⑤化學
中國造紙術發明傳入西方之前,因為無法對各種化學現象發生的原因、過程和結果進行記錄、計算和推理,所以,西方化學不可能產生。中國造紙術傳入西方之後,這些事情都可以作了,於是,西方系統的化學就產生了。
中國古代對煤、石油、陶瓷、玻璃、青銅、鋼鐵冶煉等方面的研究為西方提供了研究物件和研究範圍。
西方化學不僅對各種化學現象發生的原因、過程和結果進行了記錄,還用數學方式對它們進行了計算和推理。在此基礎上,西方化學產生了大量的實際應用。
西方直到公元15世紀才能夠冶煉鑄鐵(生鐵),而且是從中國學來的技術,西方的鍊鋼技術也比中國晚了約2000年。
元朝時期(公元1206---1368年),義大利旅行家馬可波羅在中國看到中國人用煤炭作燃料,馬可波羅感到很驚奇。他在他的著作《馬可波羅遊記》中說:“中國有一種墨石,採自山中,如同脈絡,燃燒與薪無異,其火候且較薪為優,蓋若夜燃火,次晨不息。其質優良,致使全境不燃他物”。這時中國用煤炭作燃料已經有一千多年的歷史了,而馬可波羅卻像看到一種新事物一樣驚歎不已。
西方人到了中國的元朝時期(公元1206---1368年)才第一次見到煤炭,大規模利用煤炭則是從公元19世紀開始的。可見,中國對煤炭的使用遠在西方國家之前,西方的煤炭和開採和利用技術都是從中國傳播過去的。
公元1661年,英國科學家波義耳首次賦予“元素”以科學的定義,提出化學元素的概念。他把嚴密的實驗方法引入到化學研究中,為化學發展成為一門實驗科學打下了基礎。波義耳認為化學應當為自身的目的去進行研究,即研究物質的組成、性質及其化學變化,這些帶有根本性的變化使化學成為一門獨立的科學。
公元1723年,德國藥理學教授施塔爾出版了教科書《化學基礎》。他繼承並發展了他的老師貝歇爾有關燃燒現象的解釋,形成了貫穿整個化學的完整、系統的理論,《化學基礎》是燃素說的代表作。燃素說盡管錯誤,但它把大量的化學事實統一在一個概念之下,解釋了冶金過程中的化學反應。燃素說流行的一百多年間,化學家為了解釋各種現象,做了大量的實驗,積累了豐富的感性材料。特別是燃素說認為化學反應是一種物質轉移到另一種物質的過程,化學反應中物質是守恆的,這些觀點奠定了近、現代化學思想的基礎。我們現在學習的置換反應,是物質間相互交換成分的過程,氧化還原反應是電子得失的過程,而有機化學中的取代反應是有機物某一結構位置的原子或原子團被其它原子或原子團替換的過程。這些思想方法與燃素說十分相似。
公元1756年,俄國化學家羅蒙諾索夫首先測定化學反應中物質的重量關係,將錫放在密閉容器中燃燒,反應前後重量沒有變化,由此得出結論:參加反應的全部物質的重量,常等於全部反應產物的重量。公元1774年,法國化學家拉瓦錫重複類似的實驗,並得出同樣的結論。化學反應中的質量守恆包括原子守恆、電荷守恆、元素守恆等幾個方面。在任何與周圍隔絕的物質系統(孤立系統)中,不論發生何種變化或過程,其總質量保持不變,這是自然界的基本定律之一。
公元 1774年,英國化學家普里斯特利裡用一個大凸透鏡將太陽光聚焦後加熱氧化汞,製得純氧,並發現它助燃和幫助呼吸,稱之為“脫燃素空氣”。
瑞典化學家舍勒用加熱氧化汞和其他含氧酸鹽製得氧氣。雖然比普里斯特利還要早一年,但他的論文《關於空氣與火的化學論文》直到公元1777年才發表 。
公元1775年,法國化學家拉瓦錫用定量化學實驗的方法,闡述了燃燒的氧化學說,開創了定量化學時代。他用天平作為研究化學的工具,推翻了燃素學說。他證明了透過可燃物加熱水,使水分解可以得到氧氣和氮氣,將這兩種氣體燃燒又可以得到水。這個實驗使他弄清了空氣是由氧氣和氮氣組成的原理。火的產生就是可燃性物質與空氣中氧元素相結合的結果。從此,確立了科學的燃燒理論,推翻了燃素說的錯誤。公元1779年,他系統性地建立起科學的氧化理論,全面替代了傳統的燃素說。
無論是英國的普利斯特里(公元1774年)和瑞典的舍勒(公元1773年)以及拉瓦錫(公元1775年)製取氧氣的方法都很有可能來自於中國唐朝學者馬和編寫的《平龍認》一書。公元1807年,普魯士化學家兼中國通克拉普羅特在俄國聖彼得堡科學院的學術研討會上發表了對中國唐朝時期的科學著作《平龍認》的研究成果。他在他的法國朋友波爾南的家中,曾經看到過一本只有68頁,題名為《平龍認》的中文手抄本。《平龍認》中記載了製取氧氣和氫氣的方法。這說明西方人很可能是透過閱讀《平龍認》一書掌握了製取氧氣和氫氣的方法,製取氧氣和氫氣的技術不是西方人的原創。
公元18世紀,瑞典藥劑師舍勒透過大量而艱苦的實驗,研究了很多物質的性質和成分,合成了許多新化合物,這些新化合物包括氧氣、氯氣、焦酒石酸、錳酸鹽、高錳酸鹽、尿酸、硫化氫、昇汞(氯化汞)、鉬酸、乳酸、乙醚、亞砷酸氫銅、白鎢礦和磷等,如此多的研究成果在十八世紀是絕無僅有的。舍勒發現氧氣的兩種製法是在1773年。公元1774年,英國化學家普里斯特裡也發明了氧氣的製法。
英國化學家卡文迪許和雷利分別在公元1785年和公元1894年在空氣中發現了惰性氣體。
公元1808年,英國化學家道爾頓提出了近代原子學說。道爾頓的原子論是繼拉瓦錫的氧化學說之後理論化學的又一重大進步,他揭示出了一切化學現象的本質都是原子運動,明確了化學的研究物件,對化學真正成為一門學科具有重要意義。在哲學思想上,原子論揭示了化學反應現象與本質的關係,衝擊了當時僵化的自然觀,原子論對科學方法論的發展、辯證自然觀的形成及整個哲學認識論的發展具重要意義。
公元1811年,義大利科學家阿佛德羅提出了分子的概念。認為在同溫同壓下,所有相同體積的氣體都是由相同數目的微粒組成的。不過,這些微粒不是原子,而是一種被稱為“分子”的小原子團。原子是參加化學反應的最小質點,分子則是在遊離狀態下單質或化合物能夠獨立存在的最小質點。分子論是在原子論基礎上的進一步發展。
公元1828年,德國化學家維勒第一次證明了有機物可用普通的無機物製得。
公元1861年,俄國化學家布特列洛夫在德國自然科學研究人員的一次會議上,宣讀了“關於物質的化學結構問題”的報告,為人們對有機化合物的深入研究展開了新的一頁。
公元1869年,俄國化學家門捷列夫發現了元素週期律和元素週期表。在元素週期律的指導下,利用元素之間的一些規律性知識來分類學習物質的性質,就使化學學習和研究變得有規律可循。
公元1888年,法國化學家勒沙特列提出了化學平衡移動原理。分析了影響化學平衡的條件(濃度、壓強或溫度等)對化學平衡的影響。
公元1890年,德國化學家凱庫蔓提出了苯分子的結構式。
公元19世紀,荷蘭物理學家範德華首先研究了分子間的作用力。
公元19世紀,英國物理學家丁達爾和植物學家布朗分別提出了膠體的“丁達爾現象”與“布朗運動”。
公元20世紀初,量子論的發展使化學和物理學有了共同的語言,解決了化學上許多懸而未決的問題。另一方面,化學又向其他學科滲透,使蛋白質、酶的結構問題得到逐步的解決。在這一時期,元素週期律有了新的發展,建立起現代的分子結構理論(包括價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論),使人們對分子內部結構和化學鍵的認識不斷深入。
公元20世紀奧地利和德國物理學家泡利、洪特分別提出了核外電子排布的“泡利不相容原理”和“洪特規則”。