现代化学的发展史

现代化学的发展史

伴随着人类对生活物质需求的日益增加，以科学技术的迅猛发展，极大地推动了化学学科自身的发展。化学实践为人类创造了丰富的物质。使得化学在现代步入了科学相互渗透时期。近代化学到现代化学的飞跃，主要归功于19世纪的道尔顿原子论、门捷列夫元素周期律等在原子层次上认识和研究化学，进步到20世纪在分子层次上认识和研究化学。现代化学在物理学、生物学、医学等很多领域中起了非常重要的作用。人类的粮食、能源、医药、交通等更好的体现了当代化学的基本意义。蛋白质、核酸、糖等生命物质的研究，纳米科学、组合化学等更是贯穿了整个世纪。

当代化学在物理学中的发展

X射线、放射性及电子的发现为化学在20世纪的重大进展创造了有利条件。

◆ X射线的发现

1643年意大利的托里拆利发现了气压和真空，人们把真空和电联系在一起研究。放电管抽空再充入各种不同的气体时，放电管的阴极会发现射线，这种“阴极射线”能使几种荧光盐发光，还能使照相底片变黑。可是谁也不知道这是什么原因。直到1895年，德国去理学家意外的发现由阴极射线打到玻璃管壁上产生的奇怪射线，经过不断的研究与实验，最后将这种射线命名为X射线。

◆放射性的发现

继X射线被伦琴发现后，贝克勒尔对其产生了怀疑，他猜想这可能是一种新的辐射，于是研究开始研究铀盐。研究中指出，铀盐中的铀具有放射性，他认为铀放射发出的荧光只是一种现象。直到居里夫人和卢瑟福分别对放射性射线的穿透和电离效应做定量研究，得到重要结果。当时的科学界正为X射线的发现所激动。贝克勒尔的发现鲜为人知。直到1898年，居里夫人报告了放射性元素钋的发现，放射性在科学界又引起了一阵波动。1902年，居里夫人又发现了镭，更加证实了物质的放射性。

◆电子的发现

1871年，英国物理学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转的事实，提出这一射线是由带负电的物质微粒组成的设想。1890年，英国物理学家汤姆生开始系统性的研究阴极射线，证明此射线是带负电粒子说，断定负电独立成分。这一非常重要的结论使得原子不可分的传统观念彻底破灭了。后来物理学家斯通尼将此粒子称为电子。

现代量子化学的形成

1926年和1927年，物理学家海森堡和薛定谔各自发表了物理学史上着名的测不准原理和薛定谔方程，标志着量子力学的诞生，在那之后，展现在物理学家面前的是一个完全不同于经典物理学的新世界，同时也为化学家提供了认识物质化学结构的新理论工具。1927年物理学家海特勒和伦敦将量子力学处理原子结构的方法应用于氢气分子，成功地定量阐释了两个中性原子形成化学键的过程，他们的成功标志着量子力学与化学的交叉学科——量子化学的诞生。

化学家们也开始应用量子力学理论，并在两位物理学家对氢气分子研究的基础上建立了三套阐释分子结构的理论。 1812年，贝采里乌斯的“电话二元论”解释了原子间的相互结合机理。1852年莱纳斯·鲍林在最早的氢分子模型基础上发展了价键理论，指出价键是描述原子如何结合成分子，以及构成分子的原子在空间怎样排布和如何相互作用。1857年，凯库勒确定碳原子四价。1861年，布特勒洛夫提出分子结构的概念。1865年，确定了苯环状结构。1874年，范霍夫提出碳原子的四价，指向正四面体四个顶点，并提出有机结构为立体结构，但无法解释络合物。直到1893年，瑞士维尔纳提出配位理论，解释了络合物同分异构。1904年，阿培格提出了“八数规则”——正负价绝对值之和为8。

莱纳斯·鲍林在最早的氢分子模型基础上发展了价键理论，指出价键是描述原子如何结合成分子，以及构成分子的原子在空间怎样排布和如何相互作用。1928年，物理化学家密勒根提出了最早的分子轨道理论，1931年，休克发展了密勒根的分子轨道理论，并将其应用于对苯分子共轭体系的处理；贝特于1931年提出了配位场理论并将其应用于过渡金属元素在配位场中能级裂分状况的理论研究，后来，配位场理论与分子轨道理论相结合发展出了现代配位场理论。价键理论、分子轨道理论以及配位场理论是量子化学描述分子结构的三大基础理论。

现代有机化学的发展

1858年价键学说的建立，到1916年价键的电子理论的引入，领导着有机化学进入了经典有机化学时期。勒贝尔和范托夫的学说，是有机化学中立体化学的基础。

1900年第一个自由基，三苯甲基自由基被发现，这是个长寿命的自由基。而不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。

在这个时期，有机化合物在结构测定以及反应和分类方面都取得很大进展。但价键只是化学家从实践经验得出的一种概念，价键的本质尚未解决。这就进入了现代有机化学时期。

在物理学家发现电子，并阐明原子结构的基础上，美国物理化学家路易斯等人于1916年提出价键的电子理论。 1927年以后，海特勒和伦敦等用量子力学，处理分子结构问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。德国有机化学家齐格勒发明高活性络合催化剂，实现了乙烯的常压聚合，开辟了合成工业的新篇章。意大利化学家纳塔发明有机金属催化剂，实现了丙烯的定向聚合。

20世纪，随着石油等天然资源的开发和利用，世界进入了合成高分子材料的新时代。高分子材料的新时代。目前，随着计算机、激光、磁共振和重组DNA技术等新技术的发展，人们不断合成人工蛋白，配制有机络合物，合成人工纤维。最重要的是利用有机化学研制出了多种新能源，解决了天然能源的短缺。

现代分析化学的发展

20世纪，化学领域伟大发现的成果，促使了化学家们又发明了很多仪器分析，如光谱、电化学、色谱等。分析化学的进步不断促使人工合成指示剂的品种增多，络合滴定也逐渐得到完善。

钠能发射红线光谱，钠盐能发射紫线光谱。因此设计并制造了第一台光谱仪器。19世纪50年代，瑞典人安斯特朗提出某种金属单质与化合物有相同光谱。随后，基尔霍夫设计并制造了第一台光谱分析使用的分光镜。1930年，罗马金与沙伯弄清了谱线强度与浓度的关系，提出了“黑度差分”。后来，化学家们又提出了“载体分馏法”、以化学富集杂质为预处理的“化学光谱法”、“光栅栏”等多种提高灵敏度得方法。太阳连续光谱中的钠线吸收了光中钠原子，这一发现使化学家发现了原始的原子吸收实验装置。

有机试剂的蓬勃发展和螯合滴定以及随后的饱和滴定的创立，大大改变了分析化学的面貌，提高了分析结果的精确度和准确度与分析方法的选择性和灵敏度。另外，分析化学还汲取了物理学的成就，尤其是电光和光学成就。一方面，滴定法用电位法判断终点与应用于本身显色的滴定系，如分光光度法取代目视比色法。另一方面完全摆脱化学反应改而令待分析物直接与电磁波或微粒子束作用，如各种光谱和能谱法。由此产生了许多“仪器分析”方法，如天平和滴定管。

分析精确度和灵敏度提高，以各种分离、富集技术的发展，使人们能获得很低数量级的极痕量组分信息。各种波谱学方法的发展是人们对物质结构如晶体结构、有机及生物分子结构化学键和原子结构等有更深入的认识。遥感分析的发展扩大了人类认识客观世界的广度和深度。各种分离技术与波谱学方法结合，解决了人类很多复杂的难题。现代分析化学主要应用于新材料科学、环境科学、生命科学等现代科技领域。让人类社会上升一个档次。