化学史上的重大事件

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1、古代自然哲学家把“气”看成一种构成世界的基本元素，西方认为世界有四种元素火、气、水、土，加上纯精神的第五元素以太构成，东方则有了神秘的气功等。正是18世纪随着气体化学的研究才真正使化学成为现代意义上的科学，并为现代化学奠定了第一块牢固的基石。 从氧气和氮气发现以后，人们对于空气进行了空前绝后的研究，普遍认为已经对空气了如指掌，似乎对于科学家来说已经没有什么事情可做了。这就如同相对论和量子力学建立的前夜，牛顿力学已经取得了无与伦比的成功，当时在世界物理学年会上说：除了物理学天空飘着的两块乌云，物理学家们可以休息了，哪些修修补补的事情留给工程师们去解决吧。,1、惰气化学的建立,1785年英国的卡文

2、迪许利用摩擦起电的方法连续三天使氮氧化合，氧化氮用苛性碱吸收并用多硫化钾溶液吸收多余的氧气，结果发现残留下一个体积约为原来空气1/120的不活泼微小气泡。但是他并没有深入研究，只是忠实记录了现象。 1868年法国和英国的天文学家在印度利用分光镜观察日全食，从太阳光谱中发现了氦，但当时认为“此曲只应天上有”。 1882-1892年，英国实验物理学家瑞利一度利用气体密度测量的方法计算原子量，他发现从空气中分离出来的氮气密度大于从化合物中分离出来的氮气密度，相差虽然只有0.006克/升，但对于精确的实验来讲已经够大了。与化学家拉姆赛合作，用镁粉燃烧除去氮气以后，再利用光谱分析确定了第一种惰性气体Ar

3、，并且通过各种实验发现并不能与任何现有的物质发生反应。这已发现被认为是“第三位小数的胜利”，是精确测量和创新精神的结合典范。,后来拉姆赛与助手先后发现了“太阳元素氦”，并通过分馏液态空气得到了氖、氪、氙三种气体，再受卢瑟福等物理学家和放射化学家的启发，从放射性气体中得到了氡，至此，元素周期表的零族正式完成了。 在零族元素全部发现以后，人们进行了大量的实验来寻找或者制造其化合物，结果均已失败，所以又成为贵族气体。在原子结构和相关理论建立以后，特别是原子核外电子排布以及价键理论的建立和成功，核外八电子排布的稳定结构造成了惰性气体的惰性被理解和接受。 也许是上述理论解释太成功了，所以在三十年代少数科

4、学家试图通过放电制备惰性气体元素化合物失败以后，一直再也没有人有勇气去涉足这个领域。直到1962年，英国年轻化学家巴特列特在加拿大工作时制备出XePtF6六氟合铂酸氙才真正开始稀有气体化学的研究。,他在温和条件下制备了O2PtF6，这是人类历史上第一次得到正价态氧，说明PtF6是超强氧化剂。他比较了氧气O2的第一电离能发现比氙元素1175.5KJ/mol还高0.2KJ/mol，理论上更能被PtF6氧化。他进一步计算了假如生成了XePtF6化合物，其晶格能的大小，结果表明也得到会稳定存在。 结果他将PtF6气体与氙气等摩尔混合，在室温下轻易的到了橙黄色固体，不溶于四氯化碳，真空加热升华，遇水分解

5、，确证了设想的结果。一旦这个障碍突破以后大量的稀有气体元素化合物被大量合成出来。也因此使得现有的一些理论解释这些化合物时遇到了困难，至今还不能找到满意的答案。,（1）没有任何东西是人类全部明了的，只是认识边界的扩大更增加了未知的范围 （2）任何实验结果中间都可能隐藏着重大发现，在商业、军事、政治领域都一样 （3）不要轻易的下结论，更不要认为是迷信，也许没有什么不可能 （4）精确测量是科学必备的素养 （5）最简单的也许是最有效的，不要忽视常规的东西而一味去追求高档前沿 （6）任何的成功都离不开艰苦卓绝的工作，其他例子还有居里夫人发现镭 （7）理论总是从少数事实归纳出来的，所以总是片面的，任何时候

6、都不会完美 （8）理论对实验的指导既是积极地又是消极的，要大胆猜想小心实践。,2、富勒烯族的光辉,有机化学的建立和成就使得人们对于炭元素的认识达到了一个特别地高度，炭单质的三种形态，金刚石、石墨、无定形炭似乎已经是人们在自然界中所能找到的和制备的唯一三种形态了。而在1985年C60分子的发现再一次创造了奇迹。 60年代美国科学家琼斯利用量子力学原理计算出石墨片卷曲成为空心笼状碳分子的可能性。70年代日本化学家预言了C60H60的存在，俄罗斯科学家通过分子轨道理论也预言了碳多面体的存在。但是限于当时的科学水平并没有得到重视。,1983年美德两国物理学家霍夫曼和克拉奇在研究星际尘埃时，利用氦气氛中

7、石墨电极放电的办法制造原子簇，并利用紫外和拉曼光谱研究结构时发现了碳灰样品种的特殊吸收带，实际上就是C60和C70的吸收，当时并未特别注意也未深入研究。 1984年美国另一个天体物理研究小组用激光器照射石墨并用质谱仪研究产物时也发现了C60和C70两个特征峰，遗憾的是这个小组只看实验数据不愿意深入分析和研究，错过了这一重大的发现。 1984年美国化学家莫利和英国物理学家克罗托合作用类似的方法实验再次得到了C60和C70，然而他们没有轻易放过这个怪现象，开始推测为什么可以稳定存在，其结构应该是什么。最终从美国建筑大师富勒设计的圆顶建筑中得到启发给出了初步的模型，当克罗托向美国数学家维奇描述这种结

8、构时，维奇说这是一个足球。所以后来有了富勒烯和足球烯两种名字。,前述的霍夫曼和克拉奇在看到有关C60的报道以后重新检查1983做过的实验，证明了C60的存在并给出了大量制备的方法于1990年发表相关文章。由于可以轻松的得到大量样品从此掀起了研究热潮，陆续发现了大量分子和碳纳米管、碳纳米洋葱等不同分子量和不同形状的富勒烯家族分子。其完美的对称性吸引了人们的目光。 虽然物理学家首先发现了足球烯，但是其后化学家们做了更多的工作。一是进行修饰合成，一是开发材料中的应用。这个不深入叙述，感兴趣的自己去看。,（1）偶然与必然 （2）理论的力量 （3）敏锐的眼光 （4）独特的思维 （5）技术的力量 （6）团

9、结与协作,3、超导材料的前景,1911年荷兰物理学家昂纳斯发现汞在4.2K的超导性，并于1913年获得Nobel物理奖。虽然发现了低温超导现象，但一直没有任何进展。 1957年美国三位科学家提出了BCS理论首次证明了超导的存在并给出了研究方向，但是从理论上推演的结果是最高临界超导温度不超过30K，这个理论证明不但无助于超导的研究反而判了死刑，因为这样的低温对于人类没有任何实际意义。 1986年瑞士和美国科学家偶然发现了临界温度35k的金属陶瓷氧化物超导体，冲破了BCS的理论预言，并第一次证明了陶瓷也可以导电，才又开始引起人们的兴趣，现在已经寻找到134K的超导材料。,低温技术的最初发展纯粹是一

10、些科学家单纯的追求而已，并没有为了什么目标和社会需要。但当人们发现了一些物质在低温下的特殊性质后，低温的追求和在低温下研究物质性质就成了有目标的追求。 例如白锡在零下13.2度会变成粉末状的灰锡，首先是在俄罗斯发现的。两个故事，军队衣服的纽扣用锡制作作为奖励，白锡的汽油桶。其他的实例如橡皮低温下失去弹性，水银低温下变成坚硬的固体，金属的低温脆性，超低粘度和超流动性。 昂纳斯得到了液态氦以后就研究金属在液氦中的性质，并发现了低温超导现象。后来发现一定低温下的超导体的电阻虽然可以为零，但是当电流增大到一定程度时或者加足够强的外磁场时，超导性被破坏，恢复正常电阻。因此真正的超导体还要具有完全的抗磁性

11、。,1958年巴丁、库伯、施瑞夫三者提出的BCS理论获得1972年的Nobel物理奖。 1961年美籍挪威人贾埃瓦观察到超导能隙，1962年英国约瑟芬发现超导隧道效应，两人分享了1973年Nobel物理奖。 1986年美国商用机器公司IBM的缪勒和贝德诺茨合成了第一个高温氧化物超导体镧钡铜氧化物，并与1987年获Nobel物理奖，这是唯一一次如此短时间就得奖。 1988年达到了世界范围那超导研究的最高潮，中国科学家的工作站在了前沿，与美国日本瑞士并驾齐驱，这是中国科研领域非常少见的。 尽管已经达到134K，但是真正的应用仍然不现实。目前看来最有效的应用应该在宇航、核聚变、超高速计算机、磁悬浮等

12、方面。,（1）要敢于尝试 （2）道路很曲折 （3）理论与实验 （4）无尽的未来,4、聚合水事件始末,Polywater6070年代历时11年，卷入的科学家和创造出来的论文无法统计。中国处在文革幸好没有卷入，但是水变油和气功改变水结构如出一辙。 水的特性：4度时纯水密度达到最大为1g/cm3；0-4度时间随温度升高密度降低；低于零度时体积随温度降低而增加，若完全纯净并没有震动可以冷却到零下70度不结冰，若有微扰则过冷水会在瞬间完全结冰，并回升到零度；同样的过热状态可达150度，微扰后瞬间气化沸腾回复到100度；水在零度冻结或冰在零度融化时体积变化可达11；水结冰时可产生2.5E+5千帕的过剩压力

13、；升高压力使水的冰点降低，2.2E+5千帕的压力时冰点为零下22度，因此深海底部也不会结冰。这些性质在其他物质中非常罕见！即使比较与氧元素附近的氢化物的性质也可看出其特别地不同。,由于氢和氧都有同位素，组合起来可以有18种，天然水中“轻水”占99.75。 1962年前苏联的费得亚金首次发现了聚合水，前苏联莫斯科物理化学研究所的德尔亚今生于1902年是苏联科学院院士，资深教授。1966年的一次会议上他提供了几十篇关于聚合水的论文一下子掀起了轩然大波。他认为聚合水是水的一种稳定状态，可以在一定条件下自发形成，只是速度缓慢。1969年美国利平科特在Science上发表了关于聚合水的红外和拉曼光谱的文

14、章是科学界的热情达到了高潮。 媒体得连篇累牍得报道起了推波助澜得作用。,众说纷纭得科学界。并没有很多科研小组同时发现这些现象和结果，这是与其他研究热点非常不同得特点。而且这样得实验是不同重复得。尽管不能重复，当时人们更感兴趣得是解释他，从理论上（包括使用及其复杂得量子力学理论和数学推演）证明其存在得可能性和合理性，以及预测其具有得性质，并没有或者说很少有人怀疑过其真实性，即使有人怀疑也被热浪所淹没。虽然也有些报告说一些特殊性质可能是由于杂质所引起，但都被有意无意的忽略了。当然更多得科学家保持了沉默！ 1973年德尔亚今向Nature杂志发表声明撤回自己过去关于聚合水的研究结果，承认在应用更灵敏

15、和精确得实验分析之后证明是杂质所引起得古怪现象。,（1）实验事实不一定是真实得 （2）盲目跟风得恶果 （3）不负责任得宣传 （4）用于承认错误,5、低温核聚变事件,1989年3月美国得弗莱系曼和英国得彭斯两位电化学家宣布在电解重水时有超额得热效应，一定是核反应得结果。同期一位核物理学家琼斯也宣布了类似结果，这一消息对于饱受能源危机和石化污染之苦得人们来说犹如一直兴奋剂。 原先的理论是1E+8度下聚变才能发生。高温超导和低温核聚变相得益彰。按照核聚变反应来说不但有热效应还应该有氦、中子、射线的产生，能够检测到比背景高的结果。 1926年代德国科学家报道过，自己撤销,1927和1932瑞士人申请专

16、利 1951年阿根廷宣布成功，次年宣布失败并逮捕了相关科学家 1956年美国实验物理学家阿瓦儿列兹得气泡室实验证明了介子得存在，获得1968年得Nobel物理奖。他第一次观察到介子催化核聚变反应得现象。这里结论至今仍然是正确的，只是实业化还要遥无期。当然这一结论最早已经有英国得和前苏联科学家证明过。只是那时候信息不够通畅发达。,1958年英国也宣布过成功 其实1989年得实验非常简单，随便一个大学实验室都可以完成。它们的实验设计和实验装置非常粗糙，而却用来测量如此精确得数据。作为电化学家对于量热技术不精通可以理解，但是从事这方面的工作以后仍然不精通就不原谅了。 1994年核物理学家琼斯撤销自己得工作并承认测量中子射线的仪器不够精确和灵敏，数据不可靠。并且怀疑其他报道的数据很多都存在类似的问题。另外关于氦的问题后来被证明是电极钯材料有关。,（1）知识就是力量 （2）历史是一面镜子 （3）真理越辩越明，光的本质的200年争论结果是二象性的统一。 （4）要敢于突破已有的理论和经验 （5）伪科学（气功，辟谷，人体科学？） （6）蓄意作伪？ （7）实验的精益求精,如