化學(xué)的發(fā)展歷程與其基本概念

朱雨雯

摘 要：本文首先介紹了化學(xué)的本質(zhì)，接著進一步簡單描述了化學(xué)的發(fā)展歷程，增加我們對化學(xué)課程的興趣愛好，更好的學(xué)習(xí)化學(xué)。最后對化學(xué)課程中的基本概念進行歸納，讓我們充分的理解和學(xué)習(xí)化學(xué)課程。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；發(fā)展歷程；基本概念

一.化學(xué)

化學(xué)是一門研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、以及變化規(guī)律的基礎(chǔ)自然科學(xué)。化學(xué)研究的對象涉及物質(zhì)之間的相互關(guān)系，或物質(zhì)和能量之間的關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的化學(xué)常常都是關(guān)于兩種物質(zhì)接觸、變化，即化學(xué)反應(yīng) [1]，又或者是一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)的過程。這些變化有時會需要使用電磁波，當(dāng)中電磁波負(fù)責(zé)激發(fā)化學(xué)作用。不過有時化學(xué)都不一定要關(guān)于物質(zhì)之間的反應(yīng)。光譜學(xué)研究物質(zhì)與光之間的關(guān)系，而這些關(guān)系并不涉及化學(xué)反應(yīng)。準(zhǔn)確的說，化學(xué)的研究范圍是包括分子、離子、原子、原子團在內(nèi)的核-電子體系 [2]。世界由物質(zhì)組成，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一。

二.起源及發(fā)展歷程

最早的化學(xué)源于人類對火的研究。化學(xué)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下五個時期，即萌芽時期、丹藥時期、燃素時期、發(fā)展期和現(xiàn)代期。

2.1 遠古工藝化學(xué)時期

遠古到公元前1500年，人類學(xué)會在熊熊的烈火中由用黏土制出陶器、礦石燒出金屬，谷物釀造出酒、給絲麻等織物染上顏色等。人類在逐步了解和利用這些物質(zhì)的變化的過程中，生產(chǎn)了對人類具有使用價值的產(chǎn)品。在這些生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學(xué)知識。

2.2丹藥時期

公元前1500年至1650年，煉金術(shù)士在探索如何將金屬轉(zhuǎn)化成黃金過程中，積累了許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的條件和現(xiàn)象，實現(xiàn)了物質(zhì)間用人工方法進行的相互轉(zhuǎn)變。為化學(xué)的發(fā)展積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

2.3燃素時期

1650年到1775年，隨著冶金工業(yè)和實驗室經(jīng)驗的積累，人們通過總結(jié)感性知識，對化學(xué)變化的理論進行分析，使化學(xué)成為自然科學(xué)的一個分支。這一階段開始的標(biāo)志是英國化學(xué)家波義耳為化學(xué)元素指明科學(xué)的概念。在元素的科學(xué)概念建立后，通過對燃燒現(xiàn)象的精密實驗研究，建立了科學(xué)的氧化理論和質(zhì)量守恒定律、定比定律、倍比定律和化合量定律，開啟了現(xiàn)代化學(xué)之路。

2.4 發(fā)展期

1775年到1900年，拉瓦錫用定量化學(xué)實驗闡述了燃燒的氧化學(xué)說，開啟了定量化學(xué)時期，使化學(xué)沿著正確的軌道發(fā)展。19世紀(jì)初，英國化學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說；意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出分子概念。從此，化學(xué)真正被確立為一門科學(xué)。這一時期，俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，德國化學(xué)家李比希和維勒發(fā)展了有機結(jié)構(gòu)理論，這些都使化學(xué)成為一門系統(tǒng)的科學(xué)，為現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.5 現(xiàn)代期

現(xiàn)代化學(xué)始于20世紀(jì)初期蓬勃發(fā)展的量子力學(xué)。萊納斯·鮑林引進量子力學(xué)解釋化學(xué)鍵的本質(zhì)，得以用波函數(shù)的線性疊加來描述。質(zhì)子、中子和電子的發(fā)現(xiàn)，使化學(xué)真正由原子尺度來理解化學(xué)反應(yīng)。量子力學(xué)和電子學(xué)的發(fā)展，使得許多新型儀器得以開發(fā)，來探索和分析化合物的結(jié)構(gòu)和成分，如光譜儀、色譜儀、核磁共振儀和質(zhì)譜儀等。

三.基本概念

3.1.基本組成

原子是由原子核及外圍帶負(fù)電荷的電子組成的粒子，是化學(xué)研究的最小尺度范疇。分子由原子構(gòu)成，是化合物的最基本結(jié)構(gòu)，是保持化學(xué)性質(zhì)、單獨存在的最小粒子。

離子是帶電荷的物質(zhì)，可以由原子或分子失去或得到電子形成。

元素是擁有相同質(zhì)子數(shù)的同一類原子。

3.2.化學(xué)物質(zhì)

化學(xué)物質(zhì)是指一種物體，它既確定了其化學(xué)組成，也確定了它的化學(xué)性質(zhì) [3]。物質(zhì)可以被分類為一種酸或者是一種堿。阿累尼烏斯理論認(rèn)為酸是能夠在水當(dāng)中電離出水合氫離子的物質(zhì)；而相反堿則是在水當(dāng)中電離出氫氧根離子的物質(zhì)。

化合物是一些以不同元素用固定比例結(jié)合而成的物質(zhì)。

無機化合物即無機物，一般指不含碳元素的化合物，如水、食鹽、硫酸等。

3.3.化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)，亦稱化學(xué)變化是一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的過程，涉及分子中原子的交換和化學(xué)鍵的轉(zhuǎn)移、形成或消失。化學(xué)鍵是指組成分子或材料的粒子之間互相作用的力量，其中粒子可以是原子、離子或是分子。反應(yīng)物指的是化學(xué)反應(yīng)中消耗的物質(zhì)；生成物指的是化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的物質(zhì)。

有機反應(yīng)即涉及有機化合物的化學(xué)反應(yīng)，是有機合成的基礎(chǔ)。幾種基本反應(yīng)類型為：加成反應(yīng)、消除反應(yīng)、取代反應(yīng)、周環(huán)反應(yīng)、重排反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)。

氧化還原反應(yīng)是指在反應(yīng)前后元素的氧化數(shù)具有相應(yīng)的升降變化的化學(xué)反應(yīng)。

氧化還原的概念和一個物質(zhì)的原子獲取或者給予電子的能力有關(guān)。

無機反應(yīng)是指反應(yīng)消耗的物質(zhì)都是無機物的化學(xué)反應(yīng)，無機反應(yīng)中的特征反應(yīng)：與堿反應(yīng)產(chǎn)生氣體；與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體；Na2S2O3與酸反應(yīng)既產(chǎn)生沉淀又產(chǎn)生氣體；與水反應(yīng)產(chǎn)生氣體；強烈雙水解；歸中反應(yīng)；電解反應(yīng)；置換反應(yīng)；鋁熱反應(yīng)等。

3.4.化學(xué)反應(yīng)的守恒定律

質(zhì)量守恒定律：一個化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，物質(zhì)的總質(zhì)量不會有任何變化。

能量守恒定律：化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的能量總和不變，只是能量形式依照反應(yīng)模式而變化。引出三個重要概念：平衡，熱力學(xué)，動力學(xué)。

電荷守恒定律：化學(xué)反應(yīng)前后的電荷數(shù)應(yīng)守恒。

阿伏伽德羅定律：同溫、同壓時，同體積的任何氣體含有相同數(shù)目之分子。

蓋斯定律描述了物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的焓的變化等于生成物的總標(biāo)準(zhǔn)生成焓和反應(yīng)物的總標(biāo)準(zhǔn)生成焓之差。

參考文獻

[1] Chemistry.（n.d.）.Merriam-Webster's Medical Dictionary.Retrieved August 19，2007.

[2] 北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無機化學(xué)教研組.無機化學(xué)第四版.北京：高等教育出版社.1981年12月.ISBN 9787040107685（中文）.

[3] Hill，J.W.；Petrucci，R.H.；McCreary，T.W.；Perry，S.S.（2005）.General Chemistry（4th ed.）.Pearson Prentice Hall.p.37.

（作者單位：雙峰一中高三 552班）