學(xué)科教育論文-化學(xué)的繼往開來.docVIP

學(xué)科教育論文-化學(xué)的繼往開來化學(xué)真正被確立成為一門科學(xué)大約在18世紀(jì)后期。工業(yè)革命推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)的空前發(fā)展，給化學(xué)研究提供了必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和研究課題。燃燒過程在生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用，促使人們開始研究燃燒反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。最初，認(rèn)為一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都可以歸結(jié)為物質(zhì)吸收或釋放一種“燃素物質(zhì)”的過程，而命名為燃素學(xué)說。它對(duì)當(dāng)時(shí)已知的許多化學(xué)現(xiàn)象作出了定性的解釋，但也還存在著許多的矛盾，如它不能解釋金屬煅燒時(shí)，燃素從中逸出后，質(zhì)量反而增加的事實(shí)。18世紀(jì)后期，當(dāng)發(fā)現(xiàn)氧氣之后，法國科學(xué)家LavosierAL在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，證實(shí)燃燒的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)和空氣中的氧氣發(fā)生的化合反應(yīng)。氧化燃燒理論代替了燃素說。Lavosier提出的化學(xué)元素的概念，并揭示了眾所周知的質(zhì)量守恒定律。因此Lavosier被公認(rèn)為“化學(xué)之父”和化學(xué)科學(xué)奠基人。19世紀(jì)初，由于化學(xué)知識(shí)的積累和化學(xué)實(shí)驗(yàn)從定性研究到定量研究的發(fā)展，關(guān)于化合物的組成也初步得出了一些規(guī)律，如化合物定組成定律以及化合量定律。在這些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，英國科學(xué)家DaltonJ開始孕育一種關(guān)于“原子”的新思想，他認(rèn)為物質(zhì)是由不能再分割的原子所組成，原子不能創(chuàng)造也不能消滅，每種元素當(dāng)它與其他元素化合時(shí)都是以原子為代表的最小單位一份一份地進(jìn)行。DaltonJ的原子論合理地解釋了當(dāng)時(shí)已知的一些化學(xué)定律，而且開始了原子量的測(cè)定工作，并得到了第一張?jiān)恿勘?，為化學(xué)的發(fā)展奠立了重要的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)由此進(jìn)入了以原子論為主線的新時(shí)期。Dalton的原子論對(duì)化學(xué)發(fā)展雖有重大貢獻(xiàn)，但由于受當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，受機(jī)械論、形而上學(xué)自然觀的影響，因此它仍存在著一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。尤其是在揭示了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)之后，原子不可分割的論點(diǎn)明顯需要進(jìn)行修正和補(bǔ)充。另外，他未能區(qū)分原子和分子，因此，Dalton原子論與有些實(shí)驗(yàn)事實(shí)之間存在著一些矛盾。1808年GayLussac通過氣體反應(yīng)實(shí)驗(yàn)提出了氣體化合體積定律：在同溫同壓下，氣體反應(yīng)中各氣體體積互成簡(jiǎn)單的整數(shù)比。并且利用剛剛誕生的原子論加以解釋，很自然地得出這樣的結(jié)論：同溫同壓下的各種氣體，相同體積內(nèi)含有相同的原子數(shù)。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)就會(huì)得出“半個(gè)原子”的結(jié)論，例如由一體積氯氣和一體積氫氣生成了兩體積氯化氫，每個(gè)氯化氫都只能是半個(gè)原子的氯和半個(gè)原子的氫所組成，這與原子不可分割的觀點(diǎn)直接對(duì)立，此問題成為GayLussac與Dalton爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。為了解決這個(gè)矛盾，1811年意大利科學(xué)家Avogadro提出了分子的概念，認(rèn)為氣體分子可以由幾個(gè)原子組成，例如H2，O2，Cl2都是雙原子分子，并且指出：同溫同壓下，同體積氣體所含分子數(shù)目相等。這樣原子學(xué)說和氣體化合體積定律統(tǒng)一起來了。但是，Avogadro的分子假說直到半個(gè)世紀(jì)以后才被公認(rèn)。在1860年國際化學(xué)會(huì)議上關(guān)于原子量問題的激烈爭(zhēng)論之際，CannizzaroS在他的論文中指出，只要接受50年前Avogadro提出的分子假說，測(cè)定原子量、確定化學(xué)式的困難就可以迎刃而解，半個(gè)世紀(jì)來化學(xué)領(lǐng)域中的混亂都可以一掃而清。他的論點(diǎn)條理清楚，論據(jù)充分，迅速得到各國化學(xué)家的贊同，原子分子論從此得以確定。它奠立了近化化學(xué)總體的理論基礎(chǔ)。它指明：不同元素代表不同原子，原子按一定方式或結(jié)構(gòu)結(jié)合成分子，分子的結(jié)構(gòu)直接決定其性能，分子進(jìn)一步組成物質(zhì)。這個(gè)理論基礎(chǔ)在化學(xué)的發(fā)展進(jìn)程中不斷深化和擴(kuò)展。元素、原子、分子和原子量，是現(xiàn)代化學(xué)科學(xué)中最基本的幾個(gè)概念。到1869年已有63種元素為科學(xué)家們所認(rèn)識(shí)，測(cè)定原子量的工作也有了很大的進(jìn)展，原子價(jià)的概念已得到明確，對(duì)各種元素的物理及化學(xué)性質(zhì)的研究成果也越來越豐富。在此基礎(chǔ)上，MendeleevDI和MeyevL深入研究了元素的物理和化學(xué)性能隨原子量遞變的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了元素性質(zhì)按原子量從小到大的順序周而復(fù)始地遞變的周期關(guān)系，并把它表達(dá)成元素周期表的形式。元素周期律的發(fā)現(xiàn)對(duì)化學(xué)的發(fā)展，特別是對(duì)無機(jī)化學(xué)的系統(tǒng)化，起了決定性作用。至于元素的發(fā)現(xiàn)及原子量的準(zhǔn)確測(cè)定則歸功于經(jīng)典化學(xué)分析的建立和完善，也可以說它們是發(fā)現(xiàn)周期律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。18世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉，隨著采礦、冶金工業(yè)的發(fā)展，定性化學(xué)分析的系統(tǒng)化、重量分析法、滴定分析法等逐步完善。最享盛譽(yù)的分析化學(xué)家BerzeliusJJ的名著化學(xué)教程（1841年）記載著當(dāng)時(shí)所用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和分離測(cè)定方法，已初具今日化學(xué)分析的端倪。尤其是滴定分析法（如銀量法、碘量法、高錳酸鉀法等）至今仍有廣泛的實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)代的儀器分析法雖具有快速靈敏等優(yōu)點(diǎn)，但試樣的預(yù)處理及測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)等仍是與經(jīng)典化學(xué)分析法相輔相成。1858年KekulFA總結(jié)出碳原子是四價(jià)。這時(shí)，關(guān)于有機(jī)化合物分子中價(jià)鍵的飽和性已經(jīng)比較清楚了。不久碳原子的四面體向價(jià)鍵的方向性也被揭示出來。價(jià)鍵的飽和性和方向性的發(fā)現(xiàn)，奠定了有機(jī)立體化學(xué)。這樣，有機(jī)合成就可以做到按圖索驥而用不著單憑經(jīng)驗(yàn)摸索了。這對(duì)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展是非常重要的，至今它仍然是有機(jī)化學(xué)最基本的概念之一。在19世紀(jì)前期，化學(xué)研究與物理學(xué)、數(shù)學(xué)的發(fā)展存在一定的脫離，阻礙了前進(jìn)的步伐。而自19世紀(jì)中葉開始，運(yùn)用物理學(xué)的定律研究化學(xué)體系，闡明化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、程度和速率等基本問題，取得了可喜的成效，這使人們看到了物理和化學(xué)結(jié)合的重要意義，逐步形成了物理化學(xué)分支學(xué)科。到本世紀(jì)初化學(xué)家對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)雖已經(jīng)達(dá)到分子和原子的層次，同時(shí)總結(jié)出元素周期律，創(chuàng)立了研究分子立體構(gòu)型的立體化學(xué)。但是，要進(jìn)一步深入發(fā)展，認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵、元素周期律以及價(jià)鍵飽和性和方向性等本質(zhì)問題，則有待于揭開原子結(jié)構(gòu)的奧秘。在19世紀(jì)、20世紀(jì)之交，物理學(xué)有了一系列的重大發(fā)現(xiàn)（如電子、放射性和X射線等），揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀世界波粒二象性的普遍性，使經(jīng)典力學(xué)上升為量子力學(xué)。量子力學(xué)為化學(xué)提供了分析原子和分子的電子結(jié)構(gòu)的理論方法。1927年HeitlerW和LondonFW應(yīng)用量子力學(xué)方法成功地處理了氫分子中電子的運(yùn)動(dòng)，闡明了共價(jià)鍵以及它的飽和性和方向性的本質(zhì)。量子力學(xué)在化學(xué)鍵理論研究上的應(yīng)用，逐步認(rèn)識(shí)了化學(xué)鍵的本質(zhì)，對(duì)原子結(jié)合成分子的方式、依據(jù)和規(guī)律方面的研究已日趨深入和系統(tǒng)。近代物理學(xué)對(duì)化學(xué)的發(fā)展不論在理論上和實(shí)驗(yàn)上都提供了巨大的支持和有力的手段。在實(shí)驗(yàn)上，各種衍射和光譜等研究原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)的新方法層出不窮，為化學(xué)家認(rèn)識(shí)原子、分子結(jié)構(gòu)和性能積累了大量的實(shí)驗(yàn)資料及一系列有指導(dǎo)意義的原則。因此化學(xué)學(xué)科進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。借助于近代物理學(xué)的進(jìn)展，化學(xué)得到了如虎添翼般地迅速發(fā)展。不僅自然界中存在的“未知元素”逐一被發(fā)現(xiàn)，而且還在實(shí)驗(yàn)室中人工合成了自然界尚不存在的元素。有機(jī)化學(xué)也得到了長足的發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)室中不僅分離和提取了一系列天然有機(jī)產(chǎn)物，而且還合成了一些自然界未曾發(fā)現(xiàn)的化合物，并逐步興起了有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)，尤其以染料和制藥工業(yè)最為突出，煤焦油和石油等各種天然資源的開發(fā)和綜合利用也相繼向前推進(jìn)。到了20世紀(jì)30年代，隨著有機(jī)化學(xué)和有機(jī)合成工業(yè)的發(fā)展，世界進(jìn)入了人工合成高分子材料的新時(shí)代，合成橡膠、合成纖維和合成塑料等新材料的成批生產(chǎn)，都是化學(xué)家的卓越貢獻(xiàn)?；瘜W(xué)學(xué)科長久的任務(wù)是整理天然產(chǎn)物和耕耘周期系，不斷發(fā)現(xiàn)和合成新的化合物，并弄清它們的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，深入研究化學(xué)反應(yīng)理論和尋找反應(yīng)的最佳過程。這個(gè)化學(xué)學(xué)科的傳統(tǒng)特色，肯定還要繼續(xù)發(fā)展下去。另一方面，當(dāng)今化學(xué)發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)是積極向一些與國民經(jīng)濟(jì)和人民生活關(guān)系密切的學(xué)科滲透，最突出的是與能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)的相互滲透。化學(xué)面臨著新的需求和挑戰(zhàn)，同時(shí)隨著結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)反應(yīng)理論以及計(jì)算機(jī)、激光、磁共振和重組DNA技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)對(duì)分子水平的掌握日益得心應(yīng)手，剪裁分子之說應(yīng)運(yùn)而生，即按照某種特定需