无机化学发展史

第一节　无机化学发展史

从原始社会开始，人类就能辨别自然界存在的无机物质的性质而加以利用，后来偶然发现自然物质能变化成性质不同的新物质，于是加以仿效，这就是古代化学工艺的开始。

在公元前6000年，中国原始人就知道烧粘土制陶器，并逐渐发展为彩陶、白陶，釉陶与瓷器。公元前5000年左右，人类发现天然铜性质坚韧，用作器具不易破损。后又观察到铜矿石如孔雀石（碱式碳酸铜）和燃炽的木炭接触而被分解为氧化铜，进而被还原为金属铜，经过反复观察与试验，终于掌握以木炭还原铜矿石的炼铜技术。以后又陆续掌握炼锡、炼锌、炼镍等技术。中国在春秋战国时代即掌握了从铁矿冶铁与由铁炼钢的技术，公元前2世纪中国发现铁能和铜化合物溶液反应产生铜，这个反应成为后来生产铜的方法之一。

对于化合物的研究方面，在殷商时代（公元前17世纪）就知食盐（氯化钠）是很好的调味品，苦盐（氯化镁）的味苦。公元前5世纪已有琉璃（聚硅酸盐）器皿。公元7世纪，中国即有焰硝（硝酸钾）、硫黄与木炭做成火药的记载。明朝宋应星在1637年刊行的《天工开物》中详细记述了中国古代手工业技术，其中有陶瓷器、铜、钢铁、食盐、焰硝、石灰、红黄矾等几十种无机物的生产过程。由此可见，在化学科学建立前，人类已掌握了大量无机化学的知识与技术。

古代的炼丹家是化学科学的先驱，炼丹术就是试图将丹砂（硫化汞）之类药剂变成黄金，并炼制出长生不老之丹的方术。中国金丹术始于公元前二三世纪的秦汉时代。公元142年中国金丹家魏伯阳所著的《周易参同契》是世界上最古的论述金丹术的书，约在360年又出现了葛洪著的《抱朴子》。这两本书记载了60多种无机物与它们的许多变化。约在公元8世纪，欧洲金丹术方才兴起，后来欧洲的金丹术逐渐演进为近代的化学科学，而中国的金丹术则未能进一步演进。

金丹家关于无机物变化的知识主要从实验中得来。他们设计制造了加热炉、反应室、蒸馏器、研磨器等实验用具。金丹家所追求的目的虽属荒诞，但所使用的操作方法与积累的感性知识，却成为化学科学的前驱。

最初的化学是从无机物开始研究的，因此，近代无机化学的建立就标志着近代化学的创始。建立近代化学贡献最大的化学家有三人，即英国的玻意耳、法国的拉瓦锡与英国的道尔顿。

玻意耳在化学方面进行过很多实验，如磷、氢的制备，金属在酸中的溶解以及硫、氢等物的燃烧。他从实验结果阐述了元素与化合物的区别，提出元素是一种不能分出其他物质的物质。这些新概念与新观点，把化学这门科学的研究引上了正确的路线，对近代化学的建立作出了卓越的贡献。

拉瓦锡采用天平作为研究物质变化的重要工具，从而开始了化学反应的定量研究。他进行了硫、磷的燃烧，锡、汞等金属在空气中加热的定量实验，确立了物质的燃烧是氧化作用的正确概念，推翻了盛行百年之久的燃素说。拉瓦锡在大量定量实验的基础上，于1774年提出质量守恒定律，即在化学变化中，物质的质量不变。1789年，在他所著的《化学概要》中，提出第一个化学元素分类表与新的化学命名法，并运用正确的定量观点，叙述当时的化学知识，从而奠定了近代化学的基础。由于拉瓦锡的提倡，天平开始普遍应用于化合物组成与变化的研究。

1799年，法国化学家普鲁斯特归纳了多组化合物组成测定的结果，提出定比定律，即每个化合物各组分元素的重量皆有一定比例。结合质量守恒定律，1803年道尔顿提出原子学说，宣布一切元素都是由不能再分割、不能毁灭的称为原子的微粒所构成。并从这个学说引申出倍比定律，即如果两种元素化合成几种不同的化合物，则在这些化合物中，和一定重量的甲元素化合的乙元素的重量必互成简单的整数比。这个推论得到定量实验结果的充分印证。原子学说建立后，化学这门科学开始宣告成立。

到了19世纪30年代，人类已知的元素已经达到60多种，俄国化学家门捷列夫研究了这些元素的性质，在1869年提出元素周期律：元素的性质随着元素原子量的增加呈周期性的变化。这个定律揭示了化学元素的自然系统分类。元素周期表就是根据周期律将化学元素按周期与族类排列的，周期律对于无机化学的研究、应用起了极为重要的作用。

现今已知的元素共118种，现在已经命名并有相关依据可查的有109种，还有9种已经发现，但相关的东西还不太清楚。其中94种存在于自然界，24种是人造的。代表化学元素的符号大都是拉丁文名称缩写；中文名称有些是中国自古以来就熟知的元素，如金、铝、铜、铁、锡、硫、砷、磷等；有些是由外文音译的，如钠、锰、铀、氦等；也有按意新创的，如氢（轻的气）、溴（臭的水）、铂（白色的金），此外也有外文名字的译音等。

元素周期律的发现对化学的发展起着重大的推动作用。根据周期律，门捷列夫曾经预言当时尚未发现的元素的存在与性质。周期律还指导了对元素及其化合物性质的系统研究，成为现代物质结构理论发展的基础。系统无机化学一般就是指按周期分类对元素及其化合物的性质、结构及其反应所进行的叙述与讨论。

19世纪末的一系列发现开创了现代无机化学：最先是在1895年，伦琴发现X射线；1896年贝克勒尔发现铀的放射性；1897年汤姆逊发现电子；1898年，居里夫妇发现钋与镭的放射性。20世纪初卢瑟福与玻尔提出原子是由原子核与电子所构成的结构模型，改变了道尔顿原子学说的原子不可再分的观念。

1916年科塞尔提出电价键理论；路易斯提出共价键理论，完满地解释了元素的原子价与化合物的结构等问题。1924年，德布罗意提出电子等物质微粒具有波粒二象性的理论；1926年，薛定谔建立微粒运动的波动方程；次年，海特勒与伦敦应用量子力学处理氢分子，证明在氢分子中的两个氢核间，电子几率密度有显著的集中，从而提出了化学键的现代观点。

此后，经过几方面的工作，发展成为化学键的价键理论、分子轨道理论与配位场理论。这三个基本理论是现代无机化学的理论基础。