无机化学的发展历史

0.4.3　无机化学的发展历史

从化学发展史上看，无机化学是化学学科的基础和母体，其他化学分支都是从中分化、衍生、成长起来的。可以说，在科学发展进程中，无机化学是化学学科的鼻祖。

原始人类就能辨别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。至少在公元前6000年，中国原始人即知烧黏土制陶器，并逐渐发展为彩陶、白陶、釉陶和瓷陶。中国在春秋战国时代就掌握了从铁矿冶铁和由铁炼钢的技术。公元前2世纪，中国发现铁能与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。古代的炼丹术是化学科学的先驱，虽然炼丹家所追求的目的荒诞，但所使用的操作方法和积累的感性知识却主要来自实验，他们设计制造了加热炉、反应室、蒸馏器、研磨器等实验用具。约在8世纪，欧洲炼丹术兴起，后来欧洲的炼丹术逐渐演进为近代的化学科学。

前17世纪的殷商时代即知食盐(氯化钠)是调味品，苦盐(氯化镁)味苦。前5世纪已有琉璃(聚硅酸盐)器皿；7世纪，中国就有焰硝(硝酸钾)、硫黄和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和技术。

由于最初化学所研究的多为无机物，所以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3人，即英国的玻意耳(Robert Boyle)、法国的拉瓦锡(Lavoisier)和英国的道尔顿(John Dalton)。

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、氢等的燃烧。他从实验结果阐述了元素和化合物的区别，提出元素是一种不能分出其他物质的物质。这些新概念和新观点，把化学这门科学的研究引上了正确的路线，为建立近代化学做出了卓越的贡献。

拉瓦锡采用天平作为研究物质变化的重要工具，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。在大量定量实验的基础上，拉瓦锡于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和新的化学命名法，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；天平也开始普遍应用于化合物组成和变化的研究。

1799年，法国化学家普鲁斯特(Proust J.L.)归纳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质量皆有一定比例。1803年，道尔顿结合质量守恒定律提出了原子学说：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组成。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，与一定质量的甲元素化合的乙元素的质量必互成简单的整数比。这个推论得到了定量实验结果的充分印证。原子学说建立后，化学这门科学宣告成立。

19世纪30年代，已知的元素已达60多种，俄国化学家门捷列夫(Mendeleev, Dmitri Ivanovich)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相对原子质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分类，元素周期表就是根据周期律将化学元素按周期和族类排列的。门捷列夫曾预言当时尚未发现的元素的存在和性质。周期律对无机化学的研究、应用起了极为重要的作用，是现代物质结构理论发展的基础。

19世纪末的一系列发现，开创了现代无机化学：1895年，伦琴(Rontgen W.K.)发现了X射线；1896年，贝克勒尔(Antoine Henri Becquerel)发现了铀的放射性；1897年，汤姆逊(Thomson Joseph John)发现了电子；1898年，居里夫妇(Pierre Curie and Marie Curie)发现了钋和镭的放射性。20世纪初，卢瑟福(Ernest Rutherford)和玻尔(Niels Hen-rik DavidBohr)提出原子是由原子核和电子所组成的结构模型，改变了道尔顿原子学说的原子不可再分的观念。随后，元素周期表的形成、放射化学的开展、非水溶剂和过渡金属化合物的研究等，标志着现代无机化学阶段的开始。1916年，科塞尔(Kossel)提出电价键理论，路易斯(Gilbert Newton Lewis)提出共价键理论，圆满地解释了元素的原子价和化合物的结构等问题。1924年，德布罗意(Louis de Broglie)提出电子等物质微粒具有波粒二象性的理论；1926年，薛定谔(Erwin Schrödinger)建立微粒运动的波动方程；1927年，海特勒(Heitler Walter)和伦敦(Fritz London)应用量子力学处理氢分子，证明在氢分子中的两个氢核间，电子概率密度有显著的集中，从而提出了化学键的现代观点。1930年，现代无机化学成为人们新的研究热点，典型的代表研究为：Stock等，乙硼烷的氢桥键(变形的价键理论)，硅的研究；Werner等，过渡金属配合物化学；Karus等，非水溶剂，放射化学等。

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

20世纪50年代以来，无机化学得到了空前的大发展。原子能的广泛研究和应用、空间科学技术的发展、使用半导体材料通信、计算技术等许多新科学技术的兴起，使无机化学又进入了“复兴时期”。这些科技部门要求无机化学致力于探索和提供种种具有特殊性能的新材料，研究极端条件下物质的性质和反应机制，以及提出新的无机物的工艺流程。同时，无机化学家又发现了十几种超铀元素，并合成了几十种稀有气体元素化合物及一些过去认为不存在、难以制备的化合物，如高溴酸及其盐、金属的特高价和特低价(零或负价)的化合物等。更大的发展是大量的新型化合物的出现，如液氮温区以上高温超导体的获得、以C₆₀为代表的碳笼原子簇化合物的发现、超硬材料(金刚石、SiC等)的工业化和商品化、以生物固氮模拟为先导而开展的许多大环配合物的制备、稀土无机发光材料、无机高分子材料、贵金属铂系抗癌药物的合成及特种功能陶瓷在尖端技术领域所起的巨大作用。其他夹心化合物、簇状化合物、穴合物、包合物等，它们都是具有特殊结构和性能的一类化合物。

无机化学的发展，不仅是新型化合物的涌现，还包括无机化合物的结构和反应机制的研究，这需要现代物理测试方法和理论的指导。例如，一种新型无机化合物合成后，首先通过化学分析或仪器分析测定其组成，进一步再通过X射线衍射研究新化合物的结构；或是通过红外光谱、电子光谱、核磁共振、光电子能谱等技术的应用，再从价键理论或结构理论加以解释，最终能阐明其可能的结构，得出结论。从另一方面说，由实验所取得的大量数据资料，又为理论提供了实验基础，促使其建立和发展。所以，在无机化合物的结构研究中，测定方法和结构理论是相互补充、相互促进的。随着现代仪器分析技术广泛地用于化合物或物相的测试与表征，真正地使无机化学由宏观进入微观、定性进入定量、感性进入理性，这说明无机材料、无机制备与表征技术正在以一种崭新的面貌出现在人们面前，而且必将对21世纪人类科学技术的发展产生重大的影响。