有關(guān)化學(xué)學(xué)科的形成歷史

【專(zhuān)家解說(shuō)】：化學(xué) 化學(xué)（chemistry）是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以及變化規(guī)律的科學(xué)。世界是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類(lèi)用以認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一，它是一門(mén)歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會(huì)文明的重要標(biāo)志。 化學(xué)的萌芽 古時(shí)候，原始人類(lèi)為了他們的生存，在與自然界的種種災(zāi)難進(jìn)行抗?fàn)幹校l(fā)現(xiàn)和利用了火。原始人類(lèi)從用火之時(shí)開(kāi)始，由野蠻進(jìn)入文明，同時(shí)也就開(kāi)始了用化學(xué)方法認(rèn)識(shí)和改造天然物質(zhì)。燃燒就是一種化學(xué)現(xiàn)象。（火的發(fā)現(xiàn)和利用，改善了人類(lèi)生存的條件，并使人類(lèi)變得聰明而強(qiáng)大。）掌握了火以后，人類(lèi)開(kāi)始食用熟食；繼而人類(lèi)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些物質(zhì)的變化，如發(fā)現(xiàn)在翠綠色的孔雀石等銅礦石上面燃燒炭火，會(huì)有紅色的銅生成。這樣，人類(lèi)在逐步了解和利用這些物質(zhì)的變化的過(guò)程中，制得了對(duì)人類(lèi)具有使用價(jià)值的產(chǎn)品。人類(lèi)逐步學(xué)會(huì)了制陶、冶煉；以后又懂得了釀造、染色等等。這些有天然物質(zhì)加工改造而成的制品，成為古代文明的標(biāo)志。在這些生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學(xué)知識(shí)。 　　 古人曾根據(jù)物質(zhì)的某些性質(zhì)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，并企圖追溯其本原及其變化規(guī)律。公元前4世紀(jì)或更早，中國(guó)提出了陰陽(yáng)五行學(xué)說(shuō)，認(rèn)為萬(wàn)物是由金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)組合而成的，而五行則是由陰陽(yáng)二氣相互作用而成的。此說(shuō)法是樸素的唯物主義自然觀，用“陰陽(yáng)”這個(gè)概念來(lái)解釋自然界兩種對(duì)立和相互消長(zhǎng)的物質(zhì)勢(shì)力，認(rèn)為二者的相互作用是一切自然現(xiàn)象變化的根源。此說(shuō)為中國(guó)煉丹術(shù)的理論基礎(chǔ)之一。 　　 公元前4世紀(jì)，希臘也提出了與五行學(xué)說(shuō)類(lèi)似的火、風(fēng)、土、水四元素說(shuō)和古代原子論。這些樸素的元素思想，即為物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其變化理論的萌芽。后來(lái)在中國(guó)出現(xiàn)了煉丹術(shù)，到了公元前2世紀(jì)的秦漢時(shí)代，煉丹術(shù)已頗為盛行，大致在公元7世紀(jì)傳到阿拉伯國(guó)家，與古希臘哲學(xué)相融合而形成阿拉伯煉丹術(shù)，阿拉伯煉丹術(shù)于中世紀(jì)傳入歐洲，形成歐洲煉金術(shù)，后逐步演進(jìn)為近代的化學(xué)。 　　 煉丹術(shù)的指導(dǎo)思想是深信物質(zhì)能轉(zhuǎn)化，試圖在煉丹爐中人工合成金銀或修煉長(zhǎng)生不老之藥。他們有目的的將各類(lèi)物質(zhì)搭配燒煉，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為此涉及了研究物質(zhì)變化用的各類(lèi)器皿，如升華器、蒸餾器、研缽等，也創(chuàng)造了各種實(shí)驗(yàn)方法，如研磨、混合、溶解、潔凈、灼燒、熔融、升華、密封等。 　　 與此同時(shí)，進(jìn)一步分類(lèi)研究了各種物質(zhì)的性質(zhì)，特別是相互反應(yīng)的性能。這些都為近代化學(xué)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，許多器具和方法經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，仍然在今天的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中沿用。煉丹家在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)明了火藥，發(fā)現(xiàn)了若干元素，制成了某些合金，還制出和提純了許多化合物，這些成果我們至今仍在利用。編輯本段化學(xué)的飛躍和化學(xué)學(xué)科的形成 　　16世紀(jì)開(kāi)始，歐洲工業(yè)生產(chǎn)蓬勃興起，推動(dòng)了醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展，使煉金術(shù)轉(zhuǎn)向生活和實(shí)際應(yīng)用，繼而更加注意物質(zhì)化學(xué)變化本身的研究。在元素的科學(xué)概念建立后，通過(guò)對(duì)燃燒現(xiàn)象的精密實(shí)驗(yàn)研究，建立了科學(xué)的氧化理論和質(zhì)量守恒定律，隨后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，為化學(xué)進(jìn)一步科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 　 　1775年前后，拉瓦錫用定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)闡述了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)，開(kāi)創(chuàng)了定量化學(xué)時(shí)期，使化學(xué)沿著正確的軌道發(fā)展。19世紀(jì)初，英國(guó)化學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說(shuō)，突出地強(qiáng)調(diào)了各種元素的原子的質(zhì)量為其最基本的特征，其中量的概念的引入，是與古代原子論的一個(gè)主要區(qū)別。近代原子論使當(dāng)時(shí)的化學(xué)知識(shí)和理論得到了合理的解釋?zhuān)蔀檎f(shuō)明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。接著意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出分子概念。自從用原子-分子論來(lái)研究化學(xué)，化學(xué)才真正被確立為一門(mén)科學(xué)。這一時(shí)期，建立了不少化學(xué)基本定律。俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，德國(guó)化學(xué)家李比希和維勒發(fā)展了有機(jī)結(jié)構(gòu)理論，這些都使化學(xué)成為一門(mén)系統(tǒng)的科學(xué)，也為現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 　　 通過(guò)對(duì)礦物的分析，發(fā)現(xiàn)了許多新元素，加上對(duì)原子分子學(xué)說(shuō)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)典性的化學(xué)分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價(jià)概念的產(chǎn)生、苯的六環(huán)結(jié)構(gòu)和碳價(jià)鍵四面體等學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立、酒石酸拆分成旋光異構(gòu)體，以及分子的不對(duì)稱(chēng)性等等的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立，使人們對(duì)分子本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更加深入，并奠定了有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)。 　　 19世紀(jì)下半葉，熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)之后，不僅澄清了化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的概念，而且可以定量地判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的誕生，把化學(xué)從理論上提高到一個(gè)新的水平。 　　 二十世紀(jì)的化學(xué)是一門(mén)建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴(lài)、彼此促進(jìn)的兩個(gè)方面。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于受到自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測(cè)試等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。 　　 近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學(xué)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。19世紀(jì)末，電子、X射線(xiàn)和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)在20世紀(jì)的重大進(jìn)展創(chuàng)造了條件。 　　在結(jié)構(gòu)化學(xué)方面，由于電子的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始并確立的現(xiàn)代的有核原子模型，不僅豐富和深化了對(duì)元素周期表的認(rèn)識(shí)，而且發(fā)展了分子理論。應(yīng)用量子力學(xué)研究分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了量子化學(xué)。 　 　從氫分子結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)始，逐步揭示了化學(xué)鍵的本質(zhì)，先后創(chuàng)立了價(jià)鍵理論、分子軌道理論和佩位場(chǎng)理論。化學(xué)反應(yīng)理論也隨著深入到微觀境界。應(yīng)用X射線(xiàn)作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新分析手段，可以洞察物質(zhì)的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。測(cè)定化學(xué)立體結(jié)構(gòu)的衍射方法，有X射線(xiàn)衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線(xiàn)衍射法的應(yīng)用所積累的精密分子立體結(jié)構(gòu)信息最多。 　　 研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的譜學(xué)方法也由可見(jiàn)光譜、紫外光譜、紅外光譜擴(kuò)展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線(xiàn)共振光譜、穆斯堡爾譜等，與計(jì)算機(jī)聯(lián)用后，積累大量物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)的資料，正由經(jīng)驗(yàn)向理論發(fā)展。電子顯微鏡放大倍數(shù)不斷提高，人們以可直接觀察分子的結(jié)構(gòu)。 　　經(jīng)典的元素學(xué)說(shuō)由于放射性的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生深刻的變革。從放射性衰變理論的創(chuàng)立、同位素的發(fā)現(xiàn)到人工核反應(yīng)和核裂變的實(shí)現(xiàn)、氘的發(fā)現(xiàn)、中子和正電子及其它基本粒子的發(fā)現(xiàn)，不僅是人類(lèi)的認(rèn)識(shí)深入到亞原子層次，而且創(chuàng)立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法和理論；不僅實(shí)現(xiàn)了古代煉丹家轉(zhuǎn)變?cè)氐乃枷?，而且改變了人的宇宙觀。 　 　作為20世紀(jì)的時(shí)代標(biāo)志，人類(lèi)開(kāi)始掌握和使用核能。放射化學(xué)和核化學(xué)等分支學(xué)科相繼產(chǎn)生，并迅速發(fā)展；同位素地質(zhì)學(xué)、同位素宇宙化學(xué)等交叉學(xué)科接踵誕生。元素周期表擴(kuò)充了，以有109號(hào)元素，并且正在探索超重元素以驗(yàn)證元素“穩(wěn)定島假說(shuō)”。與現(xiàn)代宇宙學(xué)相依存的元素起源學(xué)說(shuō)和與演化學(xué)說(shuō)密切相關(guān)的核素年齡測(cè)定等工作，都在不斷補(bǔ)充和更新元素的觀念。 　 　在化學(xué)反應(yīng)理論方面，由于對(duì)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)的提高，經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的反應(yīng)理論以進(jìn)一步深化，在過(guò)渡態(tài)理論建立后，逐漸向微觀的反應(yīng)理論發(fā)展，用分子軌道理論研究微觀的反應(yīng)機(jī)理，并逐漸建立了分子軌道對(duì)稱(chēng)守恒定律和前線(xiàn)軌道理論。分子束、激光和等離子技術(shù)的應(yīng)用，使得對(duì)不穩(wěn)定化學(xué)物種的檢測(cè)和研究成為現(xiàn)實(shí)，從而化學(xué)動(dòng)力學(xué)已有可能從經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的宏觀動(dòng)力學(xué)深入到單個(gè)分子或原子水平的微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。 　　 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得分子、電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反映的量子化學(xué)計(jì)算、化學(xué)統(tǒng)計(jì)、化學(xué)模式識(shí)別，以及大規(guī)模術(shù)技的處理和綜合等方面，都得到較大的進(jìn)展，有的已經(jīng)逐步進(jìn)入化學(xué)教育之中。關(guān)于催化作用的研究，以提出了各種模型和理論，從無(wú)機(jī)催化進(jìn)入有機(jī)催化和僧物催化，開(kāi)始從分子微觀結(jié)構(gòu)和尺寸的角度核生物物理有機(jī)化學(xué)的角度，來(lái)研究酶類(lèi)的作用和酶類(lèi)的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系。 　 　分析方法和手段是化學(xué)研究的基本方法和手段。一方面，經(jīng)典的成分和組成分析方法仍在不斷改進(jìn)，分析靈敏度從常量發(fā)展到微量、超微量、痕量；另一方面，發(fā)展初許多新的分析方法，可深入到進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)象測(cè)定，同位素測(cè)定，各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測(cè)定，以及對(duì)短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測(cè)等。分離技術(shù)也不斷革新，離子交換、膜技術(shù)、色譜法等等。 　 　合成各種物質(zhì)，是化學(xué)研究的目的之一。在無(wú)機(jī)合成方面，首先合成的是氨。氨的合成不僅開(kāi)創(chuàng)了無(wú)機(jī)合成工業(yè)，而且?guī)?dòng)了催化化學(xué)，發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。后來(lái)相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料和二茂鐵等配位化合物。 　　在電子技術(shù)、核工業(yè)、航天技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的推動(dòng)下，各種超純物質(zhì)、新型化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術(shù)都得到了較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn)，需要對(duì)零族元素的化學(xué)性質(zhì)重新加以研究。無(wú)機(jī)化學(xué)在與有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機(jī)金屬化學(xué)、生物無(wú)機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)固體化學(xué)等新興學(xué)科。 　　 酚醛樹(shù)脂的合成，開(kāi)辟了高分子科學(xué)領(lǐng)域。20世紀(jì)30年代聚酰胺纖維的合成，使高分子的概念得到廣泛的確認(rèn)。后來(lái)，高分子的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究、應(yīng)用三方面保持互相配合和促進(jìn)，使高分子化學(xué)得以迅速發(fā)展。 　　 各種高分子材料合成和應(yīng)用，為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術(shù)，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能優(yōu)異而成本較低的重要材料，成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要標(biāo)志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學(xué)工業(yè)的重要支柱。 　　 20世紀(jì)是有機(jī)合成的黃金時(shí)代?；瘜W(xué)的分離手段和結(jié)構(gòu)分析方法已經(jīng)有了很大發(fā)展，許多天然有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)問(wèn)題紛紛獲得圓滿(mǎn)解決，還發(fā)現(xiàn)了許多新的重要的有機(jī)反應(yīng)和專(zhuān)一性有機(jī)試劑，在此基礎(chǔ)上，精細(xì)有機(jī)合成，特別是在不對(duì)稱(chēng)合成方面取得了很大進(jìn)展。 　　 一方面，合成了各種有特種結(jié)構(gòu)和特種性能的有機(jī)化合物；另一方面，合成了從不穩(wěn)定的自由基到有生物活性的蛋白質(zhì)、核酸等生命基礎(chǔ)物質(zhì)。有機(jī)化學(xué)家還合成了有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)化合物和有特效的藥物。這些成就對(duì)促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用；為合成有高度生物活性的物質(zhì)，并與其他學(xué)科協(xié)同解決有生命物質(zhì)的合成問(wèn)題及解決前生命物質(zhì)的化學(xué)問(wèn)題等，提供了有利的條件。 　　20世紀(jì)以來(lái)，化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)可以歸納為：由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩(wěn)定態(tài)向亞穩(wěn)定態(tài)發(fā)展，由經(jīng)驗(yàn)逐漸上升到理論，再用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和開(kāi)創(chuàng)新的研究。一方面，為生產(chǎn)和技術(shù)部門(mén)提供盡可能多的新物質(zhì)、新材料；另一方面，在與其它自然科學(xué)相互滲透的進(jìn)程中不斷產(chǎn)生新學(xué)科，并向探索生命科學(xué)和宇宙起源的方向發(fā)展。