一、化學(xué)的前奏1．人類文明的起點(diǎn)——火的利用在幾百萬年以前，人類過著極其簡單的原始生活，靠狩獵為生，吃的是生肉和野果。

根據(jù)考古學(xué)家的考證，至少在距今50 萬年以前，可以找到人類用火的證據(jù)，即北京周口店北京猿人生活過的地方發(fā)現(xiàn)了經(jīng)火燒過的動(dòng)物骨骼化石。有了火，原始人從此告別了茹毛飲血的生活。吃了熟食后人類增進(jìn)了健康，智力也有所發(fā)展，提高了生存能力。后來，人們又學(xué)會(huì)了摩擦生火和鉆木取火，這樣，火就可以隨身攜帶了。于是，人們不再是火種的看管者，而成了能夠駕馭火的造火者?；鹗侨祟愑脕戆l(fā)明工具和創(chuàng)造財(cái)富的武器，利用火能夠產(chǎn)生各種各樣化學(xué)反應(yīng)這個(gè)特點(diǎn)，人類開始了制陶、冶金、釀造等工藝，進(jìn)入了廣闊的生產(chǎn)、生活天地。2．歷史悠久的工藝——制陶陶器是什么時(shí)候產(chǎn)生的，已很難考證。對(duì)陶器的由來，說法不一，有人推測：人類最原始的生活用容器是用樹枝編成的，為了使它耐火和致密無縫，往往在容器的內(nèi)外抹上一層粘土。這些容器在使用過程中，偶爾會(huì)被火燒著，其中的樹枝都被燒掉了，但粘土不會(huì)著火，不但仍舊保留下來，而且變得更堅(jiān)硬，比火燒前更好用。這一偶然事件卻給人們很大啟發(fā)。后來，人們干脆不再用樹枝做骨架，開始有意識(shí)地將粘土搗碎，用水調(diào)和，揉捏到很軟的程度，再塑造成各種形狀，放在太陽光底下曬干，最后架在篝火上燒制成最初的陶器。大約距今1 萬年以前，中國開始出現(xiàn)燒制陶器的窯，成為最早生產(chǎn)陶器的國家。陶器的發(fā)明，在制造技木上是一個(gè)重大的突破。制陶過程改變了粘土的性質(zhì)，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈣(gài)、氧化鎂(měi)等在燒制過程中發(fā)生了一系列的化學(xué)變化，使陶器具備了防水耐用的優(yōu)良性質(zhì)。因此陶器不但有新的技術(shù)意義，而且有新的經(jīng)濟(jì)意又。它使人們處理食物時(shí)增添了蒸煮的辦法，陶制的紡輪、陶刀、陶挫等工具也在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)陶制儲(chǔ)存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成為人類生活和生產(chǎn)的必需品，特別是定居下來從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人們更是離不開陶器。3．冶金化學(xué)的興起在新石器時(shí)代后期，人類開始使用金屬代替石器制造工具。使用得最多的是紅銅。但這種天然資源畢竟有限，于是，產(chǎn)生了從礦石冶煉金屬的冶金學(xué)。最先冶煉的是銅礦，約公元前3800 年，伊朗就開始將銅礦石(孔雀石)和木炭混合在一起加熱，得到了金屬銅。純銅的質(zhì)地比較軟，用它制造的工具和兵器的質(zhì)量都不夠好。在此基礎(chǔ)上改進(jìn)后，便出現(xiàn)了青銅器。到了公元前3000～前2500 年，除了冶煉銅以外，又煉出了錫(xī) 和鉛(qiān)兩種金屬。往純銅中摻入錫，可使銅的熔點(diǎn)降低到800℃左右，這樣一來，鑄造起來就比較容易了。銅和錫的合金稱為青銅(有時(shí)也含有鉛)，它的硬度高，適合制造生產(chǎn)工具。青銅做的兵器，硬而鋒利，青銅做的生產(chǎn)工具也遠(yuǎn)比紅銅好，還出現(xiàn)了青銅鑄造的銅幣。中國在鑄造青銅器上有過很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一種禮器，是世界上最大的出土青銅器。又如戰(zhàn)國時(shí)的編鐘，稱得上古代在音樂上的偉大創(chuàng)造。因此，青銅器的出現(xiàn)，推動(dòng)了當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)、兵器、金融、藝術(shù)等方面的發(fā)展，把社會(huì)文明向前推進(jìn)了一步。世界上最早煉鐵和使用鐵的國家是中國、埃及和印度，中國在春秋時(shí)代晚期(公元前6 世紀(jì))已煉出可供澆鑄的生鐵。最早的時(shí)候用木炭煉鐵，木炭不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳把鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬鐵。鐵被廣泛用于制造犁鏵、鐵■(一種鋤草工具)、鐵錛等農(nóng)具以及鐵鼎等器物，當(dāng)然也用于制造兵器。到了公元前8～前7 世紀(jì)，歐洲等才相繼進(jìn)入了鐵器時(shí)代。由于鐵比青銅更堅(jiān)硬，煉鐵的原料也遠(yuǎn)比銅礦豐富，在絕大部分地方，鐵器代替了青銅器。4．中國的重大貢獻(xiàn)——火藥和造紙黑火藥是中國古代四大發(fā)明之一。為什么要把它叫做“黑火藥”呢？這還要從它所用的原料談起?；鹚幍娜N原料是硫磺、硝(xiāo)石和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火藥也是黑色的，叫黑火藥。火藥的性質(zhì)是容易著火，因此可以和火聯(lián)系起來，但是這個(gè)“藥”字又怎樣理解呢？原來，硫磺和硝石在古代都是治病用的藥，因此，黑火藥便可理解為黑色的會(huì)著火的藥?；鹚幍陌l(fā)明與中國西漢時(shí)期的煉丹術(shù)有關(guān)，煉丹的目的是尋求長生不老的藥，在煉丹的原料中，就有硫磺和硝石。煉丹的方法是把硫磺和硝石放在煉丹爐中，長時(shí)間地用火煉制。在許多次煉丹過程中，曾出現(xiàn)過一次又一次地著火和爆炸現(xiàn)象，經(jīng)過這樣多次試驗(yàn)終于找到了配制火藥的方法。黑火藥發(fā)明以后就與煉丹脫離了關(guān)系，一直被用在軍事上。古代人打仗，近距離時(shí)用刀槍，遠(yuǎn)距離時(shí)用弓箭。有了黑火藥以后，從宋朝開始，便出現(xiàn)了各種新式武器，例如用弓發(fā)射的火藥包?；鹚幇谢鹎蚝突疠疝純煞N，用火將藥線點(diǎn)著，把火藥包拋出去，利用燃燒和爆炸殺傷對(duì)方。大約在公元8 世紀(jì)，中國的煉丹術(shù)傳到了阿拉伯，火藥的配制方法也傳了過去，后來又傳到了歐洲。這樣，中國的火藥成了現(xiàn)代炸藥的“老祖宗”。這是中國的偉大發(fā)明之一。紙是人類保存知識(shí)和傳播文化的工具，是中華民族對(duì)人類文明的重大貢獻(xiàn)。在使用植物纖維制造的紙以前，中國古代傳播文字的方法主要有：在甲骨(烏龜?shù)母辜缀团９?上刻字，即所謂的甲骨文；甲骨數(shù)量有限，后來改在竹簡或木簡上刻字?？墒?，孔子寫的《論語》所用的竹簡之多，份量之重是可想而知的；另外，用絲織成帛(bó)，也可以用來寫字，但大量生產(chǎn)帛卻是難以做到的。最后才有了用植物纖維制造的紙，一直流傳到今天。1957 年5 月，中國考古工作者在陜西省西安市灞(bà)橋的一座古代墓葬中發(fā)現(xiàn)一些米黃色的古紙。經(jīng)鑒定這種紙主要由大麻纖維制造，其年代不會(huì)晚于漢武帝(公元前156～公元前87 年)，這是現(xiàn)存的世界上最早的植物纖維紙。提起紙的發(fā)明，人們都會(huì)想起蔡倫。他是漢和帝時(shí)的中常侍。他看到當(dāng)時(shí)寫字用的竹簡太笨重，便總結(jié)了前人造紙的經(jīng)驗(yàn)，帶領(lǐng)工匠用樹皮、麻頭、破布、破魚網(wǎng)等做原料，先把它們剪碎或切斷，放在水里長時(shí)間浸泡，再搗爛成為漿狀物，然后在席子上攤成薄片，放在太陽底下曬干，便制成了紙。它質(zhì)薄體輕，適合寫字，很受歡迎。造紙是一個(gè)極其復(fù)雜的化學(xué)工藝，它是廣大勞動(dòng)人民智慧的產(chǎn)物。實(shí)際上，蔡倫之前已經(jīng)有紙了，因此，蔡倫只能算是造紙工藝的改良者。5．煉丹術(shù)與煉金術(shù)當(dāng)封建社會(huì)發(fā)展到一定的階段，生產(chǎn)力有了較大提高的時(shí)候，統(tǒng)治階級(jí)對(duì)物質(zhì)享受的要求也越來越高，皇帝和貴族自然而然地產(chǎn)生了兩種奢望：第一是希望掌握更多的財(cái)富，供他們享樂；第二，當(dāng)他們有了巨大的財(cái)富以后，總希望永遠(yuǎn)享用下去。于是，便有了長生不老的愿望。例如，秦始皇統(tǒng)一中國以后，便迫不及待地尋求長生不老藥，不但讓徐福等人出海尋找，還召集了一大幫方士(煉丹家)日日夜夜為他煉制丹砂——長生不老藥。煉金家想要點(diǎn)石成金(即用人工方法制造金銀)。他們認(rèn)為，可以通過某種手段把銅、鉛、錫、鐵等賤金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻?、銀等貴金屬。像希臘的煉金家就把銅、鉛、錫、鐵熔化成一種合金，然后把它放入多硫化鈣溶液中浸泡。于是，在合金表面便形成了一層硫化錫，它的顏色酷似黃金(現(xiàn)在，金黃色的硫化錫被稱為金粉，可用作古建筑等的金色涂料)。這祥，煉金家主觀地認(rèn)為“黃金”已經(jīng)煉成了。實(shí)際上，這種僅從表面顏色而不從本質(zhì)來判斷物質(zhì)變化的方法，是自欺欺人。他們從未達(dá)到過“點(diǎn)石成金”的目的。虔誠的煉丹家和煉金家的目的雖然沒有達(dá)到，但是他們辛勤的勞動(dòng)并沒有完全白費(fèi)。他們長年累月置身在被毒氣、煙塵籠罩的簡陋的“化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”中，應(yīng)該說是第一批專心致志地探索化學(xué)科學(xué)奧秘的“化學(xué)家”。他們?yōu)榛瘜W(xué)學(xué)科的建立積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，甚至總結(jié)出一些化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律。例如中國煉丹家葛洪從煉丹實(shí)踐中提出：“丹砂(硫化汞)燒之成水銀，積變(把硫和水銀二者放在一起)又還成(交成)丹砂?！边@是一種化學(xué)變化規(guī)律的總結(jié)，即“物質(zhì)之間可以用人工的方法互相轉(zhuǎn)變”。煉丹家和煉金家夜以繼日地在做這些最原始的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，必定需要大批實(shí)驗(yàn)器具，于是，他們發(fā)明了蒸餾器、熔化爐、加熱鍋、燒杯及過濾裝置等。他們還根據(jù)當(dāng)時(shí)的需要，制造出很多化學(xué)藥劑、有用的合金或治病的藥，其中很多都是今天常用的酸、堿和鹽。為了把試驗(yàn)的方法和經(jīng)過記錄下來，他們還創(chuàng)造了許多技術(shù)名詞，寫下了許多著作。正是這些理論、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法、化學(xué)儀器以及煉丹、煉金著作，開挖了化學(xué)這門科學(xué)的先河。從這些史實(shí)可見，煉丹家和煉金家對(duì)化學(xué)的興起和發(fā)展是有功績的，后世之人決不能因?yàn)樗麄儭白非箝L生不老和點(diǎn)石成金”而嘲弄他們，應(yīng)該把他們敬為開拓化學(xué)科學(xué)的先驅(qū)。因此，在英語中化學(xué)家(chemist)與煉金家(alchemist)兩個(gè)名詞極為相近，其真正的含義是“化學(xué)源于煉金術(shù)”。

二、創(chuàng)建近代化學(xué)理論——探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，但是，物質(zhì)又是由什么組成的呢？最早嘗試解答這個(gè)問題的是我國商朝末年的西伯昌(約公元前1140 年)，他認(rèn)為：“易有太極，易生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦?！币躁庩柊素詠斫忉屛镔|(zhì)的組成。約公元前1400 年，西方的自然哲學(xué)提出了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的思想。希臘的泰立斯認(rèn)為水是萬物之母；黑拉克里特斯認(rèn)為，萬物是由火生成的；亞里士多德在《發(fā)生和消滅》一書中論證物質(zhì)構(gòu)造時(shí)，以四種“原性”作為自然界最原始的性質(zhì)，它們是熱、冷、干、濕，把它們成對(duì)地組合起來，便形成了四種“元素”，即火、氣、水、土，然后構(gòu)成了各種物質(zhì)。上面這些論證都未能觸及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。在化學(xué)發(fā)展的歷史上，是英國的波義耳第一次給元素下了一個(gè)明確的定義。他指出：“元素是構(gòu)成物質(zhì)的基本，它可以與其他元素相結(jié)合，形成化合物。但是，如果把元素從化合物中分離出來以后，它便不能再被分解為任何比它更簡單的東西了?！辈x耳還主張，不應(yīng)該單純把化學(xué)看作是一種制造金屬、藥物等從事工藝的經(jīng)驗(yàn)性技藝，而應(yīng)把它看成一門科學(xué)。因此，波義耳被認(rèn)為是將化學(xué)確立為科學(xué)的人。人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是永無止境的，物質(zhì)是由元素構(gòu)成的，那么，元素又是由什么構(gòu)成的呢？1803 年，英國化學(xué)家道爾頓創(chuàng)立的原子學(xué)說進(jìn)一步解答了這個(gè)問題。原子學(xué)說的主要內(nèi)容有三點(diǎn)：1．一切元素都是由不能再分割和不能毀滅的微粒所組成，這種微粒稱為原子；2．同一種元素的原子的性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素的原子的性質(zhì)和質(zhì)量不同；3．一定數(shù)目的兩種不同元素化合以后，便形成化合物。原子學(xué)說成功地解釋了不少化學(xué)現(xiàn)象。隨后意大利化學(xué)家阿佛加德羅又于1811 年提出了分子學(xué)說，進(jìn)一步補(bǔ)充和發(fā)展了道爾頓的原子學(xué)說。他認(rèn)為，許多物質(zhì)往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在，例如氧氣是以兩個(gè)氧原子組成的氧分子，而化合物實(shí)際上都是分子。從此以后，化學(xué)由宏觀進(jìn)入到微觀的層次，使化學(xué)研究建立在原子和分子水平的基礎(chǔ)上。

三、現(xiàn)代化學(xué)的興起19 世紀(jì)末，物理學(xué)上出現(xiàn)了三大發(fā)現(xiàn)，即X 射線、放射性和電子。這些新發(fā)現(xiàn)猛烈地沖擊了道爾頓關(guān)于原子不可分割的觀念，從而打開了原子和原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大門，揭露了微觀世界中更深層次的奧秘。熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)以后，利用化學(xué)平衡和反應(yīng)速度的概念，可以判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件，從而開始建立了物理化學(xué)，把化學(xué)從理論上提高到了一個(gè)新的水平。在量子力學(xué)建立的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的化學(xué)鍵(分子中原子之間的結(jié)合力)理論，使人類進(jìn)一步了解了分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，大大地促進(jìn)了化學(xué)與材料科學(xué)的聯(lián)系，為發(fā)展材料科學(xué)提供了理論依據(jù)?；瘜W(xué)與社會(huì)的關(guān)系也日益密切?；瘜W(xué)家們運(yùn)用化學(xué)的觀點(diǎn)來觀察和思考社會(huì)問題，用化學(xué)的知識(shí)來分析和解決社會(huì)問題，例如能源危機(jī)、糧食問題、環(huán)境污染等?；瘜W(xué)與其他學(xué)科的相互交叉與滲透，產(chǎn)生了很多邊緣學(xué)科，如生物化學(xué)、地球化學(xué)、宇宙化學(xué)、海洋化學(xué)、大氣化學(xué)等等，使得生物、電子、航天、激光、地質(zhì)、海洋等科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展?；瘜W(xué)也為人類的衣、食、住、行提供了數(shù)不清的物質(zhì)保證，在改善人民生活，提高人類的健康水平方面作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)?，F(xiàn)代化學(xué)的興起使化學(xué)從無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)上，發(fā)展成為多分支學(xué)科的科學(xué)，開始建立了以無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)和高分子化學(xué)為分支學(xué)科的化學(xué)學(xué)科?；瘜W(xué)家這位“分子建筑師”將運(yùn)用善變之手，為全人類創(chuàng)造今日之大廈、明日之環(huán)宇。2．元素發(fā)現(xiàn)史上的兩次奇跡及科學(xué)方法研究陜西省渭南師范?？茖W(xué)校化學(xué)系張文根化學(xué)發(fā)展史上，從個(gè)人發(fā)現(xiàn)新元素的數(shù)量方面講，出現(xiàn)過兩次奇跡。值得研究的是，兩次奇跡基本上都采用了類似的科學(xué)研究方法。1．戴維與新元素的發(fā)現(xiàn)英國化學(xué)家戴維(H·Davy，1778～1829)出生于木刻匠家庭，從小就喜愛化學(xué)實(shí)驗(yàn)。他曾用自己的身體試驗(yàn)氧化亞氮(笑氣)氣體的毒性，發(fā)現(xiàn)其麻醉性，使醫(yī)學(xué)外科手術(shù)發(fā)生了重大改途；他還發(fā)明了安全礦燈，解決了因火焰引起的瓦斯爆炸，對(duì)19 世紀(jì)歐洲煤礦的安全開采做出了有益的貢獻(xiàn)。但是，他一生最輝煌的成就莫過于新元素的發(fā)現(xiàn)。1799 年，意大利物理學(xué)家伏特(A·Volta)發(fā)現(xiàn)了金屬活動(dòng)順序，并應(yīng)用其發(fā)明了伏特電池。次年，英國化學(xué)家尼科爾森(W．Nicholson)和卡里斯?fàn)?A·Carlisle)利用伏特電池成功地分解了水。從此，電在化學(xué)研究中的應(yīng)用引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。1806 年，戴維對(duì)前人有關(guān)電的研究進(jìn)行了總結(jié)，預(yù)言這種手段除可以把水分解為氫氣和氧氣外，還可能分解其他物質(zhì)，這一科學(xué)思想使他把電與物質(zhì)組成聯(lián)系起來，從而導(dǎo)致了一系列新元素的發(fā)現(xiàn)。1777 年之前，對(duì)于堿類和堿土類物質(zhì)的化學(xué)成分，人們普遍認(rèn)為具有元素性質(zhì)，是不能再分解的。法國化學(xué)家拉瓦錫(A·L·Lavoisier)創(chuàng)立氧化理論之后，則認(rèn)為這兩類物質(zhì)都可能是氧化物。1807 年，戴維決心用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)拉瓦錫的見解，同時(shí)也想驗(yàn)證一下自己預(yù)言的正確性。最初他用苛性鉀或苛性鈉的飽和溶液實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)堿沒有變化，只和水電解結(jié)果一樣。通過分析，他認(rèn)為應(yīng)該排除水這個(gè)干擾因素。于是改用熔融苛性鉀，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰極白金絲周圍出現(xiàn)了燃燒更旺的火焰，說明由于加熱溫度過高，分解出的產(chǎn)物立刻又被燃燒了。后來他換用碳酸鉀并通以強(qiáng)電流，但陰極上出現(xiàn)的金屬顆粒還是很快被燒掉了。最后，他總結(jié)教訓(xùn)，在密閉坩堝內(nèi)電解熔融苛性鉀，終于拿到了一種銀白色金屬，并進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在水中能劇烈反應(yīng)，出現(xiàn)淡紫色火焰，顯然是該金屬與水作用放出氫氣的結(jié)果。山此，戴維判斷這是一種新金屬，取名為鉀。不久，他又從苛性蘇打中電解出了金屬鈉。次年，用同樣方法，他從苦土(MgO)、石灰、菱鍶礦(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分別又發(fā)現(xiàn)了新元素鎂、鈣、鍶和鋇。