各领风骚数百年

1. 各领风骚数百年

火光中孕育的化学萌芽

“科学的发生和发展进程，归根到底是由生产所决定的。”^[1]人类利用化学手段来提高劳动生产技能和改善物质生活条件是从远古时代开始的。在以石器进行狩猎的原始社会中，学会用火是人类最早也是最伟大的化学实践。人类最初使用火距今大约已有100多万年了。

据考古学家们调查，现在已经知道的人类用火的最早的遗迹是在我国的土地上。我国云南元谋旧石器时代遗址中就发现有许多炭屑，大约在同一个时期的山西芮城西侯度遗址也有类似的遗物。晚一些时候的用火遗迹在世界各地都有发现。北京周口店北京人居住过的山洞里的灰烬堆积层甚厚，最厚处达6米，表明于50万年至20万年前住在这里的北京人已经是长期地、很有效地利用火了。

在发明人工取火的方法之后，人类得到了用火的完全自由，这大大增加了人类在和自然作斗争中的威力。火使人类可以实现许多有用物质的变化。在熊熊烈火中，可使黏土、砂土、瓷土烧制成可用的陶瓷和玻璃，也可使矿石放在火中冶炼出有用的金属。陶器的发明使人类有了贮水器，有了煮制食物的炊具，有了贮藏粮食和液体食物的器皿。金石并用的工具则推动了农业的发展。这些又为酿造工艺的发生和发展创造了条件。所以人类利用化学方法变革物质就是从制陶、冶金、酿造开始的。它们是人类最早从事的化学工艺。也就是这些生产活动，丰富了人类对自然界的了解，积累了最早的一批化学知识。

随着农业、冶金业的发展，生产力逐步提高，加之贸易往来，民族迁徙以及战争使人们的视野不断扩大，于是有些人开始对周围客观世界的本源与演变进行思考，发表议论。这些人就是古代的一些自然哲学家。古代的中国、古希腊、古巴比伦、古埃及、古印度都有过这样的著名人士。他们在直接和间接实践的基础上，提出了一些朴素唯物主义的猜测，形成了早期的朴素的物质观。它由早期的朴素元素论和朴素物质结构论所构成，这实质上也是原始的化学理论的萌芽。例如，在公元前4世纪中国战国时代的著作《尚书·洪范》中便明文载出，构成世界万物的基本物质是金、木、水、火、土五行。古埃及思想家认为构成世界的基本物质只有一种，就是水。而古希腊自然哲学的集大成者亚里士多德（Aristotle）则提出了“四元素说”（图2-1），认为万物由四种元素土、水、气、火所组成，并具备冷、热、干、湿四种原始性质，元素就由这些原始性质依不同比例组合而成。亚里士多德的学说对化学的发展产生了很大影响，成了后来神秘炼金术的主要指导思想。

图2-1　四元素说示意图

金丹术的作用不能抹杀

经古代实用工艺孕育而成的化学萌芽，在进入封建社会以后，并没有得到健康的成长，而被封建统治者利用，发展成了神秘的炼金术。

炼金术在中国称其为炼丹术。中国是炼丹术的起源地。所谓炼丹术就是企图以普通药物为原料炼制出长生不老药的方术。炼丹家们认为金丹可以使人长生不老，因为既然黄金不朽，则服后人亦可长生。他们认为“金丹之为物，烧之愈久，变化愈妙。黄金入火，百炼不消，埋之毕天不朽，服此二物炼人身体，故能令人不老不死”。许多人都听说过秦始皇统一中国后，派徐福等出海求不死之药的故事，这便可视为炼丹术的发端。我国古代曾出现过不少的炼丹家，像葛洪、陶弘景、孙思邈等就是其中影响甚大的代表人物。

公元前2世纪西汉时期，中国开始与西部的中亚、波斯等国发生经济与文化交流。公元7世纪以后，中国的唐王朝建立了强大的统一国家，这种交流达到了新的阶段。唐帝国和阿拉伯帝国东西呼应，构成了当时世界文化的两大中心。沿着陆上丝绸之路和海上交通两个途径，中国的炼丹术也和造纸术、医药等一起传入阿拉伯，并与古希腊传来的炼金术相融合，从而形成了阿拉伯的炼金术。

中世纪的欧洲通过翻译阿拉伯著作而知悉了金丹术活动及其知识。公元1140—1350年，以拉丁语出现的炼金术著作已不少于72种。西欧炼金术主要是聚积黄金，为欧洲封建统治者发财聚富及向外扩张服务。在欧洲炼金术士看来，水银是一切金属的本原；硫为一切可燃物所共有，而金、银则含有纯粹的汞和硫。因此，他们认为普通金属与金、银的不同就在于所含汞硫比例及纯度不同，而借助于“哲人石”就可以使金属达到其完善的本质并进而转变为金、银。例如，欧洲早期著名炼金家、英国的罗吉尔·培根就认为，汞、硫是原始物，汞是金属之父，硫是金属之母，黄金则是由纯汞和纯硫制成。他关于炼金术的著作有18本之多。

炼丹术和炼金术由于缺乏科学的基础，因此屡遭失败，最后变得声名狼藉。但一些炼金术士在实际操作过程中，确也完成了不少化学转变，积累了某些化学知识，积累了一些实验方法和手段。至今，Chemistry（化学）来源于Alchemy（炼金术）和中国古代汉语“金液”的发音。炼金术的发生和发展在化学史上也曾起过一定的促进作用。正因为如此，恩格斯把炼金术称之为化学的原始形式。

及至15世纪、16世纪以后，曾被炼金术束缚的欧洲化学在两个方面取得了突破，并形成了两股“洪流”——冶金化学和医药化学，它们不仅积累了更多更新的化学知识，而且直接冲击了炼金术，为近代化学的孕育准备了条件。

群星闪耀的发展时期

文艺复兴以来，西欧从封建社会逐步向资本主义社会过渡，近代科学技术开始兴起。到17世纪，西欧的生产技术有了显著的进步，随着冶金、化工生产和科学实验向广度和深度发展，积累了大量关于物质变化的新知识，为化学科学的建立和发展提供了丰富的材料。

把化学从炼金术中解放出来，确立为一门科学是由波义耳完成的。波义耳是文艺复兴时期英国著名的科学家，他在物理学和化学上都做过许多著名的实验。1661年，波义耳总结了自己十几年的研究成果，出版了向传统化学观念挑战的名著《怀疑派化学家》。在该书中，他为化学确立了独立的目标；用自己的观点解释了物质的组成和化学变化；给元素下了一个现代的、朴素的定义，为人们研究物质的组成指明了方向。因此，恩格斯说，是“波义耳把化学确立为科学”。^[2]

从17世纪后半叶到19世纪，生产实践的推动、实验技术的进步和广泛开展的学术交流，有力地促进了化学科学的发展，也培养了人才。这一时期，涌现出了一个又一个著名化学家。除了前面提到的波义耳，还有：法国化学家拉瓦锡，他以敏锐的洞察力，在总结他人成功与失败经验的基础上，仔细地重复了许多实验，并首先以质量不灭的观点进行定量实验，从而推翻了“燃素说”，引起了化学史上著名的化学革命；英国化学家道尔顿提出了“原子论”，主张用原子的化合与化分来说明各种化学现象和各种化学定律间的内在联系，从理论上为化学的统一和发展指明了方向，开辟了化学全面、系统发展的新时期，被恩格斯誉为“近代化学之父”；^[3]在原子论的基础上，继阿佛伽德罗之后，特别是康尼查罗建立起原子—分子学说，从理论上对化学现象进一步进行了概括和说明，使化学又一次大步前进；在舍勒、普利斯特里、卡文迪许、戴维、贝采里乌斯等许多著名化学家发现新元素的基础上，积累了大量有关化学元素和化合物性质的知识和理论，才有可能出现迈尔和门捷列夫这样杰出的化学家，提出元素周期律，从而在杂乱的元素之间寻找出规律性的内在联系，把元素及其化合物纳入一个有规律的系统之中。

此外，杜马、李比希、罗朗、肖莱马等人为有机化学的建立奠定了基础。凯库勒、布特列洛夫等人为有机结构理论指明了方向。罗蒙诺索夫、奥斯特瓦尔德、范霍夫等人为物理化学的建立奠定了基础。至19世纪，化学形成了四个分支科学，即：无机化学、分析化学、有机化学和物理化学。它们相互联系、相互渗透而又有各自独特的研究内容和方法。

19世纪也是化学工业蓬勃发展的时期，化工生产的基本原料三酸（硫酸、硝酸、盐酸）和二碱（纯碱、烧碱）在产量、产率和生产方法上都有很大进步。化学工业的发展向化学提供了许多新的课题，这些课题的研究和解决使化学无论在理论上还是实际上都达到了新的水平，并进一步促进了化学研究与生产实践的结合。近代化学工业是在欧洲产业革命（包括蒸汽动力技术革命和电气技术革命）的推动下产生和发展起来的，化学工业的发展又丰富了技术革命的内容，反过来推动了技术革命的深入和发展。

继往开来的现代化学

现代化学是在近代化学基础上发展起来的。由于物理学从19世纪90年代末到20世纪初获得了一系列的新发现，极大地影响和推动了化学的发展。可以说，X射线、放射性元素和电子的发现既揭开了物理学革命的序幕，也是现代化学发展的起点。19世纪的化学以原子论为核心，以原子不可分为依据，大量的化学研究以原子及其运动为出发点，因此，有人把那时的化学称为“研究关于原子的科学”。到了20世纪，原子的可分性已被揭示出来，原子内部的奥秘逐步为人所了解，而二三十年代以后，由于量子力学的发展，使原子中电子的运动规律可以得到比较准确的描述，化学现象的某些本质问题，特别是关于化学键的本质，又得到了进一步的阐明，并形成了今天还在不断发展的量子化学这门学科。因此，有人认为化学已发展到以“研究电子及其在分子和原子中的运动”为特征的时期。物质结构理论的长足进步，使化学在加深微观认识的基础上弄清了许多化合物的性能与结构的关系，给无机物和有机物的合成提供了指导作用，特别是合成出的有机物数量急剧上升。20世纪以来，随着实验技术的精密，化学知识愈来愈丰富和准确，反应的能量问题、方向问题、机理问题都得到了深入广泛的研究，从而进一步促进了理论的发展。

由于化学研究工作的发展，化学知识的广泛应用，以及不同学科领域的互相渗透，化学科学又进一步划分出了许多分支学科，例如高分子化学、放射化学、天体化学、大气化学、地球化学、环境化学、生物化学等。

现代化学发展的重要源泉是它与人类生活的各个方面紧密相关。现代化学正在帮助人们解决能源、农业、衣着、环境保护、医疗、居住、交通运输等生产和生活方面的问题。研究化学、应用化学、发展化学，已成为人类生活发展的重要手段。

近半个世纪以来，现代化学的发展突飞猛进。当前，它已逐渐从描述性的科学过渡到推理性的科学，对化学反应的研究从静态发展到动态，从定性阶段走向定量阶段，从宏观走向微观，发展成为今天以广度和深度著称的一门知识领域。它不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人民科学知识的组成部分。化学教育的普及已成为社会发展的需要。展望未来，化学的发展前景更加广阔。处于世纪之交的化学工作者，要把握现代化学发展的特点，预见未来化学发展的趋势，从而从整体上掌握和运用化学发展的规律，为我国21世纪的科技发展，作出更大的贡献。