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高中化学第一课
化学发展史
西方
中国
实用技术阶段
近代化学阶段
现代化学阶段
17世纪中叶
19世纪末
20世纪初
火
中国古代化学的萌芽
实用技术阶段
火的保存与获取
发明火药
制作陶器
金属冶炼
制作琉璃
干馏法制硫酸
炼丹术
中医药学与酿酒
火的保存与获取
雷电引燃树木
燧人氏——钻木取火
伏羲氏——锯法取火
宋元时期——火镰击石法
火折子存火
“引光奴”到安全火柴
制作陶器
陶器是以黏土或陶土(石英、长石、高岭土等)为原料,在900℃左右高温的化学反应制造出的无机材料,具有良好的耐高温、耐腐蚀性,常用于作为储存器皿及工艺品。
制作琉璃
琉璃来自于青铜冶炼的的副产物,冶炼青铜器的过程中,在高温条件下二氧化硅与木炭发生反应,生成玻璃,由于青铜矿石中含有铜离子等使得透明度下降,生成琉璃。由于琉璃美观却不耐高温,易碎等特点,无法作为容器仅能作为装饰品。
北魏拓跋时期的琉璃盏
古代中西方玻璃差异
由于中国古代琉璃生产来自于金属冶炼,在开采原料时,往往带有杂质重金属离子,西汉时期挖掘出的玻璃中含有大量的铅钡阳离子,故而称之为“铅钡玻璃”,烧成温度较低,既具有绚丽多彩、晶莹璀璨的优点,又有轻脆易碎、不耐高温、不适应骤冷骤热的缺点且透光度低,不便于观察容器内部的液体变化,这也是中国化学实验发展受到极大限制的客观因素之一。
而西方玻璃的发现是商队在沙漠中夜间用篝火取暖时发现的,玻璃中的阳离子主要为钠离子与钙离子,因此称为“钠钙玻璃”,钠钙玻璃透光性较好,烧结温度较高,膨胀系数较小的特点,更适合作为容器,有利于观察容器内的化学反应的现象,成为化学学科实验观察的重要基础。
炼丹术
金丹术始于秦始皇求长生药,兴起于汉魏南北朝,于宋朝开始衰败。
金丹术追求:1.炼制长生不老的仙药;2.将廉价金属变成贵金属。
道家以烹炼金石草木为外丹(两宋前);龙虎胎息,吐故纳新为内丹(两宋后)。
金石自然进化论:“铁受太阳之气,始生于初卤矿焉,一百年而成磁石,二百年孕而成铁,又二百年不经采炼而成铜,铜复化为白金,白金化为黄金,故铁与金银同一根源也。”
李嘉伟《土宿真君本草》
发明火药
中国是最早发明火药的国家,黑色火药在晚唐(9世纪末)时候正式出现。火药是由古代炼丹家(炸鼎)发明的,从战国至汉初,帝王贵族们沉醉于神仙长生不老的幻想,驱使一些方士道士炼“仙丹”,在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。
据史书记载,我国古代的炼丹家在长期的炼制丹药过程中,发现硝、硫磺和木炭的混合物能够燃烧爆炸,由此诞生了中国古代四大发明之一的火药。公元808年,唐朝炼丹家清虚子撰写了《太上圣祖金丹秘诀》,其中的“伏火矾法”是世界上关于火药的最早文字记载,中国学术界由此认为火药的发明不晚于唐代。
焰硝(KNO3)+硫磺+木炭
干馏法制硫酸
东汉末年炼丹家狐刚子以“吹灰法”冶炼贵金属,以干馏法制硫酸,“密闭抽汞法”制水银。
“取精华法”:以士擊(即砖坯)垒作两个方头炉,一炉中著铜盘,使定,即密泥之,一炉中以炭烧石胆(CuSO4·5H2O)使作烟,以物扇之,其精华尽入铜盘。
CuSO4·5H2O
CuO
+
SO3
+
5H2O
650℃
金属冶炼
新石器时代——天然铜(红铜)
新石器时代晚期——孔雀石炼制铜合金
商代——青铜工艺
春秋时期——炼铁技术(块炼铁)
西汉中期——生铁炼钢法
中医药学与酿酒
在原始时代,我们的祖先由于采食植物和狩猎,得以接触并逐渐了解这些植物和动物及其对人体的影响,不可避免地会引起某种药效反应或中毒现象,甚至造成死亡,因而使人们懂得在觅食时有所辨别和选择。为了同疾病作斗争,上述经验启示人们对某些自然物的药效和毒性予以注意。古人经过无数次有意识的试验、观察,逐步形成了最初的药物知识。
酒的发明促进了医药的进步
原始社会的后期,人们从野果与谷物自然发酵的启示中,还逐步掌握了酒的酿造技术。至殷商时期,酿酒业已十分兴盛。酒不仅是一种饮料,更重要的是具有温通血脉、行药势和作为溶媒等多方面的作用,故古人将酒誉为“百药之长”。
西方古代化学的起源
西方炼金术起源!
公元640年
阿拉伯帝国
占领埃及
公元1144年
阿拉伯炼金著作
翻译成拉丁文
西方炼金术原理
铅或铜这样的贱金属,怎样才能变成黄金?炼金家认为,铅或铜之所以不像黄金那样的高贵和耐久,是因为在性质上有缺欠的地方。因而就需要设法用各种物质来加以补充。有人认为,有一种具有不可思议的力量的神秘之“圣石”。它可以随心所欲地把铅变成金或银。这种“圣石”究竟在何处,虽然尚未得知,但是要想制出黄金,就必须首先找到它。他们把这种“圣石”称之为所谓“哲人石”。
西方炼金术认为金属都是活的有机体,逐渐发展成为十全十美的黄金。这种发展可加以促进,或者用人工仿造。所采取的手段是把黄金的形式或者灵魂隔离开来,使其转入进金属;这样炼金属就会具有黄金的形式或特征。金属的灵魂或形式被看作是一种灵气,主要是表金属的颜色上,因此贱金属的表面镀上金银就被当作是炼金术者所促成的转化。
中西方科学哲学思想
生成论与构成论
生成论主张:变化是产生和消灭或“转化”,从无到有的过程
中国道家思想《道德经》第二十五章。宇宙生成论在公元前四百多年的《老子》中已有出现“有物混成,先天地生。寂漠!独立不改,周行不殆,可以为天下母。”
阴阳五行学说为代表的
生成论与构成论
构成轮主张:变化是由不变的要素的结合或分离
希腊第一位哲人泰利斯Thales由推论及观察中,提出了水是构成宇宙的原质。
柏拉图的学生亚里士多德(公元前384-322)认为组成天体的元素与地球不同,是纯粹的“以太”,是第五元素,对应于正十二面体。亚里斯多德在他老师四元素几何化的基础上,将四元素说发展成为一种体系。
生成论与构成论
生成论与构成论这两种观点在东西方都曾出现过,但在东方生成论的发展随着道家思想成为主流观点,而在西方构成论成为主流观点。也正因为这两种认识物质的思想的差别造成了东西方传统科学的差别的总根源。
中国古代研究更多的是物质的特征属性,而非构成本质,因此在实用技术阶段停留了多年,发明和创造了大量的实用性发明而无法产生根本性的理论。中国古代研究大多为混合过程中发生的变化,混合态的复杂程度很难产生简洁明了的结论。
古代西方在研究过程中不断寻找构成物质的基本元素,通过近代化学的分离提纯手段得到了单质,从而明确了现代化学的研究方向。
中西方科学哲学思想
中国(术)
西方(学)
生成论
构成论
产生、消灭或转化
元素之间的分离与组合
研究过程为主
研究基本元素
以物质混合为研究方向
以物质分离为研究方向
中医、琉璃、火药、制陶
西医、玻璃
高中化学的基本观念
物质
技能方法的观念
情意价值的观念
认识视角的观念
分类观
实验观
整合观
化学价值观
可持续发展观
绿色化学观
微粒观
元素观
结构观
转化观
能量观
守恒观