化学史上的重大事件
41页1、古代自然哲学家把“气”看成一种构成世界的基本元素,西方认为世界有四种元素火、气、水、土,加上纯精神的第五元素以太构成,东方则有了神秘的气功等。正是18世纪随着气体化学的研究才真正使化学成为现代意义上的科学,并为现代化学奠定了第一块牢固的基石。 从氧气和氮气发现以后,人们对于空气进行了空前绝后的研究,普遍认为已经对空气了如指掌,似乎对于科学家来说已经没有什么事情可做了。这就如同相对论和量子力学建立的前夜,牛顿力学已经取得了无与伦比的成功,当时在世界物理学年会上说:除了物理学天空飘着的两块乌云,物理学家们可以休息了,哪些修修补补的事情留给工程师们去解决吧。,1、惰气化学的建立,1785年英国的卡文迪许利用摩擦起电的方法连续三天使氮氧化合,氧化氮用苛性碱吸收并用多硫化钾溶液吸收多余的氧气,结果发现残留下一个体积约为原来空气1/120的不活泼微小气泡。但是他并没有深入研究,只是忠实记录了现象。 1868年法国和英国的天文学家在印度利用分光镜观察日全食,从太阳光谱中发现了氦,但当时认为“此曲只应天上有”。 1882-1892年,英国实验物理学家瑞利一度利用气体密度测量的方法计算原子量,他发现从空
2、气中分离出来的氮气密度大于从化合物中分离出来的氮气密度,相差虽然只有0.006克/升,但对于精确的实验来讲已经够大了。与化学家拉姆赛合作,用镁粉燃烧除去氮气以后,再利用光谱分析确定了第一种惰性气体Ar,并且通过各种实验发现并不能与任何现有的物质发生反应。这已发现被认为是“第三位小数的胜利”,是精确测量和创新精神的结合典范。,后来拉姆赛与助手先后发现了“太阳元素氦”,并通过分馏液态空气得到了氖、氪、氙三种气体,再受卢瑟福等物理学家和放射化学家的启发,从放射性气体中得到了氡,至此,元素周期表的零族正式完成了。 在零族元素全部发现以后,人们进行了大量的实验来寻找或者制造其化合物,结果均已失败,所以又成为贵族气体。在原子结构和相关理论建立以后,特别是原子核外电子排布以及价键理论的建立和成功,核外八电子排布的稳定结构造成了惰性气体的惰性被理解和接受。 也许是上述理论解释太成功了,所以在三十年代少数科学家试图通过放电制备惰性气体元素化合物失败以后,一直再也没有人有勇气去涉足这个领域。直到1962年,英国年轻化学家巴特列特在加拿大工作时制备出XePtF6六氟合铂酸氙才真正开始稀有气体化学的研究。,他
3、在温和条件下制备了O2PtF6,这是人类历史上第一次得到正价态氧,说明PtF6是超强氧化剂。他比较了氧气O2的第一电离能发现比氙元素1175.5KJ/mol还高0.2KJ/mol,理论上更能被PtF6氧化。他进一步计算了假如生成了XePtF6化合物,其晶格能的大小,结果表明也得到会稳定存在。 结果他将PtF6气体与氙气等摩尔混合,在室温下轻易的到了橙黄色固体,不溶于四氯化碳,真空加热升华,遇水分解,确证了设想的结果。一旦这个障碍突破以后大量的稀有气体元素化合物被大量合成出来。也因此使得现有的一些理论解释这些化合物时遇到了困难,至今还不能找到满意的答案。,(1)没有任何东西是人类全部明了的,只是认识边界的扩大更增加了未知的范围 (2)任何实验结果中间都可能隐藏着重大发现,在商业、军事、政治领域都一样 (3)不要轻易的下结论,更不要认为是迷信,也许没有什么不可能 (4)精确测量是科学必备的素养 (5)最简单的也许是最有效的,不要忽视常规的东西而一味去追求高档前沿 (6)任何的成功都离不开艰苦卓绝的工作,其他例子还有居里夫人发现镭 (7)理论总是从少数事实归纳出来的,所以总是片面的,任何时候
4、都不会完美 (8)理论对实验的指导既是积极地又是消极的,要大胆猜想小心实践。,2、富勒烯族的光辉,有机化学的建立和成就使得人们对于炭元素的认识达到了一个特别地高度,炭单质的三种形态,金刚石、石墨、无定形炭似乎已经是人们在自然界中所能找到的和制备的唯一三种形态了。而在1985年C60分子的发现再一次创造了奇迹。 60年代美国科学家琼斯利用量子力学原理计算出石墨片卷曲成为空心笼状碳分子的可能性。70年代日本化学家预言了C60H60的存在,俄罗斯科学家通过分子轨道理论也预言了碳多面体的存在。但是限于当时的科学水平并没有得到重视。,1983年美德两国物理学家霍夫曼和克拉奇在研究星际尘埃时,利用氦气氛中石墨电极放电的办法制造原子簇,并利用紫外和拉曼光谱研究结构时发现了碳灰样品种的特殊吸收带,实际上就是C60和C70的吸收,当时并未特别注意也未深入研究。 1984年美国另一个天体物理研究小组用激光器照射石墨并用质谱仪研究产物时也发现了C60和C70两个特征峰,遗憾的是这个小组只看实验数据不愿意深入分析和研究,错过了这一重大的发现。 1984年美国化学家莫利和英国物理学家克罗托合作用类似的方法实验再
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