“化學”簡介含義起源歷史與發(fā)展

1、化學化學是研究物質的性質、組成、結構、變化和應用的科學。世界是由物質組成的，化學 則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久又富有活力的學科。它的成就是社會文明的重要標志。從開始用火的原始社會， 到使用各種人造物質的現(xiàn)代社會，人類都在享用化學成果。 人類的生活能夠不斷提高和改善，有賴于科學技術的進步，而化學的貢獻在其中起了重要的作用?；瘜W是重要的基礎科學之一，在與物理學、生物學、天文學等學科的相互滲透中，不僅本身得到了迅速的發(fā)展，同時也推動了其他學科和技術的發(fā)展。例如，核酸化學的研究結果使今天的生物學從細胞水平提高到分子水平，建立了分子生物學； 對地球、月球和其他天體

2、的化學成分的分析，得出了元素分布的規(guī)律， 發(fā)現(xiàn)了星際空間簡單化合物的存在，為天體演化和現(xiàn)代宇宙學提供了實驗數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了地球化學和宇宙化學?；瘜W的重大成就，還豐富了自然辯證法的內(nèi)容，推動了唯物主義哲學思想的發(fā)展?；瘜W的歷史發(fā)展原始人類從用火之時開始， 由野蠻進入文明，同時也就開始了用化學方法認識和改造天然物質。火 一燃燒一就是一種化學現(xiàn)象。掌握了火以后，人類開始熟食；逐步學會了制陶、冶銅、煉鐵；以后，又懂得了釀造、染色等等。這些由天然物質加工改造而成的制品，成為 古代文明的標志。在這些生產(chǎn)實踐的基礎上，萌發(fā)了古代化學知識。古人曾根據(jù)物質的某些性質對物質進行分類，并企圖追溯其本源及其變化規(guī)律。公元

3、前4世紀或更早，中國提出了陰陽五行學說，認為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質組合而成，而五行則是由陰陽二氣相互作用而成的。此說為樸素的唯物主義自然觀，用陰陽這個概念來解釋自然界兩種對立和互相消長的物質勢力，認為二者的相互作用是一切自 然現(xiàn)象變化的根源。此說為中國煉丹術的理論基礎之一。公元前4世紀，希臘也提出與五行 學說類似的火、風、土、水四元素說和古代原子論。這些樸素的元素思想，即為物質結構及變化理論的萌芽。后來在中國出現(xiàn)了煉丹術， 到了公元前2世紀的秦漢時代，煉丹術已頗為盛行，大致在公元7世紀傳到阿拉伯國家， 與古希臘哲學相融合而形成 阿拉伯煉金術，阿拉 伯煉金術于中世紀傳入歐洲，形成

4、歐洲煉金術，后逐步演進為近代的化學。英文中化學一字（chemistry）的字根chem,即來源于中世紀的拉丁文煉金術 （alchemia）。煉丹術的指導思想是深信物質能轉化，試圖在煉丹爐中奪造化之功， 人工合成金銀或修煉長生不老之藥，有目的地將各類物質搭配燒煉，進行實驗。為此設計了研究物質變化用的各種器皿，如升華器、蒸儲器、研缽等，也創(chuàng)造了各種實驗方法，如研磨、混合、溶解、結 晶、灼燒、熔融、升華、密封等。與此同時，進一步分類研究了各種物質的性質，特別是相 互反應的性能。這些都為近代化學的產(chǎn)生奠定了基礎，許多器具和方法經(jīng)過改造后仍然在今天的化學實驗室中沿用。 煉丹家在實驗過程中發(fā)明了火藥，發(fā)現(xiàn)

5、了若干元素（如汞、鋅、神、睇、磷等），制成了某些合金（如黃銅、白銅），還制出和提純了許多化合物，如明磯等。 這些成果我們至今仍在利用。16世紀開始，歐洲工業(yè)生產(chǎn)蓬勃興起，推動了醫(yī)藥化學和冶金化學的創(chuàng)立和發(fā)展，使 煉金術轉向生活和實際，更進而注意對物質化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立之后，通過對燃燒現(xiàn)象的精密實驗研究，建立了科學的氧化理論和反應中 質量守恒定律，隨后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，為化學進一步科學地發(fā)展奠定了基礎。19世紀初，建立了近代原子論，突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特 征，其中量的概念的引入，是與古代原子論的一個主要區(qū)別。近代原子論使當時的化

6、學知識和理論得到了合理的解釋，成為說明化學現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。分子假說提出后，建立了原子分子學說，為物質結構的研究奠定了基礎。元素周期律發(fā)現(xiàn)后,不僅初步形成了無機化學的體系，并且與原子分子學說一起形成化學理論體系。通過對礦物的分析， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多新元素，加上對原子分子學說的實驗驗證，經(jīng)典的化學分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素（即明的合成、原子價概念的產(chǎn)生、苣的六元環(huán)結構和碳價鍵四面體等學說的創(chuàng)立、酒石酸拆分成旋光異構體，以及分子的不對稱性等等的發(fā)現(xiàn)，導致有機化學結構理論的建立,使人們對分子本質的認識愈益深入，并奠定了有機化學的基礎。19世紀下半葉，熱力學等物理學理論引入化學之后，不僅澄清了化

7、學平衡 和反應速率的概念，而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了遜理論、電離學說、電化學和化學動力學的基礎理論。物理化學的誕生,把化學從理論上提高到一個新 水平。20世紀的化學化學是一門建立在實驗基礎上的科學。在化學研究中實驗與理論兩方面一直是相互依賴、彼此促進的。進入 20世紀以后，由于受到自然科學其他學科和社會生產(chǎn)迅速發(fā)展的影響，并廣泛地應用了當代科學的理論、 技術和方法，化學學科不論在認識物質的組成、 結構、 反應、合成和測試等方面都有了長足的進展， 而且在理論方面取得了許多重要成果。 在無機 化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上產(chǎn)生了新的化學分支

8、學科。近代物理的理論和技術、數(shù)學方法及計算機技術在化學中的應用， 對現(xiàn)代化學的發(fā)展起 了很大的推動作用。19世紀末，電子、X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學在20世紀的重大進展 創(chuàng)造了條件。在結構化學方面,由電子的發(fā)現(xiàn)開始而確立的現(xiàn)代的有核原子模型，不僅豐富和深化了對周期律的認識，而且發(fā)展了分子理論。應用量子力學研究分子結構，產(chǎn)生了量子化學。從氫分子結構的研究開始，逐步揭示化學鍵的本質,先后創(chuàng)立了價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論?；瘜W反應理論也隨著深入到微觀境界。應用X射線作為研究物質結構的新分析手段，便可洞察物質的 晶體化學結構。測定化學立體結構的衍射方法，有X射線衍射、電子衍射和中子衍射 等方法

9、。其中以 X射線衍射法的應用所積累的精密分子立體結構信息最 一 多。研究物質結構的譜學方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴展到核磁共振譜、電子自旋共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等，與電子計算機聯(lián)用后，積累大量 物質結構與性能相關的資料， 正由經(jīng)驗向理論發(fā)展。 電子顯微鏡放大倍數(shù)不斷提高，人們已可直接觀察分子的結構。經(jīng)典的元素學說由于放射性的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生深刻的變革。從放射性衰變理論的創(chuàng)立、同位素的發(fā)現(xiàn)到人工 核反應和核裂變的實現(xiàn)、 瓜的發(fā)現(xiàn)、中子和正電子及其他 基本粒子的發(fā)現(xiàn), 不僅使人類的認識深入到亞原子層次，而且創(chuàng)立了相應的實驗方法和理論；不僅實現(xiàn)了古代煉丹家轉變元素的思想，而

10、且改變了人的宇宙觀。作為20世紀的時代標志，人類開始掌握和利用核能。放射化學和核化學等分支學科相繼產(chǎn)生,并迅速發(fā)展；同位素地質學、同位素 宇宙化學等交叉學科接踵誕生。元素周期表擴充了，已有109號元素，并且正在探索 超重元京以驗證元素穩(wěn)定島”的假說。與現(xiàn)代宇宙學相依存的元素起源學說和與演化學說密切相關 的核素年齡測定等工作，都在不斷補充和更新元素的觀念。在化學反應理論方面，由于對分子結構和化學鍵的認識的提高，經(jīng)典的、統(tǒng)計的反應理論已進一步深化，在過渡態(tài)理論 建立后,逐漸向微觀的反應理論發(fā)展，用分子軌道理論研究微觀的反應機理，并逐步建立了分子軌道對稱守恒原理和前線軌道理論。分子束、激光和等 離子

11、技術的應用，使得對不穩(wěn)定化學物種的檢測和研究成為現(xiàn)實，從而化學動力學已有可能從經(jīng)典的、統(tǒng)計的宏觀動力學深入到單個分子或原子水平的微觀反應動力學。計算機技術的發(fā)展，使得分子電子結構和化學反應的量子化學計算、化學統(tǒng)計、化學模式識別，以及大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理和綜合等方面，都得到較大的進展，有的已經(jīng)逐步進入化學教育之中。關于喳化作用的研究，已提出了各種模型和理論， 從無機催化進入有機催化和生物催化，已開始從分子微觀結構和尺寸的角度和生物物理有機化學的角度，來研究酶類的作用和酶類的結構與其功能的關系。分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。一方面，經(jīng)典的成分和組成分析方法仍在不斷改進，分析靈敏度從常量發(fā)展

12、到微量、超微量、痕量；另一方面，發(fā)展出許多新的分析方法，可深入到進行結構分析，構象測定，同位素測定，各種活潑中間體如自由基（包括雙基和多基）、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定，以及對短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測 等。分離手段也不斷革新， 離子交換、膜技術，特別是各種 色譜法得到了迅速的發(fā)展。為了 適應現(xiàn)代科學研究和工業(yè)生產(chǎn)的需要和滿足靈敏、精確、高速的要求，各種分析儀器，如質譜儀、極譜儀、色譜儀的應用和微機化、自動化，及其與其他重要譜儀的聯(lián)用，得到迅速發(fā) 展和完善。現(xiàn)代航天技術的發(fā)展和對各行星成分的遙控分析，反映出分析技術的現(xiàn)代化水平。合成各種物質，是化學研究的主要目的之一。在無機合成方面，首先

13、合成的是氨。氨的合成不僅開創(chuàng)了無機合成工業(yè)，而且?guī)恿舜呋瘜W，發(fā)展了化學熱力學和反應動力學。后來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導體、超導材料和 二茂鐵等配位化合物。在電子技術、核工業(yè)、航天技術等現(xiàn)代工業(yè)技術的推動下，各種超純物質、新型 化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術都得到較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學家提出了新的挑戰(zhàn)，需要對零族元素的化學重新加以研究。無機化學在與有機化學、生物化學、物理學等學科相互滲透中產(chǎn)生了有機金屬化學、生物無機化學、無機固體化學等新興學科。酚醛樹脂的合成,開辟了高分子科學領域。 30年代聚酰胺纖維的合成,使高分子的概 念得到廣泛的確認

14、。 后來，高分子的合成、結構和性能研究、 應用三方面保持互相配合和促 進，使高分子化學 得以迅速發(fā)展。各種高分子材料（塑料、橡膠和纖維）的合成和應用，為 現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能 優(yōu)異而成本較低的重要材料，成為現(xiàn)代物質文明的重要標志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學工業(yè)的 重要支柱。20世紀是有機合成 的黃金時代。化學的分離手段和結構分析方法已經(jīng)歷了高度發(fā)展， 許多天然有機化合物的結構問題紛紛獲得圓滿解決，還發(fā)現(xiàn)了許多新的重要的有機反應和專一性有機試劑，在此基礎上，精細有機合成，特別是在不對稱合成方面取得了很大進展。一方面，合成了各種有特種結構和特種

15、性能的有機化合物；另一方面，合成了從不穩(wěn)定的自由基到有生物活性的 蛋白質、核酸等生命基礎物質,例如胰島素、大腸桿菌脫氧核糖核酸、酵 母丙氨酸轉移核糖核酸等。有機化學家還合成了復雜結構的天然有機化合物，如理性、血紅素、葉綠素、雷族激素、維生素B12和有特效的藥物，如 606、磺胺、抗生素等。這些成就 對促進科學的發(fā)展、 增進人類的健康和延長人類的壽命，起了巨大作用；為合成有高度生物活性的物質，并與其他學科協(xié)同解決有生命物質的合成問題及解決前生命物質的化學問題 等，提供了有利的條件。20世紀以來，化學發(fā)展的趨勢可以歸納為：由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩(wěn)定態(tài) 向亞穩(wěn)態(tài)發(fā)展，由經(jīng)驗逐漸上升到理論，再

16、用于指導設計和開創(chuàng)新的研究。一方面，為生產(chǎn)和技術部門提供盡可能多的新物質、新材料；另一方面，在與其他自然科學相互滲透的進程中不斷產(chǎn)生新學科，并向探索生命科學和宇宙起源的方向發(fā)展?；瘜W的學科分類化學在發(fā)展過程中， 依照所研究的分子類別和研究手段、目的、任務的不同，派生出不同層次的許多分支學科。 在20世紀20年代以前，化學傳統(tǒng)地分為無機化學、有機化學、物 理化學和分析化學等 4個分支學科。20年代以后，由于世界經(jīng)濟的高速發(fā)展、化學鍵的電 子理論和量子力學的誕生、電子技術和計算機等技術的興起，化學研究在理論上和實驗技術上都獲得了新的手段，導致這門學科從30年代以來飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了嶄新面貌。從與其他

17、學科相互滲透的邊緣領域內(nèi)又有一些新的邊緣學科產(chǎn)生。美國化學文摘為了適應當前的需要，把化學內(nèi)容分為生物化學、有機化學、高分子化學、應用化學和化學工程學、物理化 學和無機化學等 5大類共80項，實際包括了 7大分支學科。根據(jù)當今化學學科的發(fā)展以及它與天文學、物理學、數(shù)學、生物學、醫(yī)學、地學等學科 相互滲透的情況，化學可作如下分類：無機化學：元素化學；無機合成化學；無機固體化學；配位化學；生物無機化學；有機金屬化學等。有機化學：天然有機化學；一般有機化學，包括鏈燒、環(huán)煌、芳煌、雜環(huán)等化學；有機 合成化學；金屬有機化學和非金屬有機化學；物理有機化學：生物有機化學;有機分析 化學。物理化學：化學熱力學；結構化學，包括量子化學；化學動力學，包括反應機理、催化 理論、分子反應動力學；分門物理化學，包括 熱化學、光化學、電化學、磁化學、等離子體 化學、輻射化學、膠體化學、表面化學等。分析化學：分離和預富集；化學分析，包括 定性分析和定量分析；儀器及新技術分析， 包括光化學分析、電化學分析、各種色譜、波譜、磁共振譜和能譜，以及射線衍射晶體分析、 結構及微區(qū)測定等。高分子