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58_avatar_small 楼主: 四龙全缴
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化学的发展史上,有哪些里程碑式的事件?

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online_member 发表于 2023-2-19 15:03:36 | 显示全部楼层

@Yui Yoshioka邀。题主貌似是化学业内人士,这种问题肯定不是真不懂,应该是想听大家各抒己见讲讲故事。不过话说回来,我最喜欢这种讲故事的问题了。
所谓“里程碑”,我的理解是应该并不限定是化学史上数一数二的大事件,而是只要是有极其重要意义的工作就可以。如此来说,里程碑式的事件应该有很多。比如磷的发现、燃素学说、质量守恒定律、氧的发现和氧化学说、原子分子学说、尿素的人工合成、元素周期律、电化学、稀有气体的发现、量子化学的建立等等。数量众多,难以一一列举,这里挑几个有代表性而有意思的:
1. 氧的发现和氧化学说。
      先说一个年代比较久远的。话说科学史上有很多著名的“坑”,众多研究人员倾其毕生精力进行研究,却发现一开始方向就是错的。化学史上最大的坑,应该没什么争议了,就是燃素说。从17世纪末期到18世纪后期,将近100年的时间浪费在了这个大坑里。
      早期的化学研究中,人们并不知道自然界由什么元素组成,毕竟那时候没有什么核磁、XRD以及ICP什么的,只能是通过朴素的观察,猜想自然界的元素,并反过来解释化学现象。(好吧,我承认今天我写论文解释实验现象用的也是这套逻辑。。。)比如,人们想研究火是什么东西,自然会想到,既然物质会燃烧,那么一定是物质中有可燃的成分,而剩下的灰烬是其余不可燃的成分。于是人们给可燃的成分起了各种各样的名字,比如“火微粒”、“油土”等,最后这些都被归为“燃素”。
      燃素说其实很早就有反对的声音,比如罗蒙诺索夫提出了质量守恒定律,而认为燃素说与之相悖。但是直到氧的发现和氧化学说的提出为止,燃素说依旧是广为接受的主流认知。千万不要小看这个错误,这直接导致了很多问题发生了颠倒黑白的效果。比如,镁在空气中燃烧,(当然,那个时候好像没有合成镁的工艺。举个例子而已。)生成氧化镁灰烬,燃素说就认为镁中有两种元素,一种是燃素,一种是灰分。这样一来,氧化镁就变成了单质,镁由燃素和氧化镁组成,反而成了化合物。如此这般这般如此,再博学的人也被绕晕了。
      大概1774年左右,普利斯特里在实验发现了氧气。当然他当时还不知道氧气是啥东西,一直认为自己发现了燃素。后来,大牛拉瓦锡看了普利斯特里的成果,觉得我勒个去这个牛B啊,于是用他的在当时很高端的实验仪器重新测试(其实所谓的高端仪器也就是一些天平什么的)。通过定量的实验,拉瓦锡发现了问题,燃烧过程消耗了氧气,而固体的质量相应的增加。拉瓦锡的实验推翻了燃素说这个恶魔,建立了氧化学说。我个人以为这个才真正算是化学建立理论体系的第一步。话说这个就算和牛顿建立经典物理体系相比也已经晚了很多了。另外插一句。上面的故事告诉我们,认真的操作和细心的观测对化学研究很重要。同时也告诉我们,有钱真特么好!!!
     什么?不知道拉瓦锡长啥样?开玩笑吧?不是给你吹,随便看看几本书,就能看到拉瓦锡他老人家的身影。。。就是这货:

化学的发展史上,有哪些里程碑式的事件?-1.jpg

2. 元素周期律
      这个我在以前的一个回答中写过,此处简单粘贴一部分。话说转眼到了19世纪初,一些基本的概念诸如原子分子理论已经比较完善了。人们逐渐认识到了有一些化学元素的性质具有相似性和周期性。后来门捷列夫改进了前人关于元素性质的总结,把元素按照原子量排列,提出了比较完善的元素周期律。在当时的人看来,这个实在是碉堡了。当时就那么几种元素,都给你排好了,还留了好多空位。一旦有人发现个新的元素,拿过去一查,发现人家门捷列夫早就把位置留出来,而且把元素性质都算的八九不离十。按周期律计算得到原子量,如果和真实测量的有误差,那多半是测错了。简直是神器啊有木有!!!之后人们只需要做填空题就好了。此后,各种新元素便如雨后春笋般不断被发现和提纯。
3. 量子化学的提出和发展
      二十世纪物理学领域最重大的成就,除了相对论以外,应该就是量子力学理论的建立。而量子力学的逐渐成熟为化学理论的发展开辟了新的天地。一个电子一个原子核,代入薛定谔方程一算,各个轨道各个能级分分钟搞定,简直就是化学中的牛顿定律嘛。因此,我个人觉得量子化学这个里程碑虽然发展时间不到百年,却比其他各个里程碑事件都更重要。
      量子化学发展的前一个阶段大概从20世纪30年代开始,各种理论出现并形成。鲍林提出价键理论,与经典原子理论接近,为化学家所普遍接受。休克尔等人提出分子轨道理论,对早期处理共轭分子体系起重要作用。配位场理论由贝特等首先提出,后来又与分子轨道理论结合,发展成为现代的配位场理论。
       量子化学发展的后一个阶段主要是20世纪60年代以后,理论体系基本形成,人们的研究重点主要转移到如何高效快速的得到计算结果(感觉很高大上的样子)。从头算、密度泛函等等方法被普遍应用到计算过程当中。化学称为了一门计算和实验相结合的学科。
      所以,不要小看量子化学和模拟计算的作用。没有量子化学的时候,化学是这样的:

化学的发展史上,有哪些里程碑式的事件?-2.jpg
而有了量子化学之后,化学可以是这样的:

化学的发展史上,有哪些里程碑式的事件?-3.jpg
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