“化學(xué)”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展

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化學(xué)是研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化和應(yīng)用的科學(xué)。世界是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類用以認識和改造物質(zhì)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(xué)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(zhì)的現(xiàn)代社會，人類都在享用化學(xué)成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，有賴于科學(xué)技術(shù)的進步，而化學(xué)的貢獻在其中起了重要的作用。

化學(xué)是重要的基礎(chǔ)科學(xué)之一，在與物理學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等學(xué)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(xué)科和技術(shù)的發(fā)展。例如，核酸化學(xué)的研究結(jié)果使今天的生物學(xué)從細胞水平提高到分子水平，建立了分子生物學(xué)；對地球、月球和其他天體的化學(xué)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(xué)提供了實驗數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了地球化學(xué)和宇宙化學(xué)?；瘜W(xué)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(xué)思想的發(fā)展。

化學(xué)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(xué)方法認識和改造天然物質(zhì)?；皓ぉと紵ぉぞ褪且环N化學(xué)現(xiàn)象。掌握了火以后，人類開始熟食;逐步學(xué)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(zhì)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(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學(xué)知識。

古人曾根據(jù)物質(zhì)的某些性質(zhì)對物質(zhì)進行分類，并企圖追溯其本源及其變化規(guī)律。公元前4世紀或更早，中國提出了陰陽五行學(xué)說，認為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)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(zhì)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(shù)的理論基礎(chǔ)之一。公元前4世紀，希臘也提出與五行學(xué)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(zhì)結(jié)構(gòu)及變化理論的萌芽。后來在中國出現(xiàn)了煉丹術(shù)，到了公元前2世紀的秦漢時代，煉丹術(shù)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(xué)相融合而形成阿拉伯煉金術(shù)，阿拉伯煉金術(shù)于中世紀傳入歐洲，形成歐洲煉金術(shù)，后逐步演進為近代的化學(xué)。英文中化學(xué)一字(chemistry)的字根chem，即來源于中世紀的拉丁文煉金術(shù)(alchemia)。

煉丹術(shù)的指導(dǎo)思想是深信物質(zhì)能轉(zhuǎn)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(zhì)搭配燒煉，進行實驗。為此設(shè)計了研究物質(zhì)變化用的各種器皿，如升華器、蒸餾器、研缽等，也創(chuàng)造了各種實驗方法，如研磨、混合、溶解、結(jié)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(zhì)的性質(zhì)，特別是相互反應(yīng)的性能。這些都為近代化學(xué)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，許多器具和方法經(jīng)過改造后仍然在今天的化學(xué)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)了若干元素（如汞、鋅、砷、銻、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，如明礬等。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(xué)和冶金化學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展，使煉金術(shù)轉(zhuǎn)向生活和實際，更進而注意對物質(zhì)化學(xué)變化本身的研究。在元素的科學(xué)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(xué)的氧化理論和反應(yīng)中質(zhì)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(xué)進一步科學(xué)地發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

19世紀初，建立了近代原子論，突出地強調(diào)了各種元素的原子的質(zhì)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學(xué)知識和理論得到了合理的解釋，成為說明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。分子假說提出后，建立了原子分子學(xué)說，為物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究奠定了基礎(chǔ)。元素周期律發(fā)現(xiàn)后，不僅初步形成了無機化學(xué)的體系，并且與原子分子學(xué)說一起形成化學(xué)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(xué)說的實驗驗證，經(jīng)典的化學(xué)分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素(即脲)的合成、原子價概念的產(chǎn)生、苯的六元環(huán)結(jié)構(gòu)和碳價鍵四面體等學(xué)說的創(chuàng)立、酒石酸拆分成旋光異構(gòu)體，以及分子的不對稱性等等的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致有機化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立，使人們對分子本質(zhì)的認識愈益深入，并奠定了有機化學(xué)的基礎(chǔ)。

19世紀下半葉，熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)之后，不僅澄清了化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的概念，而且可以定量地判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離學(xué)說、電化學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的基礎(chǔ)理論。物理化學(xué)的誕生，把化學(xué)從理論上提高到一個新水平。

20世紀的化學(xué)

化學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)。在化學(xué)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(xué)其他學(xué)科和社會生產(chǎn)迅速發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)學(xué)科不論在認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)、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(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。

近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學(xué)方法及計算機技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用，對現(xiàn)代化學(xué)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(xué)在20世紀的重大進展創(chuàng)造了條件。

在結(jié)構(gòu)化學(xué)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(yīng)用量子力學(xué)研究分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了量子化學(xué)。從氫分子結(jié)構(gòu)的研究開始，逐步揭示化學(xué)鍵的本質(zhì)，先后創(chuàng)立了價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論?；瘜W(xué)反應(yīng)理論也隨著深入到微觀境界。應(yīng)用X射線作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新分析手段，便可洞察物質(zhì)的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。測定化學(xué)立體結(jié)構(gòu)的衍射方法，有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應(yīng)用所積累的精密分子立體結(jié)構(gòu)信息最多。研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的譜學(xué)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(zhì)結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)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(jié)構(gòu)。

經(jīng)典的元素學(xué)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(yīng)和核裂變的實現(xiàn)、氘的發(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(yīng)的實驗方法和理論；不僅實現(xiàn)了古代煉丹家轉(zhuǎn)變元素的思想，而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(xué)和核化學(xué)等分支學(xué)科相繼產(chǎn)生，并迅速發(fā)展；同位素地質(zhì)學(xué)、同位素宇宙化學(xué)等交叉學(xué)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素以驗證元素“穩(wěn)定島”的假說。與現(xiàn)代宇宙學(xué)相依存的元素起源學(xué)說和與演化學(xué)說密切相關(guān)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(xué)反應(yīng)理論方面，由于對分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的認識的提高，經(jīng)典的、統(tǒng)計的反應(yīng)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(yīng)理論發(fā)展，用分子軌道理論研究微觀的反應(yīng)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、激光和等離子技術(shù)的應(yīng)用，使得對不穩(wěn)定化學(xué)物種的檢測和研究成為現(xiàn)實，從而化學(xué)動力學(xué)已有可能從經(jīng)典的、統(tǒng)計的宏觀動力學(xué)深入到單個分子或原子水平的微觀反應(yīng)動力學(xué)。計算機技術(shù)的發(fā)展，使得分子電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)的量子化學(xué)計算、化學(xué)統(tǒng)計、化學(xué)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(xué)教育之中。關(guān)于催化作用的研究，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(jié)構(gòu)和尺寸的角度和生物物理有機化學(xué)的角度，來研究酶類的作用和酶類的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系。

分析方法和手段是化學(xué)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(jié)構(gòu)分析，構(gòu)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(shù)，特別是各種色譜法得到了迅速的發(fā)展。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)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(zhì)譜儀、極譜儀、色譜儀的應(yīng)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?，F(xiàn)代航天技術(shù)的發(fā)展和對各行星成分的遙控分析，反映出分析技術(shù)的現(xiàn)代化水平。

合成各種物質(zhì)，是化學(xué)研究的主要目的之一。在無機合成方面，首先合成的是氨。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(xué)，發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)。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(dǎo)體、超導(dǎo)材料和二茂鐵等配位化合物。在電子技術(shù)、核工業(yè)、航天技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的推動下，各種超純物質(zhì)、新型化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術(shù)都得到較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn)，需要對零族元素的化學(xué)重新加以研究。無機化學(xué)在與有機化學(xué)、生物化學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機金屬化學(xué)、生物無機化學(xué)、無機固體化學(xué)等新興學(xué)科。

酚醛樹脂的合成，開辟了高分子科學(xué)領(lǐng)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。后來，高分子的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究、應(yīng)用三方面保持互相配合和促進，使高分子化學(xué)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(yīng)用，為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術(shù)，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(zhì)文明的重要標志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學(xué)工業(yè)的重要支柱。

20世紀是有機合成的黃金時代?；瘜W(xué)的分離手段和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)和專一性有機試劑，在此基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)和特種性能的有機化合物;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(zhì)、核酸等生命基礎(chǔ)物質(zhì)，例如胰島素、大腸桿菌脫氧核糖核酸、酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸等。有機化學(xué)家還合成了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然有機化合物，如嗎啡、血紅素、葉綠素、甾族激素、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(xué)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(zhì)，并與其他學(xué)科協(xié)同解決有生命物質(zhì)的合成問題及解決前生命物質(zhì)的化學(xué)問題等，提供了有利的條件。

20世紀以來，化學(xué)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，再用于指導(dǎo)設(shè)計和開創(chuàng)新的研究。一方面，為生產(chǎn)和技術(shù)部門提供盡可能多的新物質(zhì)、新材料；另一方面，在與其他自然科學(xué)相互滲透的進程中不斷產(chǎn)生新學(xué)科，并向探索生命科學(xué)和宇宙起源的方向發(fā)展。

化學(xué)的學(xué)科分類

化學(xué)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(wù)的不同，派生出不同層次的許多分支學(xué)科。在20世紀20年代以前，化學(xué)傳統(tǒng)地分為無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)等4個分支學(xué)科。20年代以后，由于世界經(jīng)濟的高速發(fā)展、化學(xué)鍵的電子理論和量子力學(xué)的誕生、電子技術(shù)和計算機等技術(shù)的興起，化學(xué)研究在理論上和實驗技術(shù)上都獲得了新的手段，導(dǎo)致這門學(xué)科從30年代以來飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了嶄新面貌。從與其他學(xué)科相互滲透的邊緣領(lǐng)域內(nèi)又有一些新的邊緣學(xué)科產(chǎn)生。美國《化學(xué)文摘》為了適應(yīng)當前的需要，把化學(xué)內(nèi)容分為生物化學(xué)、有機化學(xué)、高分子化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)、物理化學(xué)和無機化學(xué)等5大類共80項，實際包括了7大分支學(xué)科。

根據(jù)當今化學(xué)學(xué)科的發(fā)展以及它與天文學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地學(xué)等學(xué)科相互滲透的情況，化學(xué)可作如下分類：

無機化學(xué)：元素化學(xué)；無機合成化學(xué)；無機固體化學(xué)；配位化學(xué)；生物無機化學(xué)；有機金屬化學(xué)等。

有機化學(xué)：天然有機化學(xué)；一般有機化學(xué)，包括鏈烴、環(huán)烴、芳烴、雜環(huán)等化學(xué)；有機合成化學(xué)；金屬有機化學(xué)和非金屬有機化學(xué)；物理有機化學(xué)；生物有機化學(xué)；有機分析化學(xué)。

物理化學(xué)：化學(xué)熱力學(xué)；結(jié)構(gòu)化學(xué)，包括量子化學(xué)；化學(xué)動力學(xué)，包括反應(yīng)機理、催化理論、分子反應(yīng)動力學(xué)；分門物理化學(xué)，包括熱化學(xué)、光化學(xué)、電化學(xué)、磁化學(xué)、等離子體化學(xué)、輻射化學(xué)、膠體化學(xué)、表面化學(xué)等。

分析化學(xué)：分離和預(yù)富集；化學(xué)分析，包括定性分析和定量分析;儀器及新技術(shù)分析，包括光化學(xué)分析、電化學(xué)分析、各種色譜、波譜、磁共振譜和能譜，以及射線衍