于化学工业,特别是生物制药和生化领域,对最终攻克艾滋病等疾病也会有很大帮助。瑞典皇家科学院认为:烯烃复分解反应是寻找治疗人类主要疾病药物的重要武器;获奖者的发现为研制治疗老年痴呆病、唐氏综合症、艾滋病和癌症的药品奠定了基础。

  烯烃复分解反应是非常有用的化学反应,在天然反应的纯合成、高分子化学以及多肽蛋白质的合成等方面都有广泛的用途。以获奖者的发现为基础,近年来学术界和工业界掀起了研究烯烃复分解反应、设计合成新型有机物质的热潮。他们的研究成果在生产、生活领域有着极其广泛的实际应用,并推动了有机化学和高分子化学的发展,每天都在惠及人类。

  诺贝尔化学奖评委会主席阿尔伯格赞颂道:本次评奖结果再次表明,科学理论只有同工业结合,创造出改变人类生活、提高生命质量的发明和创造后,才能成为有利于人类的科学理论。本次化学奖获得者对化学工业、制药工业、合成先进塑料材料以及未来“绿色医学”的发展都起着革命性的推动作用。

  “绿色、高效”概括了2005年诺贝尔化学奖成就的特点。换位合成法在化学工业中每天都在应用,主要用于研制新型药物和合成先进的塑料材料。在三名获奖者的努力下,换位合成法变得更加有效,反应步骤比以前简化了,不仅大大提高了化工生产中的产量和效率,还使所需要的资源也大大减少,材料浪费也少多了,所产生的主要副产品乙烯还可以再利用;使用起来更加简单,只需要在正常温度和压力下就可以完成;可以用更加智能的方法清除潜在的有害废物,从而对环境的污染也大大降低了。有鉴于此,诺贝尔委员会赞言道:换位合成法使人们向着绿色化学迈出了重要的一步,大大减少了有害废物对人们的危害。瑞典皇家科学院称颂道:这是重要基础科学造福于人类、社会和环境的例证

  世界有很多材料组成,有些有生命,有些没有。甚至,物质可以从一种化学结构到另一种化学构造,为了解释这个,早期哲学家声称自然是物质为基础构成的。Democritus(460-370bc)和其他早期希腊哲学家认为物质世界一定是有很小的不可分割的粒子组成(atomos)之后,Plato 和Aristotle列出公式说明不会有不可分割的粒子。这个影响了7世纪的欧洲。Isaac Newtong,比较偏向原子假设,但是那时很难联想到化学键。随着科学家不断深入研究各种化学反应,渐渐衍生出来了“原子学说(原子理论)”,由英国一所学校老师John Dalton在1803-1807研究出来的。(根据大量的观察)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。然后就是一系列的试验,科学家发现了电子,中子,质子。

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