第二讲

1. 诺贝尔化学奖百年史话 第二讲 化学学科的形成及 元素周期律

2. 物理奖 化学奖

3. 生理或医学奖 成功因素 ◆ 科技、经济发达 ◆ 创新文化传统

4. 化学发展史 ● 化学：化学变化 ；性质、结构和功能； 分子、原子或离子－状态变化＝》新物质（不同的物化性能） ● 祖先对化学的认识： 陶器（祭祀或生活）－－金属冶炼技术（文明进步）－－造纸和火药 （四大发明）－－炼金术（中世纪）＝》积累了化学知识。 Hg、Zn、As、Sb、P等归功于金丹术士。 Chemistry－alchemy（金丹术） ● 化学学科的形成 葛洪――“燃素学说”－玻意耳“化学元素”－拉瓦锡“燃素学说的推翻和氧化理论的建立”－道尔顿－阿佛加德罗“分子学说”－独立学科－门捷列夫“元素周期律” 四大分支（19世纪中叶）――新分支（20世纪）

5. 17世纪 玻意耳 化学元素定义 燃素学说 18世纪下半叶 拉瓦锡 氧化理论 18世纪末质量守恒、定比、倍比定律 19世纪初道尔顿的原子学说 阿佛加德罗的分子学说 19世纪50年代 原子－分子学说得到公认 奠定了理论基础 门捷列夫：元素周期律 韦勒：合成尿素 凯库勒：阐明苯的环状结构 现代化学的发展 有机合成与结构解析的分析阶段

6. 燃烧现象＝》本质？ 最有代表性的是“燃素学说” 感性认识：某种东西逃走了 青烟 猜想：在燃烧时是否某种易燃的元素逃逸了 金属灰（忽略） 燃素学说 贝歇尔（德，1635—1682）认为燃烧是一种分解作用。 物质燃烧时，放出其中的“油土”成分后，留下的灰烬是简单的物质 施塔尔（1660-1734）于1703年总结了燃烧的观点，系统阐述、发展了燃素学说。 金属煅烧：金属-燃素=煅灰，即认为金属燃烧是分解作用。 观点：一切可燃物质中都含一种可以燃烧的要素，即所谓燃素，它在燃烧过程中从可燃物里分散出来，从而发光发热。空气是带走燃素的必需媒介物。 意义：物质转移的观点及物质守恒的观点，解释了大量的化学现象和反应。 燃素学说在化学史上几乎统治了一个世纪 拉瓦锡（1743-1794）推翻了燃素学说、建立了氧化理论 金属+氧=缎灰（氧化物）

7. 化学的发展，主要经历以下几个时期： （一）化学的萌芽时期：远古到公元前1500年 （二）炼丹和医药化学时期：公元前1500年到公元1650年 仙丹或黄金 医药和冶金 （三）燃素化学时期：1650年到1775年，近代化学的孕育时期 （四）定量化学时期：1775年到1900年，近代化学发展的时期 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。 19世纪初，（英国）道尔顿提出近代原子学说，（意大利）阿伏加德罗提出分子概念。 (俄国) 门捷列夫发现元素周期律，(德国) 李比希和维勒发展了有机结构理论 （五）科学相互渗透时期 20世纪初开始，是现代化学时期 物理测试手段 量子理论 生物化学 衣食住行、医药卫生、交通运输、文化生活、军事国防 美妙的化学世界

8. 化学是一门实验科学 实验 1 研究物质变化及规律的科学 2 Nobel的成果均以实验为基础 3 借助实验，开拓新领域：新元素 微量分离与分析 构性关系 物变规律 4 化学实验与仪器； 瓶瓶罐罐－－电子设备＝＝》飞速发展 蚊香：除虫菊－－成分？？ （拟） 除虫菊酯 5 新时代发展：微观分子－研究机理 合成具有特性的新材料

9. ★ 化工产品 －－“三废”共存 塑料－“白色污染” 新房－涂料、家具 减少危害：改进工艺 提高技术 吸收、焚化、填埋等 化学是一把双仞剑 ★ 潜在的弊端： a DDT（二对氯苯基三氯乙烷）（米勒）－杀虫 利：效力强、无刺激、稳定、便宜 －－第一代有机农药（有机磷、拟除虫菊酯） 弊：存于肝脏，损于健康 鸟蛋－－－禁止 b 氟利昂(氟氯代甲烷、乙烷） 制冷、化妆品 利：易于成液态、稳定、无味、热容高 弊：破坏臭氧，影响气候 40% Crutzen、Molina、Rowland－1995，化学奖 ★ 绿色化学：清洁、经济、安全 杜绝污染源 环己烯＋H2O2己二酸－－》产品

10. 化学的发展与Nobel化学奖 ▲ 原子－分子学说为物质结构的认识奠定了基础 ▲ 分析方法与手段日益丰富 定性－》定量（重量、容量） 电学、光学分析的崛起 ▲ 物理学进入化学 X射线、放射性、电子－－》物化的产生 ▲ 20世纪的大发展 放射化学、原子价、化学键理论、现代分析技术、生物化学 ▲ Nobel奖－－现代科学界的最高荣耀 “物理化学三剑客” 核物理与放射化学、现代实验分析手段、生命科学、高分子材料科学…… 20世纪Nobel化学奖的历史是现代化学的发展史

11. 无机化学框架与演变 • 研究对象：除C（不含氧化物、碳酸盐）外的所有物质 组成－》物化性能 119 元素 109（89＋20） 宇宙？？ • 有机物可与无机物转化：1828 韦勒AgCN＋NH4Cl＋H2O－>尿素 打破界限 新领域：生物无机、物理无机 • 元素概念的发展： 古代中国：金、木、水、火、土 五行学说 古代希腊：火、土、水、空气 四元素说 古代印度：热、干、湿、冷 四大元素 医药化学家：盐、硫、汞 三元素说 Boyel：化学方法不能再分的某些实物 Lavoisier：化学分析的终点 Dalton :原子论观点（一切由微小、不可分割的微粒组成） 原子与元素的区别与联系 无机化学的发展开辟道路－》元素周期表

12. 同位素概念的提出： 电子、放射打破原子不分、元素不变的观点 1911，同位素概念与理论被提出－－》对元素有了新的认识 • 原子结构理论：元素－－具有相同核电荷数的一类原子的集合 • 原子核模型的确立：电子间的相互作用认识物质及反应 无机化学框架与内容得到充实与发展

13. 近代化学的建构 • 围绕生产工具的发展积累无机知识： 陶瓷－>铜－>铁－>合金 积累硅酸盐、矿物、金属知识，总结制备方法 海盐等的开掘 • Boyel: 酸碱定义、指示剂、元素的定义 • Lavoisier:氧化理论、水的组成、质量守恒－>精密科学 • Dalton:原子论－－阐明倍比等经验定律 • Avogadro： 分子假说 • 卡尔斯鲁厄会议：1860 德国 坎尼扎罗证实分子假说 • 原子－分子论理论基础＝》转折点 • 原子量测定： a. 讨论有机分子式及结构＝》有机结构理论 b. 认识元素性质与M的微妙关系 c.元素周期律:性质随M递增成周期性变化

14. 门捷列夫---元素周期律 1869 争论 1971：修正 1972:发表 (1) 按照M大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性变化。 (2) 化学性质相似的元素，或者是M相近（如Pt，Ir，Os），或者是依次递增相同的数量（如K，Rb，Cs）。 (3) 各族元素的原子价（化合价）一致。 (4) 自然界中分布最多的元素具有较小的M，都表现出特有的性质。 (5) M的大小决定元素的特征。 (6) 应该预料到许多未知元素将被发现，例如排在铝和硅后面的、性质类似铝和硅的、M位于65～75之间的两种元素。 (7) 当我们知道了某些元素的同类元素的M后，有时可借此修正该元素的M。 (8) 一些类似的元素能根据其M的大小被发现出来。 例子： Au的修正169.2－－197.2 Os、Ir、Pt之后 U的测定：与Cr、Mo、W似 116－238.07 铟、镧、钇、铒、铈、钍的原子量的修正

15. 遗憾 预言的元素被发现 ▲ 1875年，法国化学家布瓦博德朗（Boisbaudran）发现一种新元素镓=类铝。P12 镓的发现是化学史上第一个事先预言的新元素被发现 ▲ 1880年瑞典的尼尔森（Nilson）发现了钪=类硼， ▲ 1885年德国的文克勒（Winkler）发现了锗==类硅 ▲ 1898年法国居里夫人发现的元素命名为钋＝类碲 ▲ 预言H、Li，F、Na，Cl、K有空位 价值：对元素的整理、综合 科学的能动性、前瞻性 门捷列夫 坎尼扎罗 吉布斯（Gibbs） 贝特洛（Berthelot） 严肃、科学、权威、复杂

18. 元素周期表的变迁 1829年 德贝莱纳(德)的三素组 1865年 纽兰兹(英)的八音律 1930年 1868年 1869年10月 迈耶尔(德)的第三张周期表   迈耶尔(德)的原子体积周期性图解 1869年2月 门捷列夫(俄)的第一张周期表    1871年 门捷列夫(俄)的第二张周期表    1981年 中国长式      1995年 中国长式      发现稀有气体后的周期表      1998年 IUPAC推荐      1999年 长式     元素周期表的变迁

19. 根据元素性质而得名 性质 汉语元素名称 符号 辉线光谱的颜色 铷铟铯铊 RbInCsTl 火焰反应象红宝石一样的红色火焰深蓝色（拉indicum）火焰天蓝色（拉Caesius）火焰鲜绿色（拉thallus绿色嫩枝） 单质、化合物的颜色 碳磷氯铬银碘铱金 CPClCrAgIIrAu 可燃物（梵语jval—coal）传播光的物质（希Chros黄绿）各种色的化合物（希Chroma色）单质黄绿色（希Chros黄绿色） 单质白色（希argos白色）蒸汽紫色（希ioeides紫杉色）化合物为各种色（希iris虹）发光（希伯来语—aurum） 徐寿（1818-1884）:主要性质(金、银、铜、铁、锡、硫、碳及养气、轻气、绿气)来命名。对于其它元素，徐寿巧妙地应用了取西文第一音节（钠、钾、钙、镍等) 。 外文元素名称的由来

20. 其他性质 氧氩钴镍硒溴氪氙铂汞铋砹镭 OArCoNiSeBr KrXePtHg BiAtRa 酸的基础（希oxys酸味，gennao产生）不化合（希anergon没有作用）不易制金属（斯拉夫语kowalti象矿石）矿石象铜，但不是铜（德语nickl不采用）燃烧时发出月色的光（希Selene月）恶臭的单质（希bromos恶臭）不易发现（希chryptos隐者）发现困难（希Xenos异国人）象银（西班牙语Platina银的缩写名词）银色的液体（希hydro水，argyros银）易熔融（阿拉伯语wissmajaht象安息香那样易熔。）不稳定（希astatine不稳定）发出放射线（希radi放射）

21. 元素的存在、由来 氢氦锂钠钾氡 HHe LiNaKRn 水的基础（希hydro水）从太阳光中发现的。（希helios太阳）从岩石得来的（希lithos石）用于洗涤（希nather清洁剂）从木灰得来的（阿拉伯语kaljan灰）由镭产生的 发现的矿物名 铍硼氮氟镁铝硅钙锰铁锌砷镉锑 钡 BeBNFMgAlSiCaMnFeZnAsCdSbBa 绿柱石(beryl)硼砂（波斯语borax）硝石nitrum荧石fluorite苦土magnesia alba明矾alum硅石silex石灰石Calcite猛矿，作为磁铁矿的变种magnes是一般的矿石拉aes一般的锌矿石Zink雄黄希arsenihon黄色矿石（黄色Cds）希kadmeia辉安矿antimonium重石baryte

22. 发现的地名 钪钒镓锗锶钇钌钬钫 ScVGaGeSrYRuHoFr 发现者尼尔逊的家乡斯堪的纳维亚斯堪的纳维亚神Vannadis发现者布瓦博德郎的祖国法兰西的古名gallia发现者温克勒的祖国德意志的古名gtrmania原矿物产地strontian（锶矿山） 原矿物质发现地Ytterby（瑞典的村）原矿物质发现地俄国Russe发现地斯德哥尔摩发现地法兰西 对化学作出贡献的人名 锔锿镄钔锘铹 CmEsFmMdNoLr 居里爱因斯坦费米（人工改变原子）门捷列夫（周期律）诺贝尔（发明火药、甘油炸药）劳伦斯（发明回旋加速器） 其它 氖硫钛钯锡碲铀镎钚 NeSTiPdSnTeUNpPu 新的（希neos）拉Sulfur（语源不明）希theion冒烟（硫也有叫硫代的）地球的长子Titans（从砂铁中发现）同时发现的小行星名Pallas拉Stannum（最初混同，把锡当成是银和铅的合金）拉tellus地球（从矿物发现）同年发现勒天王星uranus在天王星外的海王星nePtunne在海王星外的冥王星Pluto

23. ?碲排在碘前面(Te≈128,I≈127) ?氩排在钾前面 (Ar≈40, K≈39) 莫斯莱：不同元素产生的特征调射线的波长是不同的。 原子序数: 特征调射线按着波长的大小加以系统排列，这种排列和元素在周期表中的顺序是完全一致的。 “元素的性质随着元素的原子序数递增而呈周期性的变化” 英国物理、化学家莫斯莱（ Henry Moseley 1887-1915） Ar-K，Co-Ni，Te-I，Th-Pa 四对元素的“倒置” 元素周期律的真正基础不是元素的原子量，而是原子序数--也就是原子的核电荷（或者说是原子核外的电子数）。

24. Lamuqi 拉姆齐 拉姆齐 (1852～1916)英国化学家 拉姆齐最初研究有机化学, 后来研究物理化学。在1874～1880年，主要从事吡啶及其衍生物的研究，并于1877年合成了吡啶。1880～1894年，主要研究液体的蒸气压、临界状态及表面张力与温度的关系。1894年他和瑞利合作，发现氩。1895年他将钇铀矿置于硫酸中加热，得到一种新惰性气体，并和W.克鲁克斯一起用光谱确定为元素氦，从而第一次在地球上找到所谓“太阳元素”。拉姆齐研究了氦和氩的性质，指出它们在周期系中属于新的一族，并预言这一族中存在着其他元素。1898年他分馏液态空气时发现了三种新的稀有气体元素，命名为氖、氪、氙。1903年他和F.索迪证明镭能产生氦。1910年他和W.格雷测定了氡的原子量，并确定了氡在周期系中的位置。拉姆齐因发现空气中的稀有气体元素并确定其在周期系中的位置而获得1904年诺贝尔化学奖.

25. 拉姆塞的实验室和“钝气”样品 拉姆奇(1852～1916)英国化学家 1894至1910年发现并分离出空气中的惰性气体氖、氩、氪、氙，它们又称为“钝气”。于1904年获奖。

26. 稀有气体的发现史 英国著名科学家卡文迪什：参与气体 英国物理学家瑞利（Rayleigh J W S,1842-1919）：氮气（氨)1.2508g/L，氮气(空气) 1.2572g，0.0064g?? 拉姆奇：用光谱分析鉴定剩余气体，终于在1894年发现了氩Argon，希腊文是“懒惰”之意。 简森(Janssen P J C,1824-1907)观察太阳光谱上观察到一条黄线D，认为这条线只有太阳才有，并且还认为是一种金属元素。所以洛克耶尔把这个元素取名为Helium. 莱姆赛和特拉弗斯(Travers M W,1872-1961)：在用硫酸处理沥青铀矿时，产生一种不活泼的气体，用光谱鉴定为氦。 莱姆赛根据周期系的规律性，氦、？、氩、？＝》 Krypton，即“隐藏和neos，意为“新的”＝＝》反复地分次萃取氪－－》 xenos，意为“陌生的” 氡Rn氡是一种具有天然放射性的稀有气体，它是镭、钍和锕这些放射性元素在蜕变过程中的产物，直到1908年，莱姆赛确定镭射气是一种新元素radon 。 元素的化学惰性，“惰性气体元素”＝＝》1962年，（加) 巴特列特(Bartlett N,1932~)首先合成出六氟合铂酸氙Xe[PtF6]，“惰性气体”也随之改名为“稀有气体”。

27. 用 途 1．利用稀有气体极不活泼的化学性质，在生产中做保护气。例如，在电灯泡内充入氮氩混合气体可减少钨丝的损坏，延长灯泡的使用寿命。除此以外，在半导体工业、原子反应堆的机械加工中以及制造飞机、火箭等工艺中都需用稀有气体做保护气。 2．利用稀有气体在通电时会发出有色光的性质，在电光源中有特殊的应用。例如，五光十色的霓红灯就是充入了不同比例的氖气、氩气、氦气的缘故。氖灯透雾性强，用于做码头、机场的灯标；氙灯发光强度高，被誉为“人造小太阳”。 3．氦气代替氢气填充气球或飞艇不会发生爆炸。 4．用稀有气体制成多种混合气体激光器，应用于测量和通讯。 5．用氦气代替氮气跟氧气混合成“人造空气”供潜水员呼吸，不会发生“气塞症”。 6．医学上应用氙气做麻醉剂。

28. Muwasang 穆瓦桑 穆瓦桑 (1852～1907) 法国无机化学家 穆瓦桑1886年6月26日制出了单质氟,在科学界引起了轰动。制取单质氟是19世纪无机化学重大课题之一。为了制备这个当时被称为“不驯服的元素”的氟，许多化学家为之奋斗了70多年。穆瓦桑吸取了前人的经验教 训，用低温电解氟氢化钾(KHF2)的无水氢氟酸溶液的方法，取得成功。他还详细地研究了氟的化学性质并制得了一些化合物(SiF4、IF5、CF4、有机氟化合物等)。穆瓦桑还设计出了一种用电弧加热的特殊电炉（穆瓦桑电炉）,这种电炉被广泛用于加热难熔的氧化物,还原出大量的金属（钼、钽、铌等）；制取出不少的金属氮化物、硼化物和碳化物。他因制出单质氟和发明穆瓦桑电炉而获1906年诺贝尔化学奖。

29. 莫瓦桑(1852～1907)法国化学家 氟可作为火箭推进剂中的氧化剂 1886年发现并提纯了最活泼的元素—氟，1892年发明了高温反射电炉，于1906年获奖。氟是致冷剂氟利昂等许多重要化合物的原料，还用于分离燃料铀235，制造“塑料之王”聚四氟乙烯

30. 1911年　　M. 居里（法国）发现镭和钋 1912年　　V. 格林尼亚（法国）发明了格林尼亚试剂 -- 有机镁试剂 P. 萨巴蒂埃（法国）使用细金属粉末作催化剂，发明了一 种制取氢化不饱和烃的有效方法 1913年　　A. 维尔纳 （瑞士）从事分子内原子化合价的研究 1914年　　T.W. 理查兹（美国）致力于原子量的研究，精确地测定了许多元素的原子量 1915年　　R. 威尔斯泰特（德国）从事植物色素（叶绿素）的研究 1916---1917年　 未颁奖 1918年 　 F. 哈伯（德国）发明工业生产氨法 1919年　　 未颁奖 1920年　　W.H.能斯特（德国）从事电化学和热动力学方面的研究