近代化学理论的诞生

近代化学理论的诞生

近代化学理论的诞生

1．探索物质结构

世界是由物质构成的，但是，物质又是由什么组成的呢？最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌（姬昌，即后世所说的周文王，约前1152～前1056），他认为：“易有太极，易生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”这是以阴阳八卦来解释物质的组成。

约公元前1400年，西方的自然哲学家提出了物质结构的思想。希腊的泰勒斯（约前625～前547）认为水是万物之母；赫拉克勒斯（Heracles，希腊神话人物）认为，万物是由火生成的；亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时，以四种“原性”作为自然界最原始的性质，它们是热、冷、干、湿，把它们成对地组合起来，便形成了四种“元素”，即火、气、水、土，然后构成了各种物质。

上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上，是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出：“元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物。但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”

波义耳还主张，不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等的经验性技艺，而应把它看成一门科学。因此，波义耳被认为是将化学确立为科学的人。

人类对物质结构的认识是永无止境的，物质是由元素构成的，那么，元素又是由什么构成的呢？1803年，道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。

原子学说的主要内容有三点：

（1）一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成，这种微粒称为原子；

（2）同一种元素的原子的性质和质量都相同，不同元素的原子的性质和质量不同；

（3）一定数目的两种不同元素化合以后，便形成化合物。

原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿弗加德罗又于1811年提出了分子学说，进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为，许多物质往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在，例如氧气是由两个氧原子组成的氧分子，而化合物实际上都是分子。从此以后，化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。

2．现代化学的兴起

19世纪末，物理学上出现了三大发现，即X射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。

热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，从而建立了物理化学，把化学从理论上提高到了新水平。

在量子力学的基础上发展起来的化学键（分子中原子之间的结合力）理论，使人类进一步了解了分子结构与性能的关系，大大地促进了化学与材料科学的联系，为发展材料科学提供了理论依据。

化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决社会问题，例如能源危机、粮食问题、环境污染等。

化学与其他学科相互交叉与渗透产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。

化学也为人类的衣、食、住、行提供了可靠的技术储备和物质保证，为改善人民生活、提高人类健康水平提供了保障。

现代化学的兴起使化学在无机化学和有机化学的基础上，发展成为多分支学科的科学，开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科框架。化学家作为“分子建筑师”将运用善变之手，为全人类创造今日之大厦、明日之寰宇。

3．化学史上的三次重大突破

化学变化作为一种现象早在没有人类之前就已经有了，但作为一门科学，从1661年英国化学家波义耳提出物质组成的元素说开始建立，到现在只不过三百多年的历史。在化学史的发展过程中，有过几次重大的突破，现分述如下。

第一次突破是1808年英国化学家道尔顿提出原子学说，合理地解释了当时的一些化学现象和规律，正确地阐明了化学变化是原子间的化合与分解，从此消除了化学的神秘性。恩格斯曾给原子论以很高的评价，他说：“化学的新时代是随着原子论开始的。”

原子理论结束了持续几个世纪的炼丹术士和炼金术士的盲目实践。有人认为，炼金术士之所以长时期与硫磺和重金属打交道，是基于他们的一个信念：只要把硫磺的亮黄色和重金属的高密度这两个性质掺和在一起就可炼出黄金来。历史已经证明，在近代化学时期之前，化学并没有经历过像物理学发展进程中出现过的那个经典物理学时期。物理学从经典力学（或牛顿力学）到量子力学以及从研究声、热、光、电、磁等现象到揭开原子的内部结构，经历过经典和近代物理两个时期。今天经典物理仍然在规定的限度内和限定条件下起着重要乃至绝对正确的作用。但是，在近代化学之前并不存在一个类似的经典化学时期。

在以往两个世纪，以原子理论为主线的近代化学从未停止过发展，但化学作为一个整体也始终未能摆脱这个主线。因此，要达成一个共识：一般说来，化学就是指近代化学。

第二次突破是1869年俄国大化学家门捷列夫在总结前人经验的基础上，发现了著名的化学元素周期律，从而预言了新元素的发现，指导了化学理论和实验等研究工作的进展。化学元素周期律是现代无机化学的理论基础之一。恩格斯评价说：“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业。”

有人预计，化学键理论的研究将会引起第三次大突破。1916年德国化学家柯赛尔（1853～1927）和美国化学家路易斯（1875～1946）创立了经典的电价理论和共价理论。从1927年量子力学应用于化学开始，化学键理论发展很快，已建立起比较完整的体系，成为化学的重要基础理论——现代化学键理论。化学键理论的进一步发展将揭示物质的性质和结构之间的本质联系，为研制新材料、探索新能源、研究生命现象、模拟生物体内的化学变化等提供充实的理论依据。曾两次获得诺贝尔奖的美国杰出的化学家鲍林（1901～1994）指出：“化学键理论是化学家手中的金钥匙。”