1、第二编近代化学发展时期v从17世纪中叶，美国化学家波义耳（1627-1691）把呼吸确立为科学开始，到19世纪90年代末，微观领域的三大发现前的二百几十年，为近代化学时期。这个时期的化学，出一般的知识积累发展到系统整理既然段。经过曲折的道路，法国化学家拉瓦锡（1743-1794）终于在科学的基础上建立起关于燃烧现象的氧化学说，发起了化学史上的一场革命。了化学史上的一场革命，为化学的进一步发展打开局面。接着化学的一些基本定律被发现，道尔顿（1766-1844）的化学原子说成为化学发展中的一个里程碑。事物的发展往往是从模糊杂乱的现象中揭示出本质的联系，从而走向条理化并产生理论。19世纪60年代化学
2、的原子-分子学说正是这样确立的，成为化学大步向前发展的新阶梯。v这一时期，特别是19世纪，化学工业在欧洲繁荣起来，进一步促进了化学一系列的发现和发明，为化学元素周期律的诞生提供了基础，为有机化学的产生和发展创造了条件。19世纪后期，物理化学的发展显示出它的理论价值，渗透到无机化学、分析化学和有机化学等方面，并初步显示出化学与物理学密切的内在联系。第五章第五章 科学形态的化学形成科学形态的化学形成v背景：v1、17世纪西欧的生产技术有了显著的进步，随着冶金、化工生产、科学实验向广度、深度发展，积累了大量关于物质变化的新知识。为华夏科学的建立和发展提供了丰富的材料。v 2、资产阶级出于自身的利益，
3、大力支持科 学的发展v 3、对科学研究的认识、科学研究方法的认识有提高，培根说：“知识就是力量”。第一节 化学形态的重要标志 波义 耳化学观v一、波义耳的科研实践v 波义耳（英国）（16271691年），恩格斯称“波义耳把化学确立为科学”。v生于贵族（爵士）之家，其父占有广大的庄园，兄弟姐妹十五人，排行十四，比克伦威 尔小28岁，比牛顿大16岁，平生不求富贵，v以科研为志趣，青年时代去意大利、瑞士学习，归国后在家建实验室，进行大量而广泛的科学实验，涉及物理、化学、生物、医学，积极参加科学家的新哲学讨论会“无形的大学”，最终发展为皇家学会。v 1663年，英国成立以“促进自然知识为宗旨的皇家学会
4、”（其会徽上的 言为“对任何人的话，都不要信以为真”），波义耳为学会的创始人之一，曾被选过会长，因体弱，讨厌仪式拒任，他崇尚：“空谈无济于事，实验决定一切”。v 故事：酸碱指示剂的发现v300多年前，年轻的科学家罗伯特波义耳在化学实验中偶然捕捉到一种奇特的实验现象，有一天清晨，波义耳正准备到实验室去做实验，一位花木工为他送来一篮非常鲜美的紫罗兰，喜爱鲜花的波义耳随手取下一块带进了实验室，把鲜花放在实验桌上开始了实验。当他从大瓶里倾倒出盐酸时，一股刺鼻的气体从瓶口涌出，倒出的淡黄色液体冒着白雾，还有少许酸沫飞溅到鲜花上。他想“真可惜，盐酸弄到鲜花上了”。为洗掉花上的酸沫，他把花用水冲了一下，一会
5、儿发现紫罗兰颜色变红了，v当时波义耳感到既新奇又兴奋，他认为，可能是盐酸使紫罗兰颜色变红色，为进一步验证这一现象，他立即返回住所，把那篮鲜花全部拿到实验室，取了当时已知的几种酸的稀溶液，把紫罗兰花瓣分别放入这些稀酸中，结果现象完全相同，紫罗兰都变为红色。由此他推断，不仅盐酸，而且其它各种酸都能使紫罗兰变为红色。他想，这太重要了，以后只要把紫罗兰花瓣放迸溶液，看它是不是变红色，就可判别这种溶液是不是酸。偶然的发现，激发了科学家的探求欲望，后来，他又弄来其它花瓣做试验，并制成花瓣的水或酒精的浸液,用它来检验是不是酸，同时用它来检验一些碱溶液，也产生了一些变色现象。他还采集了药草、牵牛花，苔藓、月季
6、花、树皮和各种植物的根泡出了多种颜色的不同浸液，有些浸液遇酸变色，有些浸液遇碱变色，不过有趣的是，他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液，酸能使它变红色，碱能使它变蓝色，这就是最早的石蕊试液，波义耳把它称作指示剂。为使用方便，波义耳用一些浸液把纸浸透、烘干制成纸片，使用时只要将小纸片放入被检测的溶液，纸片上就会发生颜色变化，从而显示出溶液是酸性还是碱性。今天，我们使用的石蕊、酚酞试纸、pH试纸，就是根据波义耳的发现原理研制而成的。二、波义耳的学术成就（主要集中于3338岁间）v1、化学元素说 名著怀疑的化学家 用自己的一套机械论宇宙观，认为物质和运动才是宇宙的基本质料“微粒哲学”物质观，否认亚里士多德的
7、学说（四元素论）、医学家的“三元素论”（水、硫磺、盐），认为元素是物质分解的终极物，（但他的元素定义未脱离假说的、抽象的范畴），将单质、化合物、混合物区别开来。v2、强调实验的重要性 实验和观察方法是形成科学思维的基础，化学必须依靠实验来确定自己的基本定律。v3、把化学当作纯粹自然科学的一个分支，作为一门学科。他不单纯为实用，而是为了追求真理，十七世纪科学家所共有的态度。然而，由于历史原因，波义耳的新学说在当时并未被大多数人承认，直到一个世纪后，从拉瓦锡起才被明确接受。然而当时伟大的科学家牛顿全盘接受了波义耳的华夏思想，并在他自己的著作中发展了波义耳的微粒学说。v4、其它成就 波义耳定律（PV
8、=k），在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为波义耳定律。这是这是人类历史上第一个被发现的人类历史上第一个被发现的“定律定律”。波义耳创建的理论波义耳定律，是第一 个描述气体运动的数量公式，为气体的量化 研究和化学分析奠定了基础。该定律是学习 化学的基础，学生在学习化学之初都要学习 它。定性分析、指示剂等。定性分析：1685年,R波义耳(Boyle,1627-1691)编写了一本关于矿泉水的专著矿 泉的博物学考察,相当全面地概括总结了当时 已知的关于水溶液的各种检验方法和检定反应。v波义耳在定性分析中的一项重要贡献是用多种动、植物
9、浸液来检验水的酸碱性。波义耳 还提出了“定性检出极限”这一重要概念。第二节 倒立的化学化学燃素说v对燃烧现象的研究是1718世纪化学的中心课题，燃烧现象是自古以来人类普遍体验的最为显著的化学变化。在形成元素学说的过程中，总是起着重要的作用，要打破二千年来存在的不科学的元素说，彻底追究燃烧现象的本质是不可缺少的条件。v一、燃烧现象的研究实践v1、波义耳（英国）1673年提出：金属+火微粒=煅灰v2、雷伊（法国医生）（15831630年）的结论：空气混进了烧渣中v3、胡克（16351703年）：空气是所有硫素物质（可燃物体）的万用溶剂，溶解时产生大量的热，我们称之为火，溶解作用由空气中的一种物质产
10、生。v4、梅猷（英国医生，16411679年）火药中的硝石里存在着那种空气中的助燃成分，称之为“硝气精”。当时普遍感觉，燃烧时，好像某种东西从燃烧中逸出。v二、燃素说的诞生v1、背景 十七世纪下半叶，牛顿力学体系成功，人们机械套用重力、浮力、张力，（光素、热素、电素）v2、贝歇尔 （得国化学家16351682年）1669年提出燃素说的初步思想：“气、水、土”都是元素，土有分：固定土、油土、流质土。v3、施塔尔的论述 燃素说的系统阐述（1703年）v 贝歇尔的学生，普鲁士王御医，得国化学家。v 英国化学家帕延顿说：“施塔尔的理论把大量事实联系在一起，组成一个首尾一贯、条理井然的错误学说，并建议进
11、行新的实验，把人们引到新的发现”。4、燃素说的得失、评价：v化学中第一个把化学现象统一起来的原理，虔信此原理的化学家在近一百年的化学发展中积累了丰富的科学实验材料，是近代化学建立的重要基础之一，是化学发展过程中不可逾越的历史阶段。但这是一个错误的理论，漏洞百出。第三节 一些重要气体的发现v17世纪中叶以前，对空气、气体的认识模糊，18世纪，认识到气体的多样性、复杂 性。v1、黑尔斯的研究（16771761年，英国牧师）：制取多种气体，定量不定性，发明了集气槽，为各种气体的发现作好了准备。v2、布拉克（17281799年，英国化学家）1755年 “固定空气”CO2，认识到气体有多样性，是对燃素说
12、的一次有力冲击。v3、卡文迪许（17311810年）1766年人造空气的实验（论文）发现氢气，氢的发现可争论进一步动摇了燃素说。v4、卢瑟福（17491819年，英国化学家）1772年发现氮气，氮气的发现进一步表明空气并非是一种单一的气体元素。v5、普利斯特里（17331804年英国化学家）18世纪下半叶，气体化学最著名的代表人物，制得了CO、SO2、HCl、NH3。1774年发现氧气（导致化学发生革命，但他未认识到，他坚信燃素说）v舍勒（17421786年瑞典）1773年指得氧气，推翻燃素说的炸药。但他真理碰到鼻尖时，却未得到。第四节 拉瓦锡氧化学说的建立v18世纪后半叶，法国化学家拉瓦锡掀
13、起了一场化学革命。v一、拉瓦锡其人（17431794年）v 生于巴黎，其父为律师，独子，11岁进入名牌学校后升法政大学，21岁毕业，v原本继承父业，但他热心钻研自然科学，兴趣日深，决心做一名自然科学家，1768年拉瓦锡25岁，担任征税承包业主，同年，任命为皇家科学学士院会员，v自此起，他的大部分时间用在赚钱上，科研反倒成了业余消遣（有唯利是图的一面），但他不吝啬，多次为非己目的拿出巨款，在科研方面，也有自私自制，不磊落的一面，“罕见的科研才华和资产阶级劣根性二者兼备”。v 28岁结婚，1778年（35岁）时，使燃烧理论发展到新阶段，为新的反燃素理论奠定了基础。v 17891794年，法国大革命
14、，1793年1月21日路易十六被处死刑，1793年8月10日，国民议会解散科学院，1793年11月逮捕征税承包夜主，1794年5月，宣判死刑，拉瓦锡也被处死，死时50岁零8个月。v处死第二天，数学家拉格朗日说：“他们可以在一瞬间砍下他的头颅，可他的脑袋也许一百年也长不出一个”，显得很惋惜。v显得很惋惜。v二、拉瓦锡的著名实验v1774年4月（31岁），金属煅烧实验P80 Sn+O2、Pb+O2、Fe3O4v一个实验，两个结论：质量守恒；否定燃素理论。v三、其它实验v 1774年10月普利斯特里访问巴黎，告之自己的加热HgO实验有气体生成。1777年 v认识空气的组成O2、N2。v四、燃烧概论v
15、1777年9月 论文燃烧概论，批判燃素说错误，建立燃烧氧化说，结束燃素理论一百年的统治。v燃烧氧化说要点：v 1、燃烧时放出光和热。v 2、物质只有在氧存在时才能燃烧。v3、空气由两种成分组成。v 4、非金属燃烧后通常变为酸，氧是酸的本质，一切酸中都含有氧元素。金属燃烧后变成煅灰，它们是金属的氧化物。v卡文迪许的实验：氢气和纯氧2闭口玻璃瓶中，电火花引燃生成水，氢、氧的体积比是v2：1（发表于1784年），但他坚持水为一种元素。v面对铺天盖地的燃素说，1772年秋天开始拉瓦锡对硫、锡和铅在空气中燃烧的现象进行研究。为了确定空气是否参加反应，他设计了著名的钟罩实验。通过这一实验，可以测量反应前后
16、气体体积的变化，得到参与反应的气体体积。尽管实验现象与燃素说支持者相同，但是拉瓦锡提出了另一种解释，即认为物质的燃烧是可燃物与空气中某种物质结合的结果，这样可以同时解释燃烧需要空气和金属燃烧后质量变重的问题。v1774年，他用锡和铅做了著名的金属煅烧实验，他首先将实验用的铅和锡进行精确称量，将它们放入曲劲瓶中，将瓶封闭后再准确称量铅、锡与瓶的总重量。准备就绪后，进行加热，直到铅、锡变为灰烬。再称量总重，与试验前一样。之后，当他把瓶子打开时发现空气冲了进去，这时再对瓶及煅灰进行称量，发现总生日重量增加了，另外，他发现金属在煅烧后重量也增加了，所增重量恰恰是等于空气冲进瓶后总增量。v因此，拉瓦锡断
17、定，金属所增加的重量，既不是来自水中，也不是来自瓶外任何物质，只能是金属结合了瓶中部分空气的结果。在这种鲜明的事实面前，拉瓦锡对燃素说产生了极大的怀疑。v在1777年的燃烧概论（Sur la combustion en gnral）和1778年的酸性概论（Considrations gnrales sur la nature des acides）中，他正式阐释了自己的氧化说。认为燃烧是物质和空气中约占五分之一的氧气反应的结果。同时基于很多燃烧产物的水溶液具有酸性，他得出任何酸中都含有氧的错误结论，所以1779年他将空气中支持燃烧的一部分命名为oxygen（希腊语：形成酸的）即氧气，另一部分命名为azote（希腊语：无生命的）即氮气。v上述实验有力地证明了拉瓦锡否定燃素说的结论，说明可燃物质的燃烧或金属变为煅灰并不是分解反应，而是与氧化合的反应，用化学式表示为：v金属+氧=煅灰 v而绝非燃素说的所谓 v金属-燃素=煅灰 v思考题：1、为什么说波义耳把化学确立为科学？v2、波义耳、普利斯特里、拉瓦锡都做过煅烧的实验，为何结论大不相同？v3、试述燃素说的历史功过。v4、如何正确评价拉瓦锡?
