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化 学 发 展 史( 化工学院 x x x)摘要:从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy,即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义:化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。关键词:燃素化学;量子论;晶体化学自从有了人类,化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火,用火烧煮食物,烧制陶器,冶炼青铜器和铁器,都是化学技术的应用。正是这些应用,极大地促进了当时社会生产力的发展,成为人类进步的标志。今天,化学作为一门基础学科,在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。从古至今,伴随着人类社会的进步,化学历史的发展经历了哪些时期呢?远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。一、化学的来由化学的英文词为Chemistry,法文Chimie,德文Chemie,它们都是从一个古字、即拉丁字chemia,希腊字Xηwa(Chamia),希伯莱字Chaman或Haman,阿拉伯字Chema或Kema,埃及字Chemi演化而来的.它的最早来源难以查考.从现存资料看,最早是在埃及第四世纪的记载里出现的.所以有人认为可以假定是从埃及古字Chemi来的,不过这个名字的意义很晦涩,有埃及、埃及的艺术、宗教的迷惑、隐藏、秘密或黑暗等意义。其所以有这些意义,大概因为埃及在西方是化学记载诞生的地方,也是古代化学极为发达的地方,尤其是在实用化学方面。例如,埃及在十一朝代进已有一种雕刻表示一些工人下在制造玻璃,可见至少在公元前2500年以前,埃及已知道玻璃的制造方法了。再从埃及出土的木乃伊看,可知在公元前一、二千年时已精于使用防腐剂和布帛染色等技术。所以古人用埃及或埃及的艺术来命名“化学”。至于其它几种意义,可能因为古人认为化学是一种神奇和秘密的事业以及带有宗教色彩的缘故。中国的化学史当然也是毫不逊色的。大约5000-11000年前,我们已会制作陶器,3000多年前的商朝已有高度精美的青铜器,造纸、磁器、火药更是化学史上的伟大发明。在十六、十七世纪时,中国算得上是世界最先进的国家。“化学”二字我国在1856年开始使用。最早出现在英国传教士韦廉臣在1856年出版的《格物探原》一书中。二、化学的几个发展阶段远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。炼丹术和医药化学时期。从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词。。燃素化学时期。从1650年到1775年,随着冶金工业和实验室经验的积累,人们总结感性知识,认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素,燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程,可燃物放出燃素后成为灰烬。定量化学时期,既近代化学时期。1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律,提出了原子学说,发现了元素周期律,发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。科学相互渗透时期,既现代化学时期。二十世纪初,量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言,解决了化学上许多悬而未决的问题;另一方面,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。这里主要讲述近二百多年来的化学史故事。这是化学得到快速发展的时期,是风云变幻英雄辈出的期。让我们一道去体验当年化学家所经历的艰难险阻,在近代化学史峰回路转的曲折历程中不倦跋涉,领略他们拨开重重迷雾建立新理论、发现新元素、提出新方法时的无限风光。三、化学学科在探索中成长化学的发展可以说是日新月异,尤其是它的边缘学科或者说是它的分支学科,譬如生物化学、物理化学、晶体化学等等,令人目不暇接。就眼下炒得过热的基因工程、克隆技术以及共轭电场论等,更是令人眼花缭乱。而古往今来,有多少化学家为化学的发展做出了难以估量的贡献。你想了解他们吗?化学名人风采将带您走近他们。燃素说的影响 。可燃物如炭和硫磺,燃烧以后只剩下很少的一点灰烬;致密的金属煅烧后得到的锻灰较多,但很疏松。这一切给人的印象是,随着火焰的升腾,什么东西被带走了。当冶金工业得到长足发展后,人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。1723年,德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释,形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的代表作。施塔尔认为燃素存在于一切可燃物中,在燃烧过程中释放出来,同时发光发热。燃烧是分解过程:可燃物==灰烬+燃素金属==锻灰+燃素如果将金属锻灰和木炭混合加热,锻灰就吸收木炭中的燃素,重新变为金属,同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质,燃烧起来非常猛烈,而且燃烧后只剩下很少的灰烬;石头、草木灰、黄金不能燃烧,是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物,酒精燃烧时失去燃素,便只剩下了水。空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合,充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素,动物又从植物中获得燃素。所以动植物易燃。富含燃素的硫磺和白磷燃烧时,燃素逸去,变成了硫酸和磷酸。硫酸与富含燃素的松节油共煮,磷酸(当时指P2O5)与木炭密闭加热,便会重新夺得燃素生成硫磺和白磷。而金属和酸反应时,金属失去燃素生成氢气,氢气极富燃素。铁、锌等金属溶于胆矾(CuSO4·5H2O)溶液置换出铜,是燃素转移到铜中的结果。燃素说尽管错误,但它把大量的化学事实统一在一个概念之下,解释了冶金过程中的化学反应。燃素说流行的一百多年间,化学家为了解释各种现象,做了大量的实验,积累了丰富的感性材料。特别是燃素说认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程,化学反应中物质守恒,这些观点奠定了近、现代化学思维的基础。我们现在学习的置换反应,是物质间相互交换成分的过程;氧化还原反应是电子得失的过程;而有机化学中的取代反应是有机物某一结构位置的原子或原子团被其它原子或原子团替换的过程。这些思想方法与燃素说多么相似。舍勒和普里斯特里发现氧气的制法 :令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师--chemist,他长期在小镇彻平的药房工作,生活贫困。白天,他在药房为病人配制各种药剂。一有时间,他就钻进他的实验室忙碌起来。有一次,后院传来一声爆鸣,店主和顾客还在惊诧之中,舍勒满脸是灰地跑来,兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物,忘记了一切。对这样的店员,店主是又爱又气,但从来不想辞退他,因为舍勒是这个城市最好的药剂师。到了晚上,舍勒可以自由支配时间,他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验,他都重做一遍。他所做的大量艰苦的实验,使他合成了许多新化合物,例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞(氯化汞)、钼酸、乳酸、乙醚等等,他研究了不少物质的性质和成分,发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿(Scheele’s green),就是舍勒发明的亚砷酸氢铜(CuHAsO3)。如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的,但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候,他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版,共有八卷之多。其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程,起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇,使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。在舍勒与大学教师甘恩的通信中,人们发现,由于舍勒发现了骨灰里有磷,启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前,人们只知道尿里有磷。1775年2月4日,33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世,舍勒继承了药店,在他简陋的实验室里继续科学实验。由于经常彻夜工作,加上寒冷和有害气体的侵蚀,舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道--他要掌握物质各方面的性质。他品尝氢氰酸的时候,还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日,为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世,终年只有44岁。舍勒发现氧气的两种制法是在1773年。第一种方法是分别将KNO3、Mg(NO3)2、Ag2CO3、HgCO3、HgO加热分解放出氧气:2KNO3==2KNO2+O2↑2Mg(NO3)2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑2HgO==2Hg+O2↑第二种方法是将软锰矿(MnO2)与浓硫酸共热产生氧气:2MnO2+2H2SO4(浓)== 2MnSO4+2H2O+O2↑舍勒研究了氧气的性质,他发现可燃物在这种气体中燃烧更为剧烈,燃烧后这种气体便消失了,因而他把氧气叫做“火气”。舍勒是燃素说的信奉者,他认为燃烧是空气中的“火气”与可燃物中的燃素结合的过程,火焰是“火气”与燃素相结合形成的化合物。他将他的发现和观点写成《论空气和火的化学》。这篇论文拖延了4年直到1777年才发表。而英国化学家普里斯特里在1774年发现氧气后,很快就发表了论文。普里斯特里始终坚信燃素说,甚至在拉瓦锡用他们发现的氧气做实验,推翻了燃素说之后依然故我。他将氧气叫做“脱燃素气”。他写到:我把老鼠放在‘脱燃素气’里,发现它们过得非常舒服后,我自己受了好奇心的驱使,又亲自加以实验,我想读者是不会觉得惊异的。我自己实验时,是用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取的。当时我的肺部所得的感觉,和平时吸入普通空气一样;但自从吸过这种气体以后,经过好长时间,身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成通用品呢?不过现在只有两只老鼠和我,才有享受呼吸这种气体的权利罢了。”普里斯特里一生的大部分时间是在英国的利兹作牧师,业余爱好化学。1773年他结识了著名的美国科学家兼政治家富兰克林,他们后来成了经常书信往来的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的启发和鼓励。他在化学、电学、自然哲学、神学四个方面都有很多著述。1774年普里斯特里到欧洲大陆参观旅行。在巴黎,他与拉瓦锡交换了好多化学方面的看法。正直的普里斯特里同情法国大革命,曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大革命的人烧毁了他的住宅和实验室。普里斯特里于1794年他六十一岁的时候不得已移居美国,在宾夕法尼亚大学任化学教授。美国化学会认为他是美国最早研究化学的学者之一。他住过的房子现在已建成纪念馆,以他的名字命名的普里斯特里奖章已成为美国化学界的最高荣誉。拉瓦锡和他的天平: 燃素说的推翻者,法国化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年,他20岁的时候就取得了法律学士学位,并且获得律师开业证书。他的父亲是一位律师,家里很富有。所以拉瓦锡不急于当律师,而是对植物学发生了兴趣。经常上山采集标本使他对气象学也产生了兴趣。后来,拉瓦锡在他的老师,地质学家葛太德的建议下,师从巴黎有名的鲁伊勒教授学习化学。拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细测定了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此,他的老师鲁伊勒就开始使用“结晶水”这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平,并总结出了质量守恒定律。质量守恒定律成为他的信念,成为他进行定量实验、思维和计算的基础。例如他曾经应用这一思想,把糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式:葡萄糖 == 碳酸(CO2)+ 酒精这正是现代化学方程式的雏形。用等号而不用箭头表示变化过程,表明了他守恒的思想。拉瓦锡为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义,又具体地写到:“我可以设想,把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式。再逐个假定方程式中的某一项是未知数,然后分别通过实验,逐个算出它们的值。这样以来,就可以用计算来检验我们的实验,再用实验来验证我们的计算。我经常卓有成效地用这种方法修正实验的初步结果,使我能通过正确的途径重新进行实验,直到获得成功。”早在拉瓦锡出生之时,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,他当时称之为“物质不灭定律”,其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果不重视,“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。1772年秋天,拉瓦锡照习惯称量了一定质量的白磷使之燃烧,冷却后又称量了燃烧产物P2O5的质量,发现质量增加了!他又燃烧硫磺,同样发现燃烧产物的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更细致的实验:将白磷放在水银面上,扣上一个钟罩,钟罩里留有一部分空气。加热水银到40℃时白磷就迅速燃烧,之后水银面上升。拉瓦锡描述道:“这表明部分空气被消耗,剩下的空气不能使白磷燃烧,并可使燃烧着的蜡烛熄灭;1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色粉末(P2O5,应该是2.3盎司)。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。”燃素说认为燃烧是分解过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻。而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月,他在实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将“新化学”命名为“反燃素化学”。1774年,拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验。他将称量后的金属分别放入大小不等的曲颈瓶中,密封后再称量金属和瓶的质量,然后充分加热。冷却后再次称量金属和瓶的质量,发现没有变化。打开瓶口,有空气进入,这一次质量增加了,显然增加量是进入的空气的质量(设为A)。他再次打开瓶口取出金属锻灰(在容积小的瓶中还有剩余的金属)称量,发现增加的质量正和进入瓶中的空气的质量相同(即也为A)。这表明锻灰是金属与空气的化合物。拉瓦锡进一步想,如果设法从金属锻灰中直接分离出空气来,就更能说明问题。他曾经试图分解铁锻灰(即铁锈),但实验没有成功。拉瓦锡制得氧气之后: 到了这年的10月,普里斯特里访问巴黎。在欢迎宴会上他谈到“从红色沉淀(HgO)和铅丹(Pb3O4)可得到‘脱燃素气’”。对于正在无奈中的拉瓦锡来说,这条信息是很直接的启发。11月,拉瓦锡加热红色的汞灰制得了氧气。在舍勒的启发下,拉瓦锡甚至制造了火车头大小的加热装置,其中心是聚光镜。平台下面是六个大轮子,以便跟着太阳随时转动。1775年,拉瓦锡的实验中心已从分解金属锻灰转移到了对氧气的研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气,其实是吸收了氧气,与氧气化合,即氧化。这就是推翻了燃素说的燃烧的氧化理论。与此同时,拉瓦锡还用动物实验,研究了呼吸作用,认为“是氧气在动物体内与碳化合,生成二氧化碳的同时放出热来。这和在实验室中燃烧有机物的情况完全一样。”这就解答了体温的来源问题。空气中既然含有1/4的氧气(数据来自原文),就应该含有其余的气体,拉瓦锡将它称为“碳气”。研究了空气的组成后,拉瓦锡总结道:“大气中不是全部空气都是可以呼吸的;金属焙烧时,与金属化合的那部分空气是合乎卫生的,最适宜呼吸的;剩下的部分是一种‘碳气’,不能维持动物的呼吸,也不能助燃。”他把燃烧与呼吸统一了起来,也结束了空气是一种纯净物质的错误见解。1777年,拉瓦锡明确地讥讽和批判了燃素说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。” 这年的9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断了与古代炼丹术的联系,揭掉了神秘和臆测的面纱,代之以科学的实验和定量的研究。化学进入了定量化学(即近代化学)时期。所以我们说拉瓦锡是近代化学的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦锡发现氧气,但由于他们思维不够广阔,更多地只是关心具体物质的性质,没有能冲破燃素说的束缚。与真理擦肩而过是很遗憾的。拉瓦锡对化学的另一大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,辨证地阐述了建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么目前我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质,对我们来说,就算是元素了。”在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类:简单物质,普遍存在于动物、植物、矿物界,可以看作是物质元素:光、热、氧、氮、氢。简单的非金属物质,其氧化物为酸:硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素。简单的金属物质,被氧化后生成可以中和酸的盐基:锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。简单物质,能成盐的土质:石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。拉瓦锡对燃素说和其它陈腐观点的讥讽和批判是无情和激烈的。这使他在创建科学勋绩的同时得罪了一大批同时代和老一辈的科学家。在《影响世界历史的一百位人物》中,在许多有关历史、科学史、化学史的书籍中,作者都对拉瓦锡总是突出自己的人格特点进行低调的描述和评价,指责他在《化学概要》里没有提起舍勒和普里斯特里对他的启示和帮助。但我们得看到,拉瓦锡确实具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。虽然不是他最先发现氧气的制法,但他通过制取氧气分析了空气的组成,建立了燃烧的氧化学说。氧气因此不同于其它气体,被赋予非凡的科学意义。拉瓦锡十分勤奋,每天六点起床,从六点到八点进行实验研究,八点到下午七点从事火药局长或法国科学院院士的工作,七点到晚上十点,又专心从事他的科学研究。星期天不休息,专门进行一整天的实验工作。拉瓦锡28岁结婚时,他的妻子只有14岁。他们一生没有孩子,但生活非常愉快。她帮助拉瓦锡实验,经常陪伴在他身边。在拉瓦锡的著作里,有很多插图都是他的妻子画的。1789年法国大革命爆发,三年后拉瓦锡被解除了火药局长的职务。1793年11月,国民议会下令逮捕旧王朝的包税官。拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。极左派马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论,心存嫉恨,便诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往,犯有叛国罪,于1794年5月8日把他送上了断头台。对此,当时科学界的很多人感到非常惋惜。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”这时,拉瓦锡正当壮年,是51岁。四、化学学科的发展前沿中国运动医学杂志000124 基因工程也叫遗传工程(Genetic Engineering),是20世纪70年代在分子生物学发展的基础上形成的新学科。基因工程就是在分子水平上,用人工方法提取(或合成)不同生物的遗传物质,在体外切割、拼接和重新组成,然后通过载体把重组的DNA分子引入受体细胞,使外源DNA在受体细胞中进行复制与表达。按人们的需要产生不同的产物或定向地创造生物的新性状,并使之稳定地遗传给下代[1]。基因工程技术主要包括分离基因、纯化基因和扩增基因的技术,其核心是分子克隆技术。它能帮助人们从各种复杂的生物体中分离出单一的基因,并把它纯化,再把它大量扩增,用于研究。20多年来,基因工程技术得到了迅速地发展,特别是限制性内切酶、DNA序列分析及DNA重组技术等三大技术的发现和应用,不仅把分子生物学提高到了基因水平,而且也把生物学与医学中的其他学科引上基因研究的道路,并取得了许多揭示生命秘密和生命过程的重大成就 ......
白色棉袜
随着自由贸易的发展,我国所遭受的倾销越来越严重,运用反倾销 措施 来维护公平竞争的市场环境、保护国内企业的合法利益、保证产业安全已刻不容缓。下面是我为大家推荐的化工论文,供大家参考。
化工论文 范文 一:能源化学工程专业无机化学教学改革
能源化学工程专业[1]是利用化学、化工的理论与技术来解决能量的转换、储存及传输等问题,通过生产清洁、高效的新能源服务于人类生活的一门学科。无机化学是本专业所开设的第一门专业基础课,其教学质量直接影响到培养的应用创新型人才的质量。而目前无机化学的教学中面临着很多问题,如大一新生刚从高中迈入大学,面临如此信息量大的课程感到迷茫;教师面对课时量日趋减少的趋势,而传递的信息量大的困扰,不知如何把握日常教学;另外,加上教师科研压力等方面的因素,使得其未能全身心地投入教学中。因此,无机化学教学的改革与探讨在本专业教学过程、人才培养模式中的地位尤为重要。例如:
(1)武汉工程大学化工与制药学院从优化课程内容入手,对无机化学的 教学 方法 进行了改革[2];
(2)钦州学院化学化工学院从无机化学的重要地位出发,结合无机化学的教学目的,对无机化学多媒体课件进行了构建和探讨[3]。菏泽学院是一个应用型的地方性教学型本科院校,于2012年成功申请了与国家战略性新兴产业密切相关的能源化工专业。我系主要从教学目标、教学内容、现代化的教学手段等方面对无机化学的教学进行了改革与探索。
1明确合理的教学目标
根据能源化学工程专业的培养目标及培养模式,结合无机化学课程特点,菏泽学院化学化工系于2012年制定了能源化工无机化学教学目标。通过该课程的理论基础及实验实践的学习,能够使学生掌握无机化学基本知识和技能,为培养成高素质劳动者和化工专业技能人才做好准备;同时,也为今后学习专业知识和职业技能打下坚实的基础。此目标主要分为以下几个方面的目标。
1.1知识目标
主要分为了解、理解、掌握三个层次方面目标。通过该课程的教学,应使学生了解:气体的扩散定律,气体分子的速率分布和能量分布;反应速率的概念及反应速率理论;强电解质解离、离子氛、活度系数的概念;微观粒子运动的特殊性;路易斯结构式,等电子体原理,分子轨道理论;化学电源与电解;卤素单质的物理性质,金属卤化物、拟卤素和拟卤化物、互卤化物和多卤化物;硫和硫化物、单质硫、硫化氢和氢硫酸的物理性质;硅的单质、硅烷、硅的卤化物、硅的含氧化合物。通过该课程的教学,应使学生理解和掌握:气体的状态方程及混合气体的分压定律;热力学第一定律,化学反应的热效应、热化学方程式、盖斯定律、生成热的概念及应用,化学反应进行方向的判断方法;浓度对反应速率的影响;缓冲溶液的原理及应用;沉淀溶解平衡及移动;核外电子运动的描述,核外电子排布和元素周期律及基本性质的周期性;价键理论,价层电子互斥理论及杂化轨道理论;基本概念:原电池、电极电势和电动势及能斯特方程;卤素单质的化学性质,卤化氢和氢卤酸的化学性质;氧、氧化物、臭氧、过氧化氢的物理化学性质,硫的含氧化合物的化学性质。掌握氮的氢化物、氮的含氧化合物的化学性质。
1.2专业能力与素质目标
能力目标方面主要是培养学生谦虚的品格、勤奋好学的习惯以及知识迁移的能力;培养学生勤于动手创作、做事严谨的良好作风;培养学生学会运用唯物主义辨证的思维分析问题及解决问题的能力;培养学生工程质量意识和规范意识以及严谨、认真的工作态度。专业能力目标方面使学生能够掌握重要元素及其化合物的主要性质、结构、存在、制法、用途等基本知识;培养学生独立进行化学计算和利用参考资料等方面的能力;具有通过对实验数据的分析,绘制出特性曲线,能够写出规范实验 报告 并加以 总结 概括的能力。素质目标方面主要是培养学生具备良好的职业道德;培养学生勤苦奋斗、勇于创新、敬业乐业的工作作风。
2丰富合理的教学内容
2.1科研成果与课堂教学相结合,保持教学内容的前沿性
科研成果与课堂教学相结合包含两部分内容:一是在教学过程,教师能将自己的科研成果带入教学内容之中。这就要求教师教学的同时展开科研,而科研课题也要紧紧围绕教学内容展开,这样会更能了解学科的前沿动态并能深入把握,有利于增强教学的深度、广度,有效地提高教学质量[4]。另外教师将科研成果带入课堂分析中,将科研成果与教学有机地结合起来,将最新知识与信息传递给学生,科研推动教学,教学促进科研。二是在教学过程中结合学科发展情况,充分利用别人的研究成果,及时补充教学内容,进行教材建设。另外,在教学实践中可采用“案例教学”,对具体科研案例进行讨论、分析,比较各种方案的优缺点及产生原因,选择合理方案。在项目设计过程中,通过教师的引导作用,学生可以自主查阅资料并开展项目的研究性学习。
2.2建设开放的无机化学实验教学环境,理论与实验相结合
充分利用我系基础实验室和化学工程实验中心的仪器设备和师资力量,结合我系化学能源工程专业及无机化学教学内容的特点,试图探索出一套完善的开放式无机化学实验教学模式,注重实验与课堂教学相结合、开展系内实验技能竞赛及无机化学创新实验设计竞赛等项目,激励学生的学习积极性及培养今后创新实践的能力。开展大学生创新研究计划,引导学生在大三下学期进入教师的科研室进行锻炼,参与课题的研究,培养学生的创新意识和实践能力;鼓励大二学生参加无机化学实验技能竞赛,鼓励学生进行科技创新;另外聘请国内外无机化学研究领域的专家学者来我系作学术报告,增加学生的科研兴趣及全面了解无机化学的前沿动态,为今后的科研之路做好准备。
3多媒体与板书相结合的现代化教学手段
针对目前无机化学课时缩减而传递信息量大的情况,传统的板书教学手段已不能满足时代的需要,因此多媒体技术已广泛使用在课堂教学中。这样一方面将节省下的板书的时间能够用于重点难点的讲解,另一方面多媒体中引入一些无机化学演示实验、实物图像,将枯燥的理论教学表现的更加生动直观,提高了学生的学习积极性。然而仅利用多媒体也有一定的缺陷,如对一些公式的推导,仅利用多媒体会受到一定的限制,因此多媒体跟板书结合会更加有利于公式的推导。另外,还会避免仅利用多媒体的教学进度过快,学生不能融会贯通的缺点。总之,鼓励学生 课前预习 ,采用板书与多媒体技术相结合既能考虑教师的教学进度与学生的掌握程度,又能兼顾教学的广度与深度的问题,取得了较好的教学效果。
4结束语
无机化学是能源化学工程专业学生迈入大学的第一门专业基础课,其教学效果直接影响着学生学习本专业的积极性及掌握本专业基础知识的扎实程度。本系以上结合能源化学工程专业特点对无机化学的教学目标、教学内容及教学手段的初探具有一定的意义。今后会继续探索无机化学其他方面的改革。
化工论文范文二:油藏化学工程研究发展趋势
推动我国油藏化学工程研究与我国社会进步有着密不可分的联系。为了赶上发达国家对油藏化学工程研究的脚步,我国必须大幅度提升在这一方面的开发技术,更好地促进化学工程研究大步向前发展。
1油藏化学工程研究的发展背景
人类面临的最大危机之一就是能源问题,世界各国都在担忧石油问题。迄今为止,人类只开采了大约总储藏量1/3的原油,因此,油藏开发及提高效率是每一个科技工作人员的头等任务。半世纪以前,世界对石油的总需求量日益增长,工人们利用油藏工程的原理提高采收率来满足市场需求,同时也促进了油藏工程原理的发展。作为石油工程的重要组成部分,油藏工程主要负责各类研究,在掌握动态规律与原理的同时,也辅助了钻井与采油工程的开展。
2三次采油技术
自改革开放以来,世界各国石油界的精英们一直努力提高石油的采收率。一次和二次采油主要是靠自身压力和注气注水等方法,三次采油是采用之前的任何工业技术[2]。因而提高油藏采收率并没有局限在某一阶段或手段,它主要是靠原来油藏中没有的物料开采。它的定义与分类是不矛盾的。油藏化学工程是在三次采油的背景下发展起来的,它和化学工程学科共同发展。随着现代科技的迅猛发展,人们不断引进新技术,取得新成就。这一阶段也让人们认识到发展的多样性,开始探究多方面技术,涉及各种学科,主要有胶体与界面科学、化学工程学、化学反应动力学、渗流力学、热力学、计算数学等多种高等学科。
3化学复合驱技术
我国油田多数是陆相沉积,分布相当不均匀,原油中的蜡含量和芳烃含量比例较大,且黏度大,导致水驱采收率只在33%左右。三次采油的研究技术表明,化学复合驱能够有效提高采收率,它是在单一化学剂驱的基础上组合两种不同的化学剂,形成多种复合体系。通过实验证明,复合驱的相互作用比单一化学驱剂效果显著的多。随着各方面技术的发展和完善,复合驱逐渐成为我国提高原油采收率的主导技术。复合驱配方体系主要是由高浓度小段塞和低浓度大段塞2种体系组成。高浓度小段塞是利用表面活性剂和助剂,使油水形成中相微乳液体系,增强原油的乳化。典型的代表有胶束.聚合物驱体系,它的表面活性剂浓度在2.5%~5.0%,段塞小于0.4pv,若形成微乳液,效率更大,能达到80%以上。低浓度大段塞是后期才引进的策略,它的驱油原理主要是毛管准数理论,利用碱和表面活性剂降低油水界面张力。这种体系应用相对广泛,高酸值和低酸值都适用。近年来,随着研究力度加强,新型产品不断出现,如梳形聚合物KYPAM,星形聚合物STARPAM,疏水缔合聚合物A.DH。这些新型耐温抗盐聚合物,有利于节约淡水资源,保护环境。也扩展了油藏水的矿化度和文档范围。
4油田堵水调剖技术
开发油田主要采用水驱开发在在这一过程中,因储存分布不均,导致注水过程中出现沿高渗透带窜流,水波效果差,油井含水快速上升,尤其当进入高含水阶段,会出现水短路的现象,加深开采工作难度。为改变这一现状,专家们提出采用“堵水调剖”这一方法。堵水调剖具有颇多优势,操作简洁、规模较小、周期短、效果显著,能有效提高注水开发效果。油田堵水调剖技术历经磨难,从单井油井堵水油井堵水到单井水井调剖,目前主要发展到调整深部调驱。直到2006年底,才开始着手整体堵水调剖示范工程,在采油研究院的带领下,全面开展现工作,有条理的分析堵水调剖工艺技术,给予独特的评价以及实地示范。为改善注水开发的现状,应做如下调整目标:将单井措施向区块整体转变;将近井剖面转向深部液流;阶段上实施一体化转变;评价上从单井向整体转变;应用上改用多种复杂油藏,不再局限在常规水驱油藏据调查,仍有多个区块可以进行整体调堵,由此看来,堵水调剖技术发展趋势将奋力往前。
5评价与改进
综上所述,虽然油藏采收率明显提高,技术也不断突破,但仍然要看清形势。在取得成果的同时,也要擅于总结 经验 ,找出不足,精心解析。例如耐温抗盐聚合物产品的溶解性和长期热稳定性都还不是很乐观,在现场实施过程中,不能有效地达到施工要求,高效率的完成任务。同样地,化学驱技术需要改进解决的问题也是各方面的,需要研究者在过程中分层次去进行。只有抱着永不止步的态度去钻研,去创新,去探索,才能攻克这些技术上遇到的“疑难杂症”,才能进一步将化学驱油技术往特色道路上发展,不断为油藏化学工程研究的发展做贡献。
6结束语
为推动我国油藏化学工程持续发展,还需加强工作。不停探索实验技术,顺应环境变化。掌握化学驱技术,在实际工作中解决问题。还要继续研究物理化学模型,对敏感参数进行验证。油藏化学工程研究的全方位发展,有利于解决能源紧缺问题,有利于稳定我国石油市场,有利于世界和平。
小二2004
MATLAB在化学工程与工艺实验数据处理中的应用*摘要]本文对MATLAB在化学工程与工艺实验中的应用进行了初步的尝试,传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。借助MATLAB软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。本文以“化工原理”实验为例,利用MATLAB软件编写一个数据处理程序:只需输入任意一组原始数据,就可以把实验结果,数据模型以及作图一起显示出来。[关键词]化学工程与工艺;专业实验;数据处理;Matlab一、引言化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个重要的实践性环节。专业实验不同于基础实验,其目的不仅仅是为了验证一个原理、观察一种现象或是寻求一个普遍适用的规律,而应当是为了有针对性地解决一个具有明确工业背景的化学工程与工艺问题。[1]化工实验的特点流程较长,规模较大,数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷,大大提高工作效率。数据处理是每一个化学工程实验必不可少的步骤,也是至关重要的一个步骤。通过实验可以建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是化工实验数据的处理往往并不是那么简单,它需要通过复杂的数学计算,若仅仅依靠手工计算则需要花费大量的时间,而且化工实验数据的处理量很大、重现性很高,因此应用计算机来处理实验数据可以大大提高工作效率。化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关系,从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。由于人力、物力、时间等条件的限制,任何实验所能完成的实验点都是有限的,如何根据这些有限的实验点归纳出各参数之间的关系,便是实验数据的处理问题。由于化工过程的复杂性,实验过程中各参数之间的关系往往是非线性的,数据处理或数据拟合的工作量往往比较大,且计算过程也比较繁琐。若能利用计算机进行数据处理,不仅处理结果的准确度很高,而且还会省下很多不必浪费的人力和时间,大大提高了工作效率。Matlab是集数学计算、结果可视化和编程于一身,能够方便地进行科学计算和大量工程运算的工程软件。它具有简单易用、人机界面良好,能使繁琐的科学计算和编程变得日益简单和准确有效。[2]本文以两个化工原理实验为例,阐述利用Matlab软件处理化工实验数据与人工处理相比较带来的方便,而且数据的结果更精确,误差更小。Matlab软件是一种简单易学的编写语言。它具有支持多平台操作系统(Windows、Unix等)、编写效率高、用途广泛、功能超强、程序极容易维护等等优点。二、数据处理程序的设计(一)程序框图由于化工实验有很多,而且每一个实验数据的处理的步骤、公式都不一样,所以很难用一个程序来描述。但是,每一个实验都有类似之处,因此每一个程序都可以用如图2-1来描述。这样则可以利用Matlab中的polyfit()函数进行线性拟合,此即为本文编写数据处理程序的基本原理。3.基本数据库从文献中只能查出特殊温度下的物性数据。例如:10℃、20℃、30℃等。但是工业生产中的温度就不可能那么凑巧和文献符合,因此,需要我们进行计算。平时学习中遇到这样的问题,我们往往是选两个相近的数据近似认为它们是线性关系,然后采用内插或外推法计算出工作温度下的物性常数。本文中所编写的程序把温度与密度、温度与粘度进行多项式拟合,使它们之间有两两对应关系。即在程序运行后,只需输入工作温度,程序就可以得到该温度下所需的物性常数。(三)程序的调试与运行结果1.流体阻力原始数据输入三、结论在化学工程与工艺实验中用Matlab软件处理实验数据是很有必要的。以本文中的化工原理实验为例,每一次实验都有大量的数据要处理,我们只要处理自己的原始数据,但教师在批改时就要把我们所有的实验数据都要计算,这个工作量是很大的。有了数据处理程序,教师只需要输入原始数据,运行程序后,就可了解学生的实验是否做得好、实验数据处理结果是否准确,这就可以节省很多的时间。在实际工程中,需要处理的数据更多,计算公式更加复杂,有时为了导出计算公式,还需要建立复杂的数学模型,手工计算基本是不可能完成的。因此,把Matlab软件应用到化学工程与工艺实验中进行实验数据的处理是十分必要的。(责任编辑:张明德)参考文献:[1]房鼎业,乐清华,李福清主编.化学工程与工艺专业实验[M].北京:化学工业出版社,2000.[2]李丽,王振领编著.MATLAB工程计算机应用[M].北京:人民邮电出版社,2001.[3]黄华江编著.实用化工计算机模拟———MATLAB在化学工程中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.[4]姚玉瑛主编.化工原理(新版)(上册)[M].天津:天津大学出版社,2003.
我可不是吃素的
化学发展史的五个时期自从有了人类,化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火,用火烧煮食物,烧制陶器,冶炼青铜器和铁器,都是化学技术的应用。正是这些应用,极大地促进了当时社会生产力的发展,成为人类进步的标志。今天,化学作为一门基础学科,在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。从古至今,伴随着人类社会的进步,化学历史的发展经历了哪些时期呢?1.远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺,主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的,化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。2.炼丹术和医药化学时期。从公元前1500年到公元1650年,炼丹术士和炼金术士们,在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中,为求得长生不老的仙丹,为求得荣华富贵的黄金,开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍,在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化,为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来,炼丹术、炼金术几经盛衰,使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期,出版了一些有关化学的书籍,第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy,即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义:化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。3.燃素化学时期。从1650年到1775年,随着冶金工业和实验室经验的积累,人们总结感性知识,认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素,燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程,可燃物放出燃素后成为灰烬。4.定量化学时期,既近代化学时期。1775年前后,拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律,提出了原子学说,发现了元素周期律,发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。5.科学相互渗透时期,既现代化学时期。二十世纪初,量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言,解决了化学上许多悬而未决的问题;另一方面,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。这里主要讲述近二百多年来的化学史故事。这是化学得到快速发展的时期,是风云变幻英雄辈出的时期。让我们一道去体验当年化学家所经历的艰难险阻,在近代化学史峰回路转的曲折历程中不倦跋涉,领略他们拨开重重迷雾建立新理论、发现新元素、提出新方法时的无限风光。燃素说的影响可燃物如炭和硫磺,燃烧以后只剩下很少的一点灰烬;致密的金属煅烧后得到的锻灰较多,但很疏松。这一切给人的印象是,随着火焰的升腾,什么东西被带走了。当冶金工业得到长足发展后,人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。1723年,德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释,形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的代表作。施塔尔认为燃素存在于一切可燃物中,在燃烧过程中释放出来,同时发光发热。燃烧是分解过程:可燃物==灰烬+燃素金属==锻灰+燃素如果将金属锻灰和木炭混合加热,锻灰就吸收木炭中的燃素,重新变为金属,同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质,燃烧起来非常猛烈,而且燃烧后只剩下很少的灰烬;石头、草木灰、黄金不能燃烧,是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物,酒精燃烧时失去燃素,便只剩下了水。空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合,充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素,动物又从植物中获得燃素。所以动植物易燃。富含燃素的硫磺和白磷燃烧时,燃素逸去,变成了硫酸和磷酸。硫酸与富含燃素的松节油共煮,磷酸(当时指P2O5)与木炭密闭加热,便会重新夺得燃素生成硫磺和白磷。而金属和酸反应时,金属失去燃素生成氢气,氢气极富燃素。铁、锌等金属溶于胆矾(CuSO4·5H2O)溶液置换出铜,是燃素转移到铜中的结果。燃素说尽管错误,但它把大量的化学事实统一在一个概念之下,解释了冶金过程中的化学反应。燃素说流行的一百多年间,化学家为了解释各种现象,做了大量的实验,积累了丰富的感性材料。特别是燃素说认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程,化学反应中物质守恒,这些观点奠定了近、现代化学思维的基础。我们现在学习的置换反应,是物质间相互交换成分的过程;氧化还原反应是电子得失的过程;而有机化学中的取代反应是有机物某一结构位置的原子或原子团被其它原子或原子团替换的过程。这些思想方法与燃素说多么相似。舍勒和普里斯特里发现氧气的制法令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师——chemist,他长期在小镇彻平的药房工作,生活贫困。白天,他在药房为病人配制各种药剂。一有时间,他就钻进他的实验室忙碌起来。有一次,后院传来一声爆鸣,店主和顾客还在惊诧之中,舍勒满脸是灰地跑来,兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物,忘记了一切。对这样的店员,店主是又爱又气,但从来不想辞退他,因为舍勒是这个城市最好的药剂师。到了晚上,舍勒可以自由支配时间,他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验,他都重做一遍。他所做的大量艰苦的实验,使他合成了许多新化合物,例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞(氯化汞)、钼酸、乳酸、乙醚等等,他研究了不少物质的性质和成分,发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿(Scheele’s green),就是舍勒发明的亚砷酸氢铜(CuHAsO3)。如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的,但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候,他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版,共有八卷之多。其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程,起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇,使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。在舍勒与大学教师甘恩的通信中,人们发现,由于舍勒发现了骨灰里有磷,启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前,人们只知道尿里有磷。1775年2月4日,33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世,舍勒继承了药店,在他简陋的实验室里继续科学实验。由于经常彻夜工作,加上寒冷和有害气体的侵蚀,舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道——他要掌握物质各方面的性质。他品尝氢氰酸的时候,还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日,为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世,终年只有44岁。舍勒发现氧气的两种制法是在1773年。第一种方法是分别将KNO3、Mg(NO3)2、Ag2CO3、HgCO3、HgO加热分解放出氧气:2KNO3==2KNO2+O2↑2Mg(NO3)2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑2HgO==2Hg+O2↑第二种方法是将软锰矿(MnO2)与浓硫酸共热产生氧气:2MnO2+2H2SO4(浓)== 2MnSO4+2H2O+O2↑舍勒研究了氧气的性质,他发现可燃物在这种气体中燃烧更为剧烈,燃烧后这种气体便消失了,因而他把氧气叫做“火气”。舍勒是燃素说的信奉者,他认为燃烧是空气中的“火气”与可燃物中的燃素结合的过程,火焰是“火气”与燃素相结合形成的化合物。他将他的发现和观点写成《论空气和火的化学》。这篇论文拖延了4年直到1777年才发表。而英国化学家普里斯特里在1774年发现氧气后,很快就发表了论文。 普里斯特里始终坚信燃素说,甚至在拉瓦锡用他们发现的氧气做实验,推翻了燃素说之后依然故我。他将氧气叫做“脱燃素气”。他写到:“我把老鼠放在‘脱燃素气’里,发现它们过得非常舒服后,我自己受了好奇心的驱使,又亲自加以实验,我想读者是不会觉得惊异的。我自己实验时,是用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取的。当时我的肺部所得的感觉,和平时吸入普通空气一样;但自从吸过这种气体以后,经过好长时间,身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成通用品呢?不过现在只有两只老鼠和我,才有享受呼吸这种气体的权利罢了。”普里斯特里一生的大部分时间是在英国的利兹作牧师,业余爱好化学。1773年他结识了著名的美国科学家兼政治家富兰克林,他们后来成了经常书信往来的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的启发和鼓励。他在化学、电学、自然哲学、神学四个方面都有很多著述。1774年普里斯特里到欧洲大陆参观旅行。在巴黎,他与拉瓦锡交换了好多化学方面的看法。正直的普里斯特里同情法国大革命,曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大革命的人烧毁了他的住宅和实验室。普里斯特里于1794年他六十一岁的时候不得已移居美国,在宾夕法尼亚大学任化学教授。美国化学会认为他是美国最早研究化学的学者之一。他住过的房子现在已建成纪念馆,以他的名字命名的普里斯特里奖章已成为美国化学界的最高荣誉。拉瓦锡和他的天平燃素说的推翻者,法国化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年,他20岁的时候就取得了法律学士学位,并且获得律师开业证书。他的父亲是一位律师,家里很富有。所以拉瓦锡不急于当律师,而是对植物学发生了兴趣。经常上山采集标本使他对气象学也产生了兴趣。后来,拉瓦锡在他的老师,地质学家葛太德的建议下,师从巴黎有名的鲁伊勒教授学习化学。拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细测定了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此,他的老师鲁伊勒就开始使用“结晶水”这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平,并总结出了质量守恒定律。质量守恒定律成为他的信念,成为他进行定量实验、思维和计算的基础。例如他曾经应用这一思想,把糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式:葡萄糖 == 碳酸(CO2)+ 酒精这正是现代化学方程式的雏形。用等号而不用箭头表示变化过程,表明了他守恒的思想。拉瓦锡为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义,又具体地写到:“我可以设想,把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式。再逐个假定方程式中的某一项是未知数,然后分别通过实验,逐个算出它们的值。这样以来,就可以用计算来检验我们的实验,再用实验来验证我们的计算。我经常卓有成效地用这种方法修正实验的初步结果,使我能通过正确的途径重新进行实验,直到获得成功。”早在拉瓦锡出生之时,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,他当时称之为“物质不灭定律”,其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果不重视,“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。1772年秋天,拉瓦锡照习惯称量了一定质量的白磷使之燃烧,冷却后又称量了燃烧产物P2O5的质量,发现质量增加了!他又燃烧硫磺,同样发现燃烧产物的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更细致的实验:将白磷放在水银面上,扣上一个钟罩,钟罩里留有一部分空气。加热水银到40℃时白磷就迅速燃烧,之后水银面上升。拉瓦锡描述道:“这表明部分空气被消耗,剩下的空气不能使白磷燃烧,并可使燃烧着的蜡烛熄灭;1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色粉末(P2O5,应该是2.3盎司)。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。”燃素说认为燃烧是分解过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻。而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月,他在实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将“新化学”命名为“反燃素化学”。1774年,拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验。他将称量后的金属分别放入大小不等的曲颈瓶中,密封后再称量金属和瓶的质量,然后充分加热。冷却后再次称量金属和瓶的质量,发现没有变化。打开瓶口,有空气进入,这一次质量增加了,显然增加量是进入的空气的质量(设为A)。他再次打开瓶口取出金属锻灰(在容积小的瓶中还有剩余的金属)称量,发现增加的质量正和进入瓶中的空气的质量相同(即也为A)。这表明锻灰是金属与空气的化合物。拉瓦锡进一步想,如果设法从金属锻灰中直接分离出空气来,就更能说明问题。他曾经试图分解铁锻灰(即铁锈),但实验没有成功。拉瓦锡制得氧气之后到了这年的10月,普里斯特里访问巴黎。在欢迎宴会上他谈到“从红色沉淀(HgO)和铅丹(Pb3O4)可得到‘脱燃素气’”。对于正在无奈中的拉瓦锡来说,这条信息是很直接的启发。11月,拉瓦锡加热红色的汞灰制得了氧气。在舍勒的启发下,拉瓦锡甚至制造了火车头大小的加热装置,其中心是聚光镜。平台下面是六个大轮子,以便跟着太阳随时转动。1775年,拉瓦锡的实验中心已从分解金属锻灰转移到了对氧气的研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气,其实是吸收了氧气,与氧气化合,即氧化。这就是推翻了燃素说的燃烧的氧化理论。与此同时,拉瓦锡还用动物实验,研究了呼吸作用,认为“是氧气在动物体内与碳化合,生成二氧化碳的同时放出热来。这和在实验室中燃烧有机物的情况完全一样。”这就解答了体温的来源问题。空气中既然含有1/4的氧气(数据来自原文),就应该含有其余的气体,拉瓦锡将它称为“碳气”。研究了空气的组成后,拉瓦锡总结道:“大气中不是全部空气都是可以呼吸的;金属焙烧时,与金属化合的那部分空气是合乎卫生的,最适宜呼吸的;剩下的部分是一种‘碳气’,不能维持动物的呼吸,也不能助燃。”他把燃烧与呼吸统一了起来,也结束了空气是一种纯净物质的错误见解。1777年,拉瓦锡明确地讥讽和批判了燃素说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。”这年的9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断了与古代炼丹术的联系,揭掉了神秘和臆测的面纱,代之以科学的实验和定量的研究。化学进入了定量化学(即近代化学)时期。所以我们说拉瓦锡是近代化学的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦锡发现氧气,但由于他们思维不够广阔,更多地只是关心具体物质的性质,没有能冲破燃素说的束缚。与真理擦肩而过是很遗憾的。拉瓦锡对化学的另一大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,辨证地阐述了建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么目前我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质,对我们来说,就算是元素了。”在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类:1.简单物质,普遍存在于动物、植物、矿物界,可以看作是物质元素:光、热、氧、氮、氢。2.简单的非金属物质,其氧化物为酸:硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素。3.简单的金属物质,被氧化后生成可以中和酸的盐基:锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。4.简单物质,能成盐的土质:石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。拉瓦锡对燃素说和其它陈腐观点的讥讽和批判是无情和激烈的。这使他在创建科学勋绩的同时得罪了一大批同时代和老一辈的科学家。在《影响世界历史的一百位人物》中,在许多有关历史、科学史、化学史的书籍中,作者都对拉瓦锡总是突出自己的人格特点进行低调的描述和评价,指责他在《化学概要》里没有提起舍勒和普里斯特里对他的启示和帮助。但我们得看到,拉瓦锡确实具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。虽然不是他最先发现氧气的制法,但他通过制取氧气分析了空气的组成,建立了燃烧的氧化学说。氧气因此不同于其它气体,被赋予非凡的科学意义。拉瓦锡十分勤奋,每天六点起床,从六点到八点进行实验研究,八点到下午七点从事火药局长或法国科学院院士的工作,七点到晚上十点,又专心从事他的科学研究。星期天不休息,专门进行一整天的实验工作。拉瓦锡28岁结婚时,他的妻子只有14岁。他们一生没有孩子,但生活非常愉快。她帮助拉瓦锡实验,经常陪伴在他身边。在拉瓦锡的著作里,有很多插图都是他的妻子画的。1789年法国大革命爆发,三年后拉瓦锡被解除了火药局长的职务。1793年11月,国民议会下令逮捕旧王朝的包税官。拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。极左派马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论,心存嫉恨,便诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往,犯有叛国罪,于1794年5月8日把他送上了断头台。对此,当时科学界的很多人感到非常惋惜。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”这时,拉瓦锡正当壮年,是51岁。
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