化学元素发现课件

第三章、元素发现史主讲人：

海洋学院应用化学第三章、元素发现史主讲人：1

目前我们正式命名的有109种，其中存在自然界中的有88种，另外的21种，是用人工方法在实验中制得的。元素不是一朝一夕发现的。其中有很多种，古人已经知道，可还是过了好几个世纪，才认清楚它们是元素，不是复合物质。相反，有些复合物质却很久被人误以为是元素，因为早先化学家不知道它们是可以分解的。还有一些元素，人们很少遇到或人眼很难看到，结果就费了很大的力气才把它们找到。

科学家在寻找元素这个课题上曾花费了几百年的时间。这里付出了很多的劳动，也出现了很多聪明而又有发明才干的人物。本章就用说故事的方式，给大家讲讲元素的一些最重要的发现过程和它们的发现者。目前我们正式命名的有109种，其中存在自然界中的有88种2

古代元素发现史金、银、硫在自然界当中存在单质形式，是最早被人们发现的化学元素。

金在自然界中绝大部分以单质状态存在．在许多河流的沙床上，它和砂子混和在一起；在一些岩石中，它和岩石掺杂成块．由于它的化学惰性，使它不论在哪里，都不受空气和水的作用，发出它固有的黄色光辉．吸引着人们的注意．因此，它在人类生活的最初时期就被人们发现了．它被认为是人类最早发现的化学元素之一．据说，现存的最大的天然金块重36公斤．现存于俄罗斯的最大金块古代元素发现史金在自然界中绝大部分以单质状态存在．在3

金、银最早被人们用来制作装饰品，后来作为货币．这两种应用一直传到今天．纪元前2000年以前，埃及人已经用镀金、包金和镶金的器物，并且把金丝用在刺绣上．在我国西周时代的墓葬里出土有包在铜矛、车衡两端的条形、圆形、人字形、三角形金片，还有包金兽面、包金回泡等等．金、银最早被人们用来制作装饰品，后来作为货币．这两种应用一4

银在自然界中虽然也有单质状态，但是大部分是化合物状态。因而它的发现要比金晚．一般认为在限今5500一6000年以前。据说，曾经发现最大的银块重13.5吨。天然银多半是和金、汞、锑、铜或铂成合金。天然金几乎总是与少量银成合金。我国古代已知的琥珀金，就是一种天然的金、银合金，含银约20％。

最初，由于人们取得的银的量很少。使得它的价值比金还贵。在大约公元前1780-1580年间埃及王朝的法典中规定，银的价值是金的两倍。甚至到十七世纪，在日本，银和金的价值还是相等的。银锭银在自然界中虽然也有单质状态，但是大部分是化合物状态。因而5

金的比重特别大，大到19.3g/cm3。早在远古时代人们就利用金、银的比重、颜色、焰色反应等来检测金银的真伪和纯度。科学史中流传的希腊公元前2世纪的科学家鉴别真伪金制皇冠的故事就是一个很好的例子。金的比重特别大，大到19.3g/cm3。早在6可能第一个被使用的非金属元素—硫

在自然界中存在有单质状态。每次火山爆发都会把地下大量的硫带到地面。硫还和多种金属形成硫化物和各种硫酸盐，广泛存在自然界中。在西方，古代人们认为硫燃烧所形成的浓厚的烟和强烈的臭味能够驱除魔鬼。大约在4000年前，埃及人已经使用硫燃烧形成的二氧化硫漂白布匹。

天然硫可能第一个被使用的非金属元素—硫天然硫7

中西方炼金师都很重视硫。这也硫磺的易燃性和他能够与多种金属形成不同颜色的硫化物有关。认为硫是可燃性的化身，是组成一切物体的要素之一。

我国炼丹家首先用硫、硝石和木炭的混合物制成了黑色火药。中西方炼金师都很重视硫。这也硫磺的易燃性和他8

不论在西方或是我国，古代人们都把硫用于医药。在李时珍的《本草纲目》中讲到硫在医药中的作用时说：治腰肾久冷，除冷风顽痹亲热，生用治疥解。在《神农本草经》中还提到：石硫黄能化金、银、铜、铁，奇物。吴普(华陀的学生)《本草》今也说：硫黄能合金、银、铜、铁。这说明我国古代已经认识到硫黄能与金属化合的化学作用。不论在西方或是我国，古代人们都把硫用于医药。在李时珍的《9

自然界当中也存在着较少的单质铜，距今大约4000年前的新石器时代的晚期，夏朝已开始使用红铜，即天然铜。自然界当中也存在着较少的单质铜，距今大约4010

古代的七种金属：金、银、铜、铁、锡、铅和汞--金属“七宝”，其中金、银在自然界中有单质形式存在。其他的又是通过什么方式得到的呢？还好，人类在元年前５０万年就掌握了火。

最早的新技术----火控制火，木材燃烧得到木炭提炼更多的矿石天然存在的金、银、硫古代的七种金属：金、银、铜、铁、锡、铅和汞--金属“七宝”11

碳是在自然界中分布相当广泛的元素之一。自然界中以游离状态存在的碳有金刚石、石墨和煤；各种形态的煤在自然界中分布很广，煤中合碳达99％。人们还可以轻易地取得碳的一些游离状态的产物，如木炭、骨炭、炭黑等等。这就决定了碳在人类有史以前很早很早就被发现和利用了。碳是在自然界中分布相当广泛的元素之一。自然界中以游离状态存12

从人类新石器时代开始制造陶器起，炭黑就被用来做为黑色颜料制造黑陶．由石器时代进人青铜时代的时期中，木炭不仅被人类用作燃料，而且还被用作还原剂．随着冶金工业的发展，人们在寻找比木炭更廉价的燃料和还原剂。这样，人们找到了煤。从人类新石器时代开始制造陶器起，炭黑就被用来做为黑色颜料制13

根据古代文献的记载，我国人民在汉朝就已经知道煤可燃烧。元朝初期，来我国的意大利人马可·波罗在归国后所作的游记中，曾把“用石作燃料”列为专章介绍。当时这位欧洲人惊奇地看到我国人民用煤作燃料，甚为惊奇。英国到十三世纪初才在北部设矿采煤。根据古代文献的记载，我国人民在汉朝就已经知道煤可燃烧。元朝14焦炭焦炭15来说说有趣的C-14^^量：很少半衰期：5730年检测：生物体年代来说说有趣的C-14^^16

铜被冶炼出来了，但是纯铜制成的物件太软，容易弯曲，并且很快就钝了。人们接着又发现把锡掺到铜里去，可以制成铜锡合金--青铜。青铜熔解所需的温度比纯铜低，这就使青铜器的熔炼和制作比纯铜容易得多。青铜比纯铜坚硬，使人们制成的劳动工具和武器有了很大改进。假如我们把锡的硬度定为5，那么铜的硬度就是3０，而青铜的硬度则是100—150。铜被冶炼出来了，但是纯铜制成的物件太软，容易弯曲，并且很快17

从表中可以发现，随着时代的前进，青铜中铅的含量增大。青铜中铅的增加对于液态合金流动性的提高起了重要作用，使铸件纹饰毕露。不过，古代人对于铅和锡的分别并不是十分明确的。称铅为黑铅，称锡为白铅。从表中可以发现，随着时代的前进，青铜中铅的含量增大。青铜中18一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期和转变期。形成期是指龙山时代，距今4500～4000年；鼎盛期即中国青铜器时代，时代包括夏、商、西周、春秋及战国早期，延续时间约一千六百余年，也就是中国传统体系的青铜器文化时代；转变时期指战国末期－秦汉时期，青铜器已逐步被铁器取代，不仅数量上大减，而且也由原来礼乐兵器及使用在礼仪祭祀，战争活动等等重要场合变成日常用具，其相应的器别种类、构造特征、装饰艺术也发生了转折性的变化一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期19如果说公元前二千年是青铜时代的典型时期，那么战国后期对很多地方的居民来说，则是由青铜时代到铁器时代的过渡时期．河北沧州铁狮子铸于后周广顺三年(公元953年)

如果说公元前二千年是青铜时代的典型时期，那么战国后期对很多20

人类最早使用的铁是从天空落下的陨石。陨石中铁的百分含量很高，一般都在80%以上，是铁、钴、镍的混合物。部分陨铁中铁的含量高达98%以上。陨铁中的镍和钴呈高低层相间分布，这种层状分布结构只能从高温每一万年冷却几度的条件下生成，而这个条件是人工无法完成的。中国多处出土了铁刃铜器。地球文化进入铁器时代以前的包铁青铜器人类最早使用的铁是从天空落下的陨石。陨石中铁21新疆大陨铁新疆大陨铁22化学元素发现课件23化学元素发现课件24

最后被发现的就是汞。天然的硫化汞又称砾砂，或丹砂。由于它具有鲜红的色泽。因而很早就被人们用来作为红色的颜料。我国《诗经·兼茵》章有“额如我渥丹”句，就是说这个人的容貌美好，如涂了丹砂一样。在汉朝司马迁所著的《史记·秦始皇本纪》中记述有：“以水银为百川、江河、大海，机相灌输，上具天文，下具地理”。是叙述秦始皇在自营坟墓，用大量水银保护他的棺材，数量上也许有些夸大，事实上还是相当可观。最后被发现的就是汞。25

启迪篇——中国古代化学代表人物与著作中国炼丹术自汉初兴起，在它得到巨大发展的400余年里，曾涌现许多卓越的炼丹家，炼丹大师狐刚子、葛洪就是汉代时期的杰出代表。启迪篇——中国古代化学代表人物与著作26

狐刚子名狐丘，又叫胡罡子，东汉未年的炼丹家，著有《五金粉图决》、《出金矿图录》、《河车经》、《玄珠经》等。狐刚子名狐丘，又叫胡罡子，东汉未年的炼丹家，著有《五金粉图27葛洪与《抱朴子》葛洪(公元284-564)号彬川，别号把子真。白号抱朴子，江苏丹阳切容县人。其祖父曾出任过三国时期吴国的大官。可以说是世代官宦，他个人也曾任晋朝的“关内侯”。葛洪与《抱朴子》28

葛洪的炼丹术可谓一脉相承，由左慈至他的祖父葛玄而至郑隐而最后传到他。其间只另师从过南海太守鲍玄。葛洪于46岁左右便辞官隐居于广东罗浮山炼丹终老。他一生的著作很多．范围也很广，关于炼丹术方面主要是《抱朴子·内篇》。这部著作的内容是非常丰富的，但他的原文中有些语言是过于隐晦的。葛洪的炼丹术可谓一脉相承，由左慈至他的祖父葛玄而至郑隐而最29

从狐刚子的著作、葛洪的《抱朴子》中我们能看出我国古代炼丹术士已经做了许多化学实验，积累了大量化学事实，但为什么没有在中国形成化学学科?我们从葛洪和《抱朴子》可以看到一些原因：(1)炼丹家进行炼丹的目的不是为了进行化学研究，而是为了“点石成金”，或炼出长生不老的丹药。这使得他们的炼丹活动中带有了浓厚的迷信色彩，从而对实验现象不能正确解释，而往往牵强附会，荒诞不经，使人觉得玄之又玄。(2)炼丹家的服务对象大多是君王、贵族或他们的自我需要。与劳动人民的生活隔得很远，只是少数人的专利品，人民群众是无从接触到这些积累的化学知识的。从狐刚子的著作、葛洪的《抱朴子》中我们能看出我国古代炼丹术30

(3)各门各派，壁垒森严。各派抱着自己的研究结果，秘而不宣，甚或用晦涩的隐语、符号来表示，给后人整理、研究增添不少的困难。各派说教不一，炼丹家多独处深山古刹，交流研讨少，大多固步自封，使后人积累面窄，继承的知识有限，这种一脉相传的结果往往导致失传。(4)研究面窄，从《抱朴子》中可以看出，其研究对象多为砷、汞、铅、硫、金、银等元素。实验方法单一守旧，因袭前人变化很小，多采用加热、升华等方法，蒸馏等简单操作基本上都没有，大大缩小了认识范围。(5)不注重理论研讨，将理论基础建立在阴阳五行上，炼丹家又往往随意演译、解释，没有科学的态度。这使得后来者没有线索，无从把据，感到扑朔迷离，所有这些导致了实验事实不能上升为理论。(3)各门各派，壁垒森严。各派抱着自己的研究结果，秘而不31沈括和他的《梦溪笔谈》沈括(公元103l一1095年），吴兴(今浙江杭州)人，出身于官僚家庭，于公元1062年中进士。沈括一生仕途坎坷，但在迭荡的一生中，沈括却在我国古代石油开发、制盐和炼铜技术上，做出了杰出的贡献。英国科学史家李·约瑟(JosephNeedham)赞许沈括是“中国整个科学史中最卓越的人物”，赞许他的著作《梦溪笔谈》是“中国科学史中最卓越的论著”。沈括画像沈括和他的《梦溪笔谈》沈括画像32

翻开《梦溪笔谈》，可以看到有关化学全面的记载，体现了沈括注重自然科学为生产实践服务的思想，其中尤以反映在石油开发、制盐和炼钢上最为明显。沈括用石油烟墨代替松罗，亲自动手实验获得成功，开辟了石油利用的新途径，为以石油族类为原料的碳黑工业奠定了早期的实验基础。沈括还预言：“此物后必大行于世”。翻开《梦溪笔谈》，可以看到有关化学全面的记载，体现了沈括注33

宋应星与《天工开物》宋应星(公元1587—1661），字长皮，江西省奉新县雅溪乡人。他是我国明代著名的科学家，其所著《天工开物》一书、是我国和世界科学史上第一部有关农业和手工业技术的百科全书。《天工开物》全书详细叙述了各种农作物和工业原料的种类、产地、生产技术和工艺装备，以及一些生产组织经验，既有大量确切的数据，又绘制了一百二十三幅插图。全书分上、中、下三卷，又细分做十八卷。上卷记载了谷物豆麻的栽培和加工方法，蚕丝的纺织和染色技术，以及制盐、制糖工艺。中卷内容包括砖瓦、陶瓷的制作，车船的建造，金属的铸锻，煤炭、石灰、硫黄、白矾的开采和烧制，以及榨油、造纸方法等。下卷记述金属矿物的开采和冶炼，兵器的制造，颜料、酒曲的生产，以及珠玉的采集加工等。

宋应星与《天工开物》34

他的著作都具有珍贵的历史价值和科学价值。如在"五金"卷中，宋应星是世界上第一个科学地论述锌和铜锌合金（黄铜）的科学家。他明确指出，锌是一种新金属，并且首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的重要成就之一。使中国在很长一段时间里成为世界上唯一能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合物（炉甘石）炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。他的著作都具有珍贵的历史价值和科学价值。如在"五金"卷中，35宋应星塑像科学巨著《天工开物》宋应星塑像科学巨著《天工开物》36《天工开物》之铸鼎图《天工开物》之南方挖煤图明崇祯十年原刊本《天工开物•序》《天工开物》之筒车图《天工开物》之南方榨油图《天工开物》之生熟炼铁炉图《天工开物》之铸鼎图《天工开物》之南方挖煤图明崇祯十年原刊本37

《天工开物》是对中国古代农业和工业生产技术系统而全面的总结，在科学史中首开先例，其所述范围之广为以往任何著作所不及，足可与西方文艺复兴时期G．阿格里科拉撰写的《矿冶全书》这本技术经典相媲美。此书出版后，很快便在福建由书商杨素卿于清初刊行第二版，并被清代官刻大型著作《古今图书集成》(1725)及《授时通考》(1737)广泛摘引。虽然l8世纪后半叶《天工开物》因有反清思想而一度遭到厄运，但仍成为当时许多学者的参考书。此书于l7世纪末传人日本，1771年大阪出现了刻本，从此成为江户时代(1608一l868)日本各界广为重视的读物，刺激了“开物之学”的兴起。20世纪时，此书又被译成现代日语，至今畅销。《天工开物》是对中国古代农业和工业生产技术系统而全面的总38

l8世纪《天工开物》还传到朝鲜，成为李朝(1392一l910)后期实学派学者参引的著作。1830一1840年间，《天工开物》中的《丹青》、《五金》、《乃服》、《彰施》及《杀青》等章还被摘译成法文，接着转译成英文、德文。《乃服》中的养蚕部分被译成意大利文和俄文。达尔文读过这部分内容，曾作过转引。1869年，《天工开物》有关工业各章的法文摘译，又被集中收入“中华帝国工业之今昔”(IndustriesanciennesetmodernesdeL‘EmpireChinois)，刊于巴黎。1964年，有关农业的前四章被译成德文。l8世纪《天工开物》还传到朝鲜，成为李朝(1392一l939

l966年，《天工开物》全书被译成英文，在美国出版。目前，这部书已成为世界科学经典著作在各国流传，并受到高度评价。法国学者S．儒莲称此书为“技术百科全书”，日本学者三枝博音称其为“中国有代表性的技术书”，英国学者李.约瑟把《天工开物》作者宋应星称为“中国的阿格里科拉”和“中国的狄德罗”。l966年，《天工开物》全书被译成英文，在美国出版。目前40

我国明代科学家宋应星对我们的启迪中国古代的科学技术，长期以来—占处于一个欧洲人所望尘莫及的地位。例如英国科学史家李约瑟博士著文中提到的，“中国的这些发明与发现往往远远超过了同时代的欧训，特别是中世纪以前更是如此，关于这一点可以毫不费力地加以证明。”沈括的《梦溪笔谈》、李时珍的《本草纲目》、宋应星的《天工开物》的出版，标志了这个民族的科技文明已达到了成熟期。我国明代科学家宋应星对我们的启迪41

宋应星生于1587年(明神宗万历十五年)卒于约1666年(清康熙五年)前后。整个生命经历了明未清初这一社会动荡时期。29岁时以全省第3名中举；而后虽饱读经书、才高八斗，却“五上公车而不第”。

宋应星完成如此巨著的时代．竟不是什么太平盛世。恰恰相反，他所经历的四朝（明·万历、祟帧，清·顺治、康熙)不是政治腐败、阉党横行，便是社会动荡、兵荒马乱，因此，在我们惊叹《天工开物》的惊人成就的同时，更叹服作者对科学的执著追求和超人的毅力。宋应星画像宋应星生于1587年(明神宗万历十五年)卒于约1666年(42

宋应星的成就就是建立在对先人的光荣感、自豪感和责任感上的。他既有继承，又有批判、有创新。他继承的是古代文明之精粹，批判那些反科学的．诸如神鬼学、点金术、炼丹术之类的糟粕；他创新的不仅是一些农业及手工业的技术手段，更重要的是留给后人以再创造的好学思想和精神驱动力！宋应星的成就就是建立在对先人的光荣感、自豪感和责任感上的。43近代元素发现史“火焰空气”药店里的学徒——卡尔．舍勒瑞典科学家卡尔·威廉·舍勒，他十四岁那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部分花费在书籍和化学试剂上。

卡尔．舍勒１７４２－１７８６近代元素发现史卡尔．舍勒44

火为什么会熄灭如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。火为什么会熄灭45

五分之一的空气哪里去了？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？五分之一的空气哪里去了？46

“死空气”和“活空气”

无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的细劈柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的磷，到了这种空气里也不肯着火。有几只老鼠，被舍勒关到充满了这中死空气的罐里，立刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和普通空气一样。“死空气”和“活空气”47“火焰空气”的制取—加热黑火药“火焰空气”的制取48

不可捉摸的燃素

那时候，在化学家中间流传着一种学说，据说一种物质只在它含有许多特殊的易燃物质——燃素时，才能燃烧。

至于燃素是什么东西，谁也说不清楚。有人想，燃素很象气体，又有人说，燃素看不见，也不能单独地弄到手，因为它不能独立存在，永远得和别种物质结合在一起。不可捉摸的燃素49可怜的舍勒-燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。他最终简单的解释为：一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和“火焰空气“化合，而这种看不见的的化合物是这样容易挥发，简直可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。可怜的舍勒-燃素学说的拥护者最终也没有突破栏50

第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友

“火焰空气”是由三位科学家差不多同时发现的。

舍勒发现最早。一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多气体：CO2、NH3、HCl）也查出了“火焰空气”。又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听说有种气体，蜡烛在里面会燃烧得很亮。结果他就根据这点模糊的暗示，也独立发现了空气的复杂组成。1733-1804第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友1733-180451

可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能，做出了正确的估计。

原来拉瓦锡有个杰出的盟友在工作中出力地帮助了他。

舍勒和普里斯特利也有这样的盟友，不过他们既不经常请教它，也不重视它的劝告。拉瓦锡的主要盟友就是——天平。拉瓦锡可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能52

拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。哪一个分量更重些？是磷呢，还是燃烧后留下的由磷而来的物质？拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。53

抨击、嘲笑、反对，最终接受！抨击、嘲笑、反对，最终接受！54现在的天平现在的天平55

元素名单的刷新磷酸—磷碳酸—碳元素名单的刷新56

四元素学说的彻底倒台四元素学说的彻底倒台57元素发现史之近代元素发现史

“火焰空气”药店里的学徒——卡尔．舍勒瑞典科学家卡尔·威廉·舍勒，他十四岁那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部分花费在书籍和化学试剂上。

卡尔．舍勒１７４２－１７８６元素发现史之近代元素发现史卡尔．舍勒58

火为什么会熄灭如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。火为什么会熄灭59

五分之一的空气哪里去了？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？五分之一的空气哪里去了？60

“死空气”和“活空气”

无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的细劈柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的磷，到了这种空气里也不肯着火。有几只老鼠，被舍勒关到充满了这中死空气的罐里，立刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和普通空气一样。“死空气”和“活空气”61“火焰空气”的制取-加热硝石“火焰空气”的制取62

不可捉摸的燃素

那时候，在化学家中间流传着一种学说，据说一种物质只在它含有许多特殊的易燃物质——燃素时，才能燃烧。

至于燃素是什么东西，谁也说不清楚。有人想，燃素很象气体，又有人说，燃素看不见，也不能单独地弄到手，因为它不能独立存在，永远得和别种物质结合在一起。不可捉摸的燃素63

燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和“火焰空气“化合，而这种看不见的的化合物是这样容易挥发，简直可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。64

第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友

“火焰空气”是由三位科学家差不多同时发现的。

舍勒发现最早。一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多气体：CO2、NH3、HCl）也查出了“火焰空气”。又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听说有种气体，蜡烛在里面会燃烧得很亮。结果他就根据这点模糊的暗示，也独立发现了空气的复杂组成。1733-1804第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友1733-180465

可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能，做出了正确的估计。

原来拉瓦锡有个杰出的盟友在工作中出力地帮助了他。

舍勒和普里斯特利也有这样的盟友，不过他们既不经常请教它，也不重视它的劝告。拉瓦锡的主要盟友就是——天平。拉瓦锡可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能66

拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。哪一个分量更重些？是磷呢，还是燃烧后留下的由磷而来的物质？拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。67

抨击、嘲笑、反对，最终接受！抨击、嘲笑、反对，最终接受！68现在的天平现在的天平69

元素名单的刷新磷酸—磷碳酸—碳元素名单的刷新70

四元素学说的彻底倒台四元素学说的彻底倒台71

第二次的飞跃--化学和电结合

伏打1745～1827

伽法尼1800年伏打电池研制成功，电解法，作为一项非常特殊的技术，在新元素发现领域掀起一次空前的高潮。那些一般的化学方法不能得到的元素单质，在电流的冲击下逐渐的显现出来。第二次的飞跃--化学和电结合伏打伽法尼72伏打柱伏打柱燃料电池伏打柱伏打柱燃料电池73化学元素发现课件74

电池有多大的作用？电流能分解水，并且能从金属盐溶液中赶出金属来。

电池有多大的作用？75发现化学元素最多的化学家——汉夫里．戴维1778—1829

英国化学家汉夫里.戴维，1778年生于英国的盘森斯城。他小时聪明、淘气，不喜欢读书，喜欢游戏、钓鱼和做诗。发现化学元素最多的化学家——汉夫里．戴维1778—182976

戴维16岁时的计划：学会至少7门外语，仔细研究20来种学科。在药剂店的工作中，戴维的名气越来越大。20岁时，戴维应邀进入气体力学院工作。在那里，他发现了一种能够令人兴奋和陶醉的气体—笑气，是他的声誉一下子传遍了整个英国。随后，又被聘为皇家学院的副教授。戴维16岁时的计划：77

在阿柏马里街的学院中—拥有无穷精力的天才科学家

客人们来到阿柏马里街的演讲厅，首先看到一张大桌子，上面摆满了各种仪器。但是有阅历的人，定能马上看出有些高高的伏特柱挺立在仪器当中，还有几条螺旋形的导线从伏特柱伸向四面八方。到了预定的时间，门开了，一个文弱的二十二岁的青年站在台上。他的头不大，头发是栗色的，面部表情很是活泼，生动。“看他多年轻！”大厅里到处有人这样小声议论。

在阿柏马里街的学院中78

淡紫色火焰的秘密戴维想：“有许多物质，我们认为是不可分解的元素，但在它们当中可能也有许多种，经不起电流的作用。”于是他开始对硫、磷、碳、碱、苦土、石灰、矾土的性质作批判的研究和比较。它们是不是元素呢？如果不是，那它们里面都含有哪些物质呢？这个谜的确很有趣，值得花费些工夫把它揭穿！做过多方面的考虑之后，戴维决定从碱入手研究。淡紫色火焰的秘密79令人振奋的出色试验溶液——会怎么样？熔融盐——又会怎么样？湿润的盐——哦，这才是答案！令人振奋的出色试验80乘胜追击！——入水不沉没，冰上能着火的金属金属钠金属钾乘胜追击！金属钠金属钾81

1789年，拉瓦锡列出了33种元素，其中9种还不是真正的元素。40年后，戴维去世的那一年，化学家已经肯定的知道了53种元素。戴维本人发现和指出的就不下10种。锇(Os)铑(Rh)铱(If)1789年，拉瓦锡列出了33种元素，其中9种还不是真正的8220多年元素发现史的空白！自19世纪20年代其后的20多年中，竟然没有一种新的元素被发现！57种，多一种也没有了？！20多年元素发现史的空白！83罗怕特·威廉·本生1811～1899基尔霍夫1824～1887

第三次飞跃--光和化学的结合罗怕特·威廉·本生基尔霍夫第三次飞跃--光和化学的结合84本生灯本生灯和火焰的颜色浅蓝色的灯焰钠--浅黄色铜--绿色钾--淡紫色钙--砖红色…本生灯本生灯和火焰的颜色85三棱镜基尔霍夫的建议——三棱镜三棱镜基尔霍夫的建议——三棱镜86牛顿（1642~1727）牛顿的游戏牛顿牛顿的游戏87夫朗和斐(1787-1826)夫朗和斐(1787-1826)88本生的实验—令人惊喜的结果本生灯→平行光管→三棱镜→窥管本生的实验—令人惊喜的结果本生灯→平行光管→三棱镜→窥管89白昼点灯，大找特找--突破性的精密仪器白昼点灯，大找特找90人造夫琅和费线如果是你，你怎么做？连续光谱——元素蒸气人造夫琅和费线91大胆的实验——化验太阳大胆的实验——化验太阳92铷(Rb)铯(Cs)本生的新发现铷(Rb)铯(Cs)本生的新发现93太阳元素——氦太阳元素——氦94最初人们并未认识到，元素会构成一个理性的周期王国。虽然18世纪我们就对氢、氧、铁、铜有所了解，至19世纪早期，已有好几十种元素的领地被开发，但当时认为它们只是互不相关的群岛，无规律的散布在浩瀚的大海上。门捷列夫的周期率最初人们并未认识到，元素会构成一个理性的周期王国。虽95时间进展代表人物及贡献1789-1859元素周期律发现前的摸索阶段

1829年德贝莱纳制作了“元素组”

1860-1889周期律的发现和巩固阶段

法国化学家尚古多提出一个“螺旋图”的分类方法；1865年，英国化学家纽兰兹提出了“八音律”一说；1869年3月1日俄国化学家门捷列夫排出第一张周期表

1889-1909周期系理论的考验和发展阶段

1894年拉姆赛和瑞利发现惰性气体氩，至1898年陆续发现氦、氪、氙和氖，并在表中形成零族

1910-1945周期律本质的揭示阶段

1911年卢瑟福发现原子的含核模型1913-1921年玻尔的原子模型

1945-1969锕系理论的提出和证实阶段西博格提出了锕系理论

1970年-至今周期表的延伸和更加完善阶段时间进展代表人物及贡献1789-1859元素周期律发现前的96返回1829年德国化学家德贝莱纳提出了“三元素组”观点，把当时已知的44种元素中的15种，分成5组，指出每组的三允素性质相似，而且中间元素的原子量等于较轻和较重的两个元素原子量之和的一半。例如钙、锡、钡，性质相似，铬的原子量大约是钙和钡的原子量之和的一半。氯、溴、碘以及银、钠、钾等元素也有类似的关系。然而只要认真一点，就会发现这样分类有许多不能令人满意的地方，所以并没有引起化学家们的重视。返回1829年德国化学家德贝莱纳提出了“三元素组”观971862年，法国化学家尚古多提出一个“螺旋图”的分类方法。他将已知的62种元素按原子量的大小顺序标记在绕着圆柱体上升的螺旋线上，这样某些性质相近的元素恰好出现在同一母线上。因此他第一个指出了元素性质的周期性变化。可是他的报告照样无人理睬。返回1862年，法国化学家尚古多提出一个“螺旋图”的分类981865年，英国化学家纽兰兹提出了“八音律”一说。他把当时已知的元素按原子量递增顺序排列在表中，发现元素的性质有周期住的重复，第八个元素与第一个元素性质相近，就好象音乐中八音度的第八个音符有相似的重复一样。纽兰兹的工作同样被否定，当时的一些学者把八音律斥之为幼稚的滑稽戏，有人甚至说：“为什么不按元素的字母顺序排列呢？那样，也许会得到更加意想不到的美妙效果。”“八音律”是存在许多错误，但是应该看到，从三元素组”到“八音律”都从不同的角度，逐步深入地探讨了各元素间的某些联系，使人们一步步逼近了科学的真理。返回1865年，英国化学家纽兰兹提出了“八音律”一说。他991867年，彼得堡大学聘请青年化学家德.伊.门捷列夫来校担任普通化学教授。在全国一流的大学里讲授化学的基本课程是种崇高的荣誉。为了不辜负这种荣誉，这位33岁的教授决定尽自己的力量做好工作。门捷列夫想在大学生面前展开一幅描写物质统一、逻辑的图画，想给他们指出宇宙的物质构造所凭借的几条重要法则。可是他在自己所喜爱的这门科学里，竟找不出一点统一性和逻辑性来。1834-19071867年，彼得堡大学聘请青年化学家德.伊.门捷列夫100在门捷列夫之前，化学家们就发现了相似元素的族，例如：包括氟、氯、溴、碘的卤族，包括镁、钙、锶、钡的碱土金属。门捷列夫肯定地认为这种现象决不是偶然的。一定有某种内在的依从性，某种联系存在于一切元素中间。一切的元素里面，应该毫无例外的有着某种特征，即决定他们的类似，又决定他们之间的差别。是什么呢？颜色？密度？在门捷列夫之前，化学家们就发现了相似元素的族，例如：101门捷列夫知道它，所有的化学家也知道它。可是很少有人重视它。它就是“原子量”。门捷列夫知道它，所有的化学家也知道它。可是很少有人重102这个结论是门捷列夫把一切元素的性质仔细比较后得出来的。能够帮他找到物质世界的统一性与规律性的那把钥匙已经找到了。只要善于利用它，问题就解决了。然而在门捷列夫之前竟然没有一个人看得出元素间的这种自然联系么？乍一看，好像这里并没有什么奥妙：只要按着原子量的大小把元素一个接一个的排列下去，周期率就自动出现了。不过只有门捷列夫一个人发现周期率，并且利用它进一步发展科学。看来，这件事情不是那么简单。

这个结论是门捷列夫把一切元素的性质仔细比较后得出来的103“混乱的密码”门捷列夫时期发现的元素只有63种，他无法得知自然界还有什么样的元素没有被查出来，那些空白或缺少的地方究竟代表什么元素，就全都无法确定了。并且，当时的几种元素的原子量并没有计算准确。这样的元素，如果仅按照原子量并没有站到应该站的位置上，给那些相似的元素的排列也造成了很大的混乱。门捷列夫时期已知的元素“混乱的密码”门捷列夫时期已知的元素104其次，按照元素性质的排法与根据原子量排成的次序有出入。然而门捷列夫认为性质重于原子量，于是大胆地改变原来的次序。最后证实他是对的。例如，原子量为127．61的碲，若以原子量为准，则应排在原子量是126．91的碘之后。但在该分栏的周期表中，把碲放在碘的前面可以把它置于性质和它极为相似的硒的下方；同时，这样一来，也就把碘置于和它性质相似的溴的下面了。

其次，按照元素性质的排法与根据原子量排成的次序有出105最后，也是最重要的，门捷列夫毫不犹豫勇敢地在周期表上留下一些空格，并且信心十足地宣称一定还可以发现属于这些空格的元素。他给它们取名为埃卡硼、埃卡铝、埃卡硅，他又预言了他自己臆造的这些谁也不知道的物质，会具有怎么样的性质。最后，也是最重要的，门捷列夫毫不犹豫勇敢地106化学还是相术？“所谓精密科学，只限于谈实在的物质、触摸得到的东西、无可争辩的事实。现在把杜撰的东西也收罗进去，那成什么玩意儿。那是化学呢，还是相术？”只有事实能够说服怀疑派。但是，好几年过去了，门捷列夫周期表中的空格还是空着，只有一些幽灵般的、臆造的元素呆在里面。谁也不重视它们了，更糟的是人们简直忘掉了他们。化学还是相术？107门捷列夫非常幸运，在他有生之年，他所预测的三个元素都被发现了，因此他能亲眼目睹自己所建立的系统的成功。1875年，法国化学家勒科克·德·布瓦博德朗发现了遗漏的三个元素中的第一个，并命名为镓（埃卡铝，是以“法国”的拉丁文来命名的）。1879年，瑞典化学家尼尔森发现了第二个，并命名为钪（埃卡硼，是以“斯堪的纳维亚”来命名的）。而在1886年，德国化学家温克勒发现了第三个，并命名为锗（埃卡硅，当然是以“德国”这个名字来命名的）。这三个元素的性质几乎和门捷列夫所预测的一样。门捷列夫非常幸运，在他有生之年，他所预测的三108

化学作为一门科学，从1661年英国化学家波义耳提出物质组成的元素说开始建立，到现在只不过二百多年的历史。第一次是1808年英国化学家道尔顿提出原子学说。第二次是1869年俄国化学家门捷列夫发现了著名的化学元素周期律。恩格斯评价说。“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业”。有人预计，化学键理论的研究将会引起第三次大突破。从1927年量子力学应用于化学开始．化学健理论发展很快。它将揭示物质的性质和结构之间的本质联系，为研制新材料，探索新能源，研究生命现象，模拟生命体内的化学变化等各方面提供充实的理论依据。美国杰出的化学家，两次获得诺贝尔奖的鲍林指出：“化学键理论是化学家手中的金钥匙”。化学作为一门科学，从1661年英国化学家波109互不打扰一天一位熟人到门捷列夫家串门，他喋喋不休地讲个不停。“我使你感到厌烦了吗？”客人最后问道。“不，没有......你说到哪儿去了。”门捷列夫回答说，“请讲吧，继续讲吧，你并不妨碍我，我在想自己的事。”互不打扰110第三章、元素发现史主讲人：

海洋学院应用化学第三章、元素发现史主讲人：111

目前我们正式命名的有109种，其中存在自然界中的有88种，另外的21种，是用人工方法在实验中制得的。元素不是一朝一夕发现的。其中有很多种，古人已经知道，可还是过了好几个世纪，才认清楚它们是元素，不是复合物质。相反，有些复合物质却很久被人误以为是元素，因为早先化学家不知道它们是可以分解的。还有一些元素，人们很少遇到或人眼很难看到，结果就费了很大的力气才把它们找到。

科学家在寻找元素这个课题上曾花费了几百年的时间。这里付出了很多的劳动，也出现了很多聪明而又有发明才干的人物。本章就用说故事的方式，给大家讲讲元素的一些最重要的发现过程和它们的发现者。目前我们正式命名的有109种，其中存在自然界中的有88种112

古代元素发现史金、银、硫在自然界当中存在单质形式，是最早被人们发现的化学元素。

金在自然界中绝大部分以单质状态存在．在许多河流的沙床上，它和砂子混和在一起；在一些岩石中，它和岩石掺杂成块．由于它的化学惰性，使它不论在哪里，都不受空气和水的作用，发出它固有的黄色光辉．吸引着人们的注意．因此，它在人类生活的最初时期就被人们发现了．它被认为是人类最早发现的化学元素之一．据说，现存的最大的天然金块重36公斤．现存于俄罗斯的最大金块古代元素发现史金在自然界中绝大部分以单质状态存在．在113

金、银最早被人们用来制作装饰品，后来作为货币．这两种应用一直传到今天．纪元前2000年以前，埃及人已经用镀金、包金和镶金的器物，并且把金丝用在刺绣上．在我国西周时代的墓葬里出土有包在铜矛、车衡两端的条形、圆形、人字形、三角形金片，还有包金兽面、包金回泡等等．金、银最早被人们用来制作装饰品，后来作为货币．这两种应用一114

银在自然界中虽然也有单质状态，但是大部分是化合物状态。因而它的发现要比金晚．一般认为在限今5500一6000年以前。据说，曾经发现最大的银块重13.5吨。天然银多半是和金、汞、锑、铜或铂成合金。天然金几乎总是与少量银成合金。我国古代已知的琥珀金，就是一种天然的金、银合金，含银约20％。

最初，由于人们取得的银的量很少。使得它的价值比金还贵。在大约公元前1780-1580年间埃及王朝的法典中规定，银的价值是金的两倍。甚至到十七世纪，在日本，银和金的价值还是相等的。银锭银在自然界中虽然也有单质状态，但是大部分是化合物状态。因而115

金的比重特别大，大到19.3g/cm3。早在远古时代人们就利用金、银的比重、颜色、焰色反应等来检测金银的真伪和纯度。科学史中流传的希腊公元前2世纪的科学家鉴别真伪金制皇冠的故事就是一个很好的例子。金的比重特别大，大到19.3g/cm3。早在116可能第一个被使用的非金属元素—硫

在自然界中存在有单质状态。每次火山爆发都会把地下大量的硫带到地面。硫还和多种金属形成硫化物和各种硫酸盐，广泛存在自然界中。在西方，古代人们认为硫燃烧所形成的浓厚的烟和强烈的臭味能够驱除魔鬼。大约在4000年前，埃及人已经使用硫燃烧形成的二氧化硫漂白布匹。

天然硫可能第一个被使用的非金属元素—硫天然硫117

中西方炼金师都很重视硫。这也硫磺的易燃性和他能够与多种金属形成不同颜色的硫化物有关。认为硫是可燃性的化身，是组成一切物体的要素之一。

我国炼丹家首先用硫、硝石和木炭的混合物制成了黑色火药。中西方炼金师都很重视硫。这也硫磺的易燃性和他118

不论在西方或是我国，古代人们都把硫用于医药。在李时珍的《本草纲目》中讲到硫在医药中的作用时说：治腰肾久冷，除冷风顽痹亲热，生用治疥解。在《神农本草经》中还提到：石硫黄能化金、银、铜、铁，奇物。吴普(华陀的学生)《本草》今也说：硫黄能合金、银、铜、铁。这说明我国古代已经认识到硫黄能与金属化合的化学作用。不论在西方或是我国，古代人们都把硫用于医药。在李时珍的《119

自然界当中也存在着较少的单质铜，距今大约4000年前的新石器时代的晚期，夏朝已开始使用红铜，即天然铜。自然界当中也存在着较少的单质铜，距今大约40120

古代的七种金属：金、银、铜、铁、锡、铅和汞--金属“七宝”，其中金、银在自然界中有单质形式存在。其他的又是通过什么方式得到的呢？还好，人类在元年前５０万年就掌握了火。

最早的新技术----火控制火，木材燃烧得到木炭提炼更多的矿石天然存在的金、银、硫古代的七种金属：金、银、铜、铁、锡、铅和汞--金属“七宝”121

碳是在自然界中分布相当广泛的元素之一。自然界中以游离状态存在的碳有金刚石、石墨和煤；各种形态的煤在自然界中分布很广，煤中合碳达99％。人们还可以轻易地取得碳的一些游离状态的产物，如木炭、骨炭、炭黑等等。这就决定了碳在人类有史以前很早很早就被发现和利用了。碳是在自然界中分布相当广泛的元素之一。自然界中以游离状态存122

从人类新石器时代开始制造陶器起，炭黑就被用来做为黑色颜料制造黑陶．由石器时代进人青铜时代的时期中，木炭不仅被人类用作燃料，而且还被用作还原剂．随着冶金工业的发展，人们在寻找比木炭更廉价的燃料和还原剂。这样，人们找到了煤。从人类新石器时代开始制造陶器起，炭黑就被用来做为黑色颜料制123

根据古代文献的记载，我国人民在汉朝就已经知道煤可燃烧。元朝初期，来我国的意大利人马可·波罗在归国后所作的游记中，曾把“用石作燃料”列为专章介绍。当时这位欧洲人惊奇地看到我国人民用煤作燃料，甚为惊奇。英国到十三世纪初才在北部设矿采煤。根据古代文献的记载，我国人民在汉朝就已经知道煤可燃烧。元朝124焦炭焦炭125来说说有趣的C-14^^量：很少半衰期：5730年检测：生物体年代来说说有趣的C-14^^126

铜被冶炼出来了，但是纯铜制成的物件太软，容易弯曲，并且很快就钝了。人们接着又发现把锡掺到铜里去，可以制成铜锡合金--青铜。青铜熔解所需的温度比纯铜低，这就使青铜器的熔炼和制作比纯铜容易得多。青铜比纯铜坚硬，使人们制成的劳动工具和武器有了很大改进。假如我们把锡的硬度定为5，那么铜的硬度就是3０，而青铜的硬度则是100—150。铜被冶炼出来了，但是纯铜制成的物件太软，容易弯曲，并且很快127

从表中可以发现，随着时代的前进，青铜中铅的含量增大。青铜中铅的增加对于液态合金流动性的提高起了重要作用，使铸件纹饰毕露。不过，古代人对于铅和锡的分别并不是十分明确的。称铅为黑铅，称锡为白铅。从表中可以发现，随着时代的前进，青铜中铅的含量增大。青铜中128一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期和转变期。形成期是指龙山时代，距今4500～4000年；鼎盛期即中国青铜器时代，时代包括夏、商、西周、春秋及战国早期，延续时间约一千六百余年，也就是中国传统体系的青铜器文化时代；转变时期指战国末期－秦汉时期，青铜器已逐步被铁器取代，不仅数量上大减，而且也由原来礼乐兵器及使用在礼仪祭祀，战争活动等等重要场合变成日常用具，其相应的器别种类、构造特征、装饰艺术也发生了转折性的变化一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期129如果说公元前二千年是青铜时代的典型时期，那么战国后期对很多地方的居民来说，则是由青铜时代到铁器时代的过渡时期．河北沧州铁狮子铸于后周广顺三年(公元953年)

如果说公元前二千年是青铜时代的典型时期，那么战国后期对很多130

人类最早使用的铁是从天空落下的陨石。陨石中铁的百分含量很高，一般都在80%以上，是铁、钴、镍的混合物。部分陨铁中铁的含量高达98%以上。陨铁中的镍和钴呈高低层相间分布，这种层状分布结构只能从高温每一万年冷却几度的条件下生成，而这个条件是人工无法完成的。中国多处出土了铁刃铜器。地球文化进入铁器时代以前的包铁青铜器人类最早使用的铁是从天空落下的陨石。陨石中铁131新疆大陨铁新疆大陨铁132化学元素发现课件133化学元素发现课件134

最后被发现的就是汞。天然的硫化汞又称砾砂，或丹砂。由于它具有鲜红的色泽。因而很早就被人们用来作为红色的颜料。我国《诗经·兼茵》章有“额如我渥丹”句，就是说这个人的容貌美好，如涂了丹砂一样。在汉朝司马迁所著的《史记·秦始皇本纪》中记述有：“以水银为百川、江河、大海，机相灌输，上具天文，下具地理”。是叙述秦始皇在自营坟墓，用大量水银保护他的棺材，数量上也许有些夸大，事实上还是相当可观。最后被发现的就是汞。135

启迪篇——中国古代化学代表人物与著作中国炼丹术自汉初兴起，在它得到巨大发展的400余年里，曾涌现许多卓越的炼丹家，炼丹大师狐刚子、葛洪就是汉代时期的杰出代表。启迪篇——中国古代化学代表人物与著作136

狐刚子名狐丘，又叫胡罡子，东汉未年的炼丹家，著有《五金粉图决》、《出金矿图录》、《河车经》、《玄珠经》等。狐刚子名狐丘，又叫胡罡子，东汉未年的炼丹家，著有《五金粉图137葛洪与《抱朴子》葛洪(公元284-564)号彬川，别号把子真。白号抱朴子，江苏丹阳切容县人。其祖父曾出任过三国时期吴国的大官。可以说是世代官宦，他个人也曾任晋朝的“关内侯”。葛洪与《抱朴子》138

葛洪的炼丹术可谓一脉相承，由左慈至他的祖父葛玄而至郑隐而最后传到他。其间只另师从过南海太守鲍玄。葛洪于46岁左右便辞官隐居于广东罗浮山炼丹终老。他一生的著作很多．范围也很广，关于炼丹术方面主要是《抱朴子·内篇》。这部著作的内容是非常丰富的，但他的原文中有些语言是过于隐晦的。葛洪的炼丹术可谓一脉相承，由左慈至他的祖父葛玄而至郑隐而最139

从狐刚子的著作、葛洪的《抱朴子》中我们能看出我国古代炼丹术士已经做了许多化学实验，积累了大量化学事实，但为什么没有在中国形成化学学科?我们从葛洪和《抱朴子》可以看到一些原因：(1)炼丹家进行炼丹的目的不是为了进行化学研究，而是为了“点石成金”，或炼出长生不老的丹药。这使得他们的炼丹活动中带有了浓厚的迷信色彩，从而对实验现象不能正确解释，而往往牵强附会，荒诞不经，使人觉得玄之又玄。(2)炼丹家的服务对象大多是君王、贵族或他们的自我需要。与劳动人民的生活隔得很远，只是少数人的专利品，人民群众是无从接触到这些积累的化学知识的。从狐刚子的著作、葛洪的《抱朴子》中我们能看出我国古代炼丹术140

(3)各门各派，壁垒森严。各派抱着自己的研究结果，秘而不宣，甚或用晦涩的隐语、符号来表示，给后人整理、研究增添不少的困难。各派说教不一，炼丹家多独处深山古刹，交流研讨少，大多固步自封，使后人积累面窄，继承的知识有限，这种一脉相传的结果往往导致失传。(4)研究面窄，从《抱朴子》中可以看出，其研究对象多为砷、汞、铅、硫、金、银等元素。实验方法单一守旧，因袭前人变化很小，多采用加热、升华等方法，蒸馏等简单操作基本上都没有，大大缩小了认识范围。(5)不注重理论研讨，将理论基础建立在阴阳五行上，炼丹家又往往随意演译、解释，没有科学的态度。这使得后来者没有线索，无从把据，感到扑朔迷离，所有这些导致了实验事实不能上升为理论。(3)各门各派，壁垒森严。各派抱着自己的研究结果，秘而不141沈括和他的《梦溪笔谈》沈括(公元103l一1095年），吴兴(今浙江杭州)人，出身于官僚家庭，于公元1062年中进士。沈括一生仕途坎坷，但在迭荡的一生中，沈括却在我国古代石油开发、制盐和炼铜技术上，做出了杰出的贡献。英国科学史家李·约瑟(JosephNeedham)赞许沈括是“中国整个科学史中最卓越的人物”，赞许他的著作《梦溪笔谈》是“中国科学史中最卓越的论著”。沈括画像沈括和他的《梦溪笔谈》沈括画像142

翻开《梦溪笔谈》，可以看到有关化学全面的记载，体现了沈括注重自然科学为生产实践服务的思想，其中尤以反映在石油开发、制盐和炼钢上最为明显。沈括用石油烟墨代替松罗，亲自动手实验获得成功，开辟了石油利用的新途径，为以石油族类为原料的碳黑工业奠定了早期的实验基础。沈括还预言：“此物后必大行于世”。翻开《梦溪笔谈》，可以看到有关化学全面的记载，体现了沈括注143

宋应星与《天工开物》宋应星(公元1587—1661），字长皮，江西省奉新县雅溪乡人。他是我国明代著名的科学家，其所著《天工开物》一书、是我国和世界科学史上第一部有关农业和手工业技术的百科全书。《天工开物》全书详细叙述了各种农作物和工业原料的种类、产地、生产技术和工艺装备，以及一些生产组织经验，既有大量确切的数据，又绘制了一百二十三幅插图。全书分上、中、下三卷，又细分做十八卷。上卷记载了谷物豆麻的栽培和加工方法，蚕丝的纺织和染色技术，以及制盐、制糖工艺。中卷内容包括砖瓦、陶瓷的制作，车船的建造，金属的铸锻，煤炭、石灰、硫黄、白矾的开采和烧制，以及榨油、造纸方法等。下卷记述金属矿物的开采和冶炼，兵器的制造，颜料、酒曲的生产，以及珠玉的采集加工等。

宋应星与《天工开物》144

他的著作都具有珍贵的历史价值和科学价值。如在"五金"卷中，宋应星是世界上第一个科学地论述锌和铜锌合金（黄铜）的科学家。他明确指出，锌是一种新金属，并且首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的重要成就之一。使中国在很长一段时间里成为世界上唯一能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合物（炉甘石）炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。他的著作都具有珍贵的历史价值和科学价值。如在"五金"卷中，145宋应星塑像科学巨著《天工开物》宋应星塑像科学巨著《天工开物》146《天工开物》之铸鼎图《天工开物》之南方挖煤图明崇祯十年原刊本《天工开物•序》《天工开物》之筒车图《天工开物》之南方榨油图《天工开物》之生熟炼铁炉图《天工开物》之铸鼎图《天工开物》之南方挖煤图明崇祯十年原刊本147

《天工开物》是对中国古代农业和工业生产技术系统而全面的总结，在科学史中首开先例，其所述范围之广为以往任何著作所不及，足可与西方文艺复兴时期G．阿格里科拉撰写的《矿冶全书》这本技术经典相媲美。此书出版后，很快便在福建由书商杨素卿于清初刊行第二版，并被清代官刻大型著作《古今图书集成》(1725)及《授时通考》(1737)广泛摘引。虽然l8世纪后半叶《天工开物》因有反清思想而一度遭到厄运，但仍成为当时许多学者的参考书。此书于l7世纪末传人日本，1771年大阪出现了刻本，从此成为江户时代(1608一l868)日本各界广为重视的读物，刺激了“开物之学”的兴起。20世纪时，此书又被译成现代日语，至今畅销。《天工开物》是对中国古代农业和工业生产技术系统而全面的总148

l8世纪《天工开物》还传到朝鲜，成为李朝(1392一l910)后期实学派学者参引的著作。1830一1840年间，《天工开物》中的《丹青》、《五金》、《乃服》、《彰施》及《杀青》等章还被摘译成法文，接着转译成英文、德文。《乃服》中的养蚕部分被译成意大利文和俄文。达尔文读过这部分内容，曾作过转引。1869年，《天工开物》有关工业各章的法文摘译，又被集中收入“中华帝国工业之今昔”(IndustriesanciennesetmodernesdeL‘EmpireChinois)，刊于巴黎。1964年，有关农业的前四章被译成德文。l8世纪《天工开物》还传到朝鲜，成为李朝(1392一l9149

l966年，《天工开物》全书被译成英文，在美国出版。目前，这部书已成为世界科学经典著作在各国流传，并受到高度评价。法国学者S．儒莲称此书为“技术百科全书”，日本学者三枝博音称其为“中国有代表性的技术书”，英国学者李.约瑟把《天工开物》作者宋应星称为“中国的阿格里科拉”和“中国的狄德罗”。l966年，《天工开物》全书被译成英文，在美国出版。目前150

我国明代科学家宋应星对我们的启迪中国古代的科学技术，长期以来—占处于一个欧洲人所望尘莫及的地位。例如英国科学史家李约瑟博士著文中提到的，“中国的这些发明与发现往往远远超过了同时代的欧训，特别是中世纪以前更是如此，关于这一点可以毫不费力地加以证明。”沈括的《梦溪笔谈》、李时珍的《本草纲目》、宋应星的《天工开物》的出版，标志了这个民族的科技文明已达到了成熟期。我国明代科学家宋应星对我们的启迪151

宋应星生于1587年(明神宗万历十五年)卒于约1666年(清康熙五年)前后。整个生命经历了明未清初这一社会动荡时期。29岁时以全省第3名中举；而后虽饱读经书、才高八斗，却“五上公车而不第”。

宋应星完成如此巨著的时代．竟不是什么太平盛世。恰恰相反，他所经历的四朝（明·万历、祟帧，清·顺治、康熙)不是政治腐败、阉党横行，便是社会动荡、兵荒马乱，因此，在我们惊叹《天工开物》的惊人成就的同时，更叹服作者对科学的执著追求和超人的毅力。宋应星画像宋应星生于1587年(明神宗万历十五年)卒于约1666年(152

宋应星的成就就是建立在对先人的光荣感、自豪感和责任感上的。他既有继承，又有批判、有创新。他继承的是古代文明之精粹，批判那些反科学的．诸如神鬼学、点金术、炼丹术之类的糟粕；他创新的不仅是一些农业及手工业的技术手段，更重要的是留给后人以再创造的好学思想和精神驱动力！宋应星的成就就是建立在对先人的光荣感、自豪感和责任感上的。153近代元素发现史“火焰空气”药店里的学徒——卡尔．舍勒瑞典科学家卡尔·威廉·舍勒，他十四岁那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部分花费在书籍和化学试剂上。

卡尔．舍勒１７４２－１７８６近代元素发现史卡尔．舍勒154

火为什么会熄灭如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。火为什么会熄灭155

五分之一的空气哪里去了？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？五分之一的空气哪里去了？156

“死空气”和“活空气”

无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的细劈柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的磷，到了这种空气里也不肯着火。有几只老鼠，被舍勒关到充满了这中死空气的罐里，立刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和普通空气一样。“死空气”和“活空气”157“火焰空气”的制取—加热黑火药“火焰空气”的制取158

不可捉摸的燃素

那时候，在化学家中间流传着一种学说，据说一种物质只在它含有许多特殊的易燃物质——燃素时，才能燃烧。

至于燃素是什么东西，谁也说不清楚。有人想，燃素很象气体，又有人说，燃素看不见，也不能单独地弄到手，因为它不能独立存在，永远得和别种物质结合在一起。不可捉摸的燃素159可怜的舍勒-燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。他最终简单的解释为：一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和“火焰空气“化合，而这种看不见的的化合物是这样容易挥发，简直可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。可怜的舍勒-燃素学说的拥护者最终也没有突破栏160

第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友

“火焰空气”是由三位科学家差不多同时发现的。

舍勒发现最早。一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多气体：CO2、NH3、HCl）也查出了“火焰空气”。又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听说有种气体，蜡烛在里面会燃烧得很亮。结果他就根据这点模糊的暗示，也独立发现了空气的复杂组成。1733-1804第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友1733-1804161

可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能，做出了正确的估计。

原来拉瓦锡有个杰出的盟友在工作中出力地帮助了他。

舍勒和普里斯特利也有这样的盟友，不过他们既不经常请教它，也不重视它的劝告。拉瓦锡的主要盟友就是——天平。拉瓦锡可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能162

拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。哪一个分量更重些？是磷呢，还是燃烧后留下的由磷而来的物质？拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。163

抨击、嘲笑、反对，最终接受！抨击、嘲笑、反对，最终接受！164现在的天平现在的天平165

元素名单的刷新磷酸—磷碳酸—碳元素名单的刷新166

四元素学说的彻底倒台四元素学说的彻底倒台167元素发现史之近代元素发现史

“火焰空气”药店里的学徒——卡尔．舍勒瑞典科学家卡尔·威廉·舍勒，他十四岁那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部分花费在书籍和化学试剂上。

卡尔．舍勒１７４２－１７８６元素发现史之近代元素发现史卡尔．舍勒168

火为什么会熄灭如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。火为什么会熄灭169

五分之一的空气哪里去了？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？五分之一的空气哪里去了？170

“死空气”和“活空气”

无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的细劈柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的磷，到了这种空气里也不肯着火。有几只老鼠，被舍勒关到充满了这中死空气的罐里，立刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和普通空气一样。“死空气”和“活空气”171“火焰空气”的制取-加热硝石“火焰空气”的制取172

不可捉摸的燃素

那时候，在化学家中间流传着一种学说，据说一种物质只在它含有许多特殊的易燃物质——燃素时，才能燃烧。

至于燃素是什么东西，谁也说不清楚。有人想，燃素很象气体，又有人说，燃素看不见，也不能单独地弄到手，因为它不能独立存在，永远得和别种物质结合在一起。不可捉摸的燃素173

燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和“火焰空气“化合，而这种看不见的的化合物是这样容易挥发，简直可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。174

第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友

“火焰空气”是由三位科学家差不多同时发现的。

舍勒发现最早。一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多气体：CO2、NH3、HCl）也查出了“火焰空气”。又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听说有种气体，蜡烛在里面会燃烧得很亮。结果他就根据这点模糊的暗示，也独立发现了空气的复杂组成。1733-1804第一次的飞跃--拉瓦锡和他的盟友1733-1804175

可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能，做出了正确的估计。

原来拉瓦锡有个杰出的盟友在工作中出力地帮助了他。

舍勒和普里斯特利也有这样的盟友，不过他们既不经常请教它，也不重视它的劝告。拉瓦锡的主要盟友就是——天平。拉瓦锡可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气”在自然界的真正功能176

拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。哪一个分量更重些？是磷呢，还是燃烧后留下的由磷而来的物质？拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。177

抨击、嘲笑、反对，最终接受！抨击、嘲笑、反对，最终接受！178现在的天平现在的天平179

元素名单的刷新磷酸—磷碳酸—碳元素名单的刷新180

四元素学说的彻底倒台四元素学说的彻底倒台181

第二次的飞跃--化学和电结合

伏打1745～1827

伽法尼1800年伏打电池研制成功，电解法，作为一项非常特殊的技术，在新元素发现领域掀起一次空前的高潮。那些一般的化学方法不能得到的元素单质，在电流的冲击下逐渐的显现出来。第二次的飞跃--化学和电结合伏打伽法尼182伏打柱伏打柱燃料电池伏打柱伏打柱燃料电池183化学元素发现课件184

电池有多大的作用？电流能分解水，并且能从金属盐溶液中赶出金