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1、3.3 化 学,一、各种元素的发现,1、氢的发现 1766年，卡文迪许发表了人造气体一文，这篇论文纪录了卡文迪许对氢气的研究。文中指出，氢气是做为一种独特的物质存在的。并且他还用实验证明了氢能够燃烧。在化学的其他方面，卡文迪许也作出了重要的发现。他研究了二氧化碳的性质，指出由腐烂和发酵产生的气体，与大理石受酸作用而产生的气体是相同的。他还研究了空气的组成，用实验证明了空气中有惰性气体存在。他在化学方面最杰出的贡献是研究了水的组成，并证明了水是氢和氧的化合物，这一伟大发现在化学史上开辟了一个新纪元。,2、氧的发现,1774年普里斯特里发现氧元素。普里斯特里终生信奉燃素学说。在他的著作关于种种空气
2、的实验和观察第二卷中，他对氧气和空气的本质，解释说：普通空气在本质上是“硝酸和土以及燃素的化合物”。而脱燃素空气（指氧元素）是普通空气除掉大部分燃素的物质，也就是“硝酸与土和微量燃素的化合物”。,3、氦和氩的发现,1868年8月18日，英国天文学家罗克耶尔和法国天文学家詹森用分光镜分析日冕时，根据光谱线确定了一种人们从未发现的物质。他们认为这可能是一种特殊的天体物质，地球上没有，只在距我们1.5亿公里的太阳上才有。于是罗克耶尔决定用古希腊文“太阳”来给这种物质命名为“氦”。1894年8月13日，瑞利和拉姆塞在英国的科学城牛津向正在那里开会的学者们宣布了他们的新发现：发现了一种惰性气体。与会学者
3、都很吃惊，“在我们每天呼吸的空气中居然还有我们所未发现的气体”。这一发现，以主席马登（H.0.Madan）的提议，定名为氩（Argon），即“懒惰的气体”。,二、现代原子论的提出,1803年，化学家道尔顿提出：化学元素是由非常微小的，不可再分的微粒原子所组成。他的原子论为许多经验性的化学定律提供了清晰的理论解释，使人们认识到隐藏在纷纭复杂的化学现象背后的统一本质。道尔顿的原子论基本观点是： 化学元素由非常小的、不可再分、既不能创造也不能消灭的原子微粒所组成，在化学变化中保持不变。同种元素的原子其性质、重量相同，不同种则不同，原子以其重量为基本特征。 不同元素的原子按简单数目比相结合，就形成了化
4、合物；化合物是“复杂原子”，其重量等于原子的重量之和。 原子论在解释“复杂原子”时遇到了困难。,三、分子论的确立,1858年意大利化学家康尼查罗发表论文令人信服地指出，只要接受50年前阿伏伽德罗提出的分子假说，测定原子量、确定化学式的困难就可迎刃而解。这一思想迅速得到了各国化学家的赞同，现代原子分子论终于瓜熟蒂落。人们根据原子量，通过分析测试可以确定分子式，再按原子价和化学性质就可描绘出分子的结构式，并进而看出结构与性能之间的关系。但原子、分子是否真正存在的争论却一直持续到20世纪初。,四、揭开有机物之谜,1829年至1839年，李比希为奠定有机化学的基础作出了卓越贡献，主要有：研究成功简单而
5、又精确的有机化合物分析法；通过雷酸银和苯甲酰基的研究，跟维勒一起证实了同分异构现象和提出了基团学说。1839年至1852年，李比希从纯粹有机化学转向应用有机化学，广泛地开展了化学与农业和生理学的关系的研究。 1824年，年仅24岁的维勒用无机物氰和氨水合成了有机物尿素。给予有机物只能来源于有生命的动植物的神秘活力论以致命打击。随后人们又以无机物为原料合成了多种有机酸、油脂类、糖类，彻底地打破了无机物与有机物之间的绝对界限。,1858年，化学家凯库勒提出碳的四价学说，揭示了有机物的结构，并提出了苯的环状结构，解决了一大类芳香族有机化合物的分子结构的难题，为人工合成有机物打下理论基础，特别使染料的
6、合成有了理论指导。 费雪成功地解决了糖的结构以及在嘌呤衍生物、肽等方面的研究成果，1902年，在他50岁时荣获了诺贝尔化学奖。费雪获得诺贝尔奖以后，仍然不懈努力，并于1914年第一个合成核苷酸。,五、揭示化学元素周期率,19世纪上半叶，人们综合运用化学分析法、电解法、光谱分析法等手段，发现了大量的化学元素。到19世纪60年代，元素数目已增加到60多种。此期间，人们对化学元素分类也进行了多种尝试。 1829年，德国化学家提出了“三元素组”。1862年法国化学家又提出来著名的按元素原子量排列的“元素螺旋图”。1864年，英国化学家提出来一个以“原子量和元素符号”为标题的元素表。次年英国另一位化学家
7、得出著名的“元素八音律”。德国化学家迈尔1864年在出版的一本教材中发表了一张元素周期表。其中区分了主簇和副簇元素，以原子量和原子体积为坐标轴绘了一条曲线。,1869年，化学家门捷列夫通过对当时已知的63种化学元素的分析，机敏地发现了这些元素的性质与原子量的关系，提出了化学周期律。与迈尔不同，他依据这个规律，大胆预言了十几种未知元素的存在和它们的性质，后来被一一证实。,六、人物简介,1、伟大的诺贝尔简介 毫无疑问，诺贝尔是一个热爱和平的人。他曾说他希望把所有枪炮都送进地狱，他曾不止一次地表示：希望和平之花能像玫瑰花一样灿烂开放。他曾多次给国际和平组织捐款，为了更多地关注和平事业的发展，甚至专门
8、聘请和平顾问。那么，诺贝尔奖中设立和平奖，可以说是延续着诺贝尔未竟的和平之梦。 和平的敌人是战争，热爱和平的诺贝尔的一生却与军火结下了不解之缘。对诺贝尔而言，这是他终身都未能解脱的思想矛盾,人们都在议论诺贝尔为什么如此热爱和平事业。有人说，是为他发明和制造一系列新型炸药深表遗憾之举。从根本上来说，他对他所发明的那些可能导致更激烈、更残酷的战争的新型军火，也确实常常感到心灵不安。但就诺贝尔真诚的思想动机而言，他不断发明新型炸药，确实是为了把它用于修建铁路、开采矿山、开凿运河和建设电站这样一些和平事业，所以他的炸药产品主要是工程炸药。而且对于战争，诺贝尔因袭了他的父亲伊曼纽尔的立场：制造威力更大的
9、军火消灭战争。他曾对和平主义者伯莎说“我的工厂能比你们的会议更快地消灭战争。如果有一天，两方的军队能在一秒钟内彼此消灭，一切进步的国家都将恐怖地退出战争，裁减他们的军队。” 同时，他也认为像战争这样的问题主要是军政要人的事，他作为一个发明家无能为力。,就其根本原因来说，诺贝尔所以终生热爱和平事业，主要在于他所经历的人生体验和所受的文化影响。就他所经历的人生体验而言，他从小就是一个弱者，讨厌儿童间的一切争斗。就他所受的文化影响而言，他的母亲的和平主义思想，特别是雪莱的和平主义思想，可以说是他的和平之梦的最早的思想根基。当然，炸药的可怕后果以及与伯莎的友好交往，对于诺贝尔热爱和平事业肯定也产生过积
10、极的影响。,科学的纯粹与金钱,诺贝尔生前曾说他不喜欢经商，说他厌恶那些尔虞我诈的商务纠纷。他说与其进那些商务仲裁所，不如进他的技术实验室。尽管诺贝尔确实厌恶商务，然而他又确实成了一个富有的商人。诺贝尔一生的经历说明，他不仅是一个天才的科技发明家，特别是一个杰出的化工发明家，而且也是一个优秀的企业家。诺贝尔生前在各国创建的诺贝尔分公司，可以说是现代跨国公司的先驱。,没有家的世界首富,虽然在诺贝尔辉煌的年代，欧美国家还不时兴世界富翁排行榜这种做法，但当时若有这种排行榜，诺贝尔的资产肯定名列世界级富翁之首。 虽贵为世界首富，诺贝尔却被称为“最富有的流浪汉”，没有家的发明家。之所以这么叫主要有两重理由
11、：一是他没有妻室儿女这种家；二是他没有固定住所这种家。就有妻室儿女这重家的含义来说，诺贝尔终生都渴望能建立一个以爱情为基础的美满家庭，但他终生都未能如愿。,2、气体化学之父普里斯特里,普里斯特里22岁时从达文特里学院毕业，后来赴萨福克郡尼达姆镇就任副牧师职。他在那里热心工作了三年，但由于他的异端教义和口吃而不受欢迎，薪俸少，他的伯母也因反对侄子的异端，断绝了对他的经济帮助，生活很贫困。后来在亲戚的帮助下，于1758年转到契耶夏郡南特维奇镇的小教堂任牧师职。在那里业余办了私塾，教了30多名儿童，夜间还担任家庭教师，经济上开始充裕起来，但这也耽误了他的自学。他在繁忙中常挤出时间访问他的学生威廉维尔
12、金逊家，这似乎是因为威廉的姐姐梅丽的原故。,1761年，他被招聘为惠灵顿学院的语言学教师。学校位于曼彻斯特与利物浦之间，是为非国教徒子弟设的著名学校之一。他除了教语言学之外，还开了许多门课。在职六年期间，写了英语语法（1761年）、辩论术、论教育、论历史、论政治等书。 1762年6月与梅丽维尔金逊结婚。普里斯特里在晚年写的回忆录中追述说：“我们的结合是极为适合而幸福的”。,普里斯特里自从在南特维奇任牧师时就编写了传记图表，在任学院教师时出版。这是在60厘米宽90厘米长的一张纸上，将公元前1200年至公元1760年的约3000年间的历史人物2000多人，用一条横线表示的图表。它作为辅助教材贴在教
13、室的墙壁上，很受欢迎，因而多次再版发行。他的同事和朋友们认为这张图表对教育事业有所贡献，因而多方替他争取学位，他们联名向爱丁堡写了推荐书。1764年12月4日，他获得了这所大学的法学博士学位。从此，人们称他为普里斯特里博士。,1765年，普里斯特里准备从教育学、历史学的角度写一本电学史。通过学院院长的介绍，会见了伦敦的电学家J康顿，又经康顿的介绍，结识了富兰克林和瓦特逊等著名的电学家。富兰克林是当时英国殖民地美洲行政机构的驻伦敦代表，由于电学实验研究上的很多成就，被选为皇家学会的会员。他对普里斯特里的计划给以鼓励，并供给他有关资料和实验数据。 普里斯特里回到惠灵顿后，以极大热情开始了这一工作。
14、这时，他觉得如能加入皇家学会，将有很大方便，当即将此愿望函告瓦特逊。而后由富兰克林、康顿、瓦特逊等联名推荐，于1766年6月12日普里斯特里被选为皇家学会会员。他的大作电学的历史与现状，于同年年末完稿，于1767年出版。,3.卡文迪许 最富有的学者，最有学问富翁,亨利卡文迪许是英国杰出的物理学家和化学家，他的一生为科学的发展作出了重要的贡献。也许这位科学家在生活中不是一个出色者，但在科学研究中不愧为一颗闪亮的明星。 1766年，卡文迪许发表了人造气体一文，这篇论文纪录了卡文迪许对氢气的研究。文中指出，氢气是做为一种独特的物质存在的。并且他还用实验证明了氢能够燃烧。在化学的其他方面，卡文迪许也作
15、出了重要的发现。他研究了二氧化碳的性质，指出由腐烂和发酵产生的气体，与大理石受酸作用而产生的气体是相同的。他还研究了空气的组成，用实验证明了空气中有惰性气体存在。他在化学方面最杰出的贡献是研究了水的组成，并证明了水是氢和氧的化合物，这一伟大发现在化学史上开辟了一个新纪元。,卡文迪许对物理学研究很感兴趣，他最初着手研究的是动力学。1687年出版的牛顿的自然哲学的数学原理一书对卡文迪许的影响很大。他基本上赞成牛顿的观点，但在某些问题上也坚持自己的观点。1798年，卡文迪许通过扭秤实验，验证了牛顿的万有引力定律。同时确定了万有引力常数和地球的平均密度。,卡文迪许在电学上的研究持续的时间很长，直到17
16、81年才结束，这是他一生中最持久最艰苦的尝试。他首先研究了两个带电体的相互作用，在多次试验的基础上，他明确地指出：同种带电体的相互作用是互相排斥，不同种带电体的相互作用是互相吸引，相互作用力随距离的某次方（小于3次）成反比例变化。这为后来库仑发现的库仑定律奠定了基础。他的关键性的实验连同一个推广的理论结果构成了一篇未发表的论文的纲要。卡文迪许先于法拉第证实了电容器的电容与两极板间的物质有关，揭示了电介质极化存在束缚电荷这一事实。他还先于欧姆发现导体两端的电势差与通过它的电流成正比。,更令人惊异的是，卡文迪许是在当时还无法测量电流虽弱的条件下，用自己的身体做为一只测量电流的仪表面得出这一正确的结论的。他当时是用手指抓住电极的一端，根据仅仅是手指，还是手指到手腕，或者是手指一直到肘关节都感到电振，从而估计出电流强弱。遗憾的是这些成果当时没有完全公开发表，书面发表的只有两篇涉及的材料并不是最重要的文章。大约过了一百年，麦克斯韦用他一生中的最后五年的时间，整理了卡文迪许留下的大量的资料、实验记录和文稿，他在1879年出版了亨利卡文迪许的电学研究一书，至此人们才得以了解卡文迪许的工作和成果。,
