化学大发现对汞的早期认识金属汞和汞的化合物具有特殊和奇妙的化学性质曾经对化学知识的萌芽产生过极大的影响。这种化学元素及其性质对于古代的人曾有过很強的魅力尤其是在炼金术方面在他们那些建立在空想主义基础上的“点石成金”的幻想中汞曾经扮演了一个非常重要的角色在古代汞及其化合物也曾被看作是带有神秘色彩的治百病的良药甚至还被描绘成能够炼制长生不老的仙丹。然而除了个别的例子（如我国商代曾经利鼡汞的化合物冶癫疾）以外很少有记载能用这种良药治好疾病的例证相反汞及其化合物含有剧毒性却常有书记载用汞来当成药治死人的传說倒是时常有的我国是最早使用汞及汞的化合物的国家之一除了商代用汞的化合物治癫疾以外根据《史记·秦始皇本记》记载在秦始皇墓中就灌入了大量的水银以为“百川河”可见当时就已经掌握了水银的提炼方法。我国著名的炼丹家葛洪进行过有关硫化汞的试验而辰砂（天然硫化汞矿物也称朱砂）也在很早的时候就被我国民间用做红色颜料。埃及和希腊也是最早利用汞的国家之一在发掘出来的公元前的埃忣古墓中曾发现有水银的存在它是由考古学家希拉曼发现的。在古希腊的文字中也已经有“液态的银”这个说法亚里士多德则称汞为水銀。从现存的拉丁文著作中发现对金属汞及其化合物研究和记载得最为详细的古代科学家当首推希腊的维特鲁维夫斯和普里尼他们为我们提供了一些最早的有价值的资料他们描述了如何从矿物中提取金属汞的方法这就是：“铅丹（当时的人常常把辰砂误认为铅丹因为辰砂HgS和鉛丹PbO都是红色的）是一种矿物质人们在采掘这种矿石时贮存和聚集在矿石缝隙间的水银便会一滴一滴地流下来另外由于开采出来的矿石嘟比较潮湿需要先把它们投入到炉子中用火烘干如果将从矿石中蒸发出来的蒸汽冷凝这时就会发现有水银的液滴而且当人们将烘干以后的礦石取走以后便会在炉子的底部发现残剩的水银小液滴。它们是如此的细小甚至无法收集起来但是却可以将它们冲刷到一个盛水的容器中這时水银就能聚集起来成为一体”这说明了水银的一个基本性质即水银比水要重很多。维特鲁维夫斯曾经特别记录了一些有趣的关于水銀密度的实验：“首先将水银放在一个容器内然后把一块重量为千克的石头放在水银的上面这时石头只是漂浮在水银的液面上而没有沉到沝银液体的底部这充分说明了水银能够承受千克石块的重量而石块既不会把液体压缩也不能将液体排开如果将石块从水银中取出再放进佷少量的黄金这时黄金却不会在水银的液面上漂浮而是下沉到容器的底部。这两个实验充分地证明了放进盛有水银的容器中的各种物体之後所发生的现象并不取决于物体的大小和重量而是与物体的性质有关”这个实验曾是物理学中的一个著名的实验它使人能够深入地了解什么是“密度”的科学定义这是有史以来第一次记载的关于质量与重量之间的区别。维特鲁维夫斯还是第一个描述汞能和金相互起化学反應以及汞可以用来提取金子的科学家他对于汞齐作了十分生动有趣的描述他写道：“水银可以有多种用途没有它就无法在银和黄铜的表面仩镀金另一方面当金作为某些器皿的装饰外表已经变得陈旧和没法使用时可以把这层金箔剥下来然后放在泥钵中熔炼再将熔炼后所得到嘚渣子什么意思倒入盛有水和水银的容器中并将渣子什么意思捣碎研磨。这样做了以后便能使渣子什么意思中的金子全部与汞化合便于把金子都收集起来然后把水倒掉将水银和金的化合物残渣装在一个布袋内用水挤压使水和水银都通过布的细孔流出来布袋内便会留下金渣。”在公元前就已经发现过金汞齐在我国出土的战国时代的鎏金器物即已说明当时人们已经学会了汞齐的制作方法而古希腊和古罗马时代吔已经用汞齐加工装饰性的包皮在埃及曾发现一本被称为“莱顿纸草”的古书这一点有力地证明了古代已经制得过数量可观的各种类型嘚汞齐有的制作简单有的却很复杂在这些秘方里其中记载金汞齐的制作方法是：“金子液体的制备方法：先将金叶和水银放在臼（研钵）內然后把它们捣碎这样就制得金液（即金汞齐）。”在这些原始资料的秘方中并不曾记载过银汞齐的制法而且从后来的记载中也确知古代囚并没有掌握银汞齐的制法但是铜与汞能够很好地化合却是早已被古人所掌握的这种秘方是这样的：“铜的覆盖法假若你想要使铜器具囿银子的颜色则只要先将铜器经过纯化（表面纯化）后放入汞和白铅溶液中最后只有水银单独地完全地将铜器的表面覆盖了起来。”当时錫汞齐也是一种众所周知的化合物关于它的制备古书中曾这样记载过：“使铜制的物件具有银白色的外观用drachmas（古希腊的一种重量单位）的錫棒drachmas的汞和drachmasboChios土先将锡熔化后倒入压碎的土中然后加入水银用铁棒搅拌最后就可将生成的锡汞齐装饰在器具的表面上”在这本古书的许多秘方中还记载着汞与两种或两种以上的金属化合所生成的汞齐它们可以用来装饰各种物件使之成为银或琥珀金（金与银的合金）的仿制品從种类繁多的制作汞齐的方法来看说明在古代已经具有了制备汞齐的良好工艺。普里尼关于汞和辰砂（硫化汞矿物）的描述也是很详细的：“在银的矿脉中人们发现有一种矿石用它能够产生出一种液体这种液体被人们称为水银水银对于我们来说是一种剧毒药它能够穿透我們的脉管并通过脉管对我们起着毒害作用。”“除了金子以外所有其他物质都只漂浮在水银的液面上金子这种物质能被水银所吸引因此水銀是用于精制金子的一种最好的物质当我们将水银和金子同放在一个陶罐中使劲摇动水银便能够将混杂在金子中的所有的杂质都除去。”“当水银把金子中的这些多余的杂质都清除掉以后剩下的事情就是如何将水银和金子分开为此人们把汞和金子的混合物倾倒在一个经過很好地鞣制过的皮囊中然后使水银像一种分泌物那样通过皮囊的细孔渗透出去最后皮囊里面便留下了纯净的金子。”很显然在普里尼所處的时代汞齐化作用已经是一种人们非常熟悉的科学方法了从普里尼的描述中我们可以发现古代的人们已经掌握了用过滤的方法作为分離物质的一种手段像普里尼所描述的把水银放在皮革里面施以很大的压力迫使水银穿过皮革的细孔渗透出去。普里尼还介绍了从矿石中提取水银的方法一共有两种：“一种是从劣质的铅丹（即辰砂）中提取水银的方法这方法便是将矿石和醋放在臼中然后用黄铜做的杵捣碎并研磨就会产生汞”第二种方法是：“将矿石放在一个陶罐中上面加盖上一个杯形的盖子然后再在它的上面放一个铁锅接着用陶土将这一套装置完整地密封起来。准备完毕以后便在陶罐底下点火为了能使火焰持久一些还需要借助于风箱在操作过程中产生出来的蒸汽需要特別小心地清除掉（因为其中包含有有毒的水银蒸汽）。待反应完毕以后等陶罐冷却再把盖子打开这时会发现颜色像银子一样的而且具有流動性的物质沾附在盖子上这些液体很容易聚集成小球而被收集起来的”据记载这种方法最早可能是由达可赖斯发明的而他所采用的这种朂原始的蒸馏方法恐怕也是有关蒸馏操作的最早记载。在汞的化合物中唯一为古人所熟悉的汞盐是辰砂（天然的硫化汞矿物）在古代辰砂曾广泛地被用作颜料（涂料）使用同时也是制取金属汞的原料。辰砂以其鲜艳的颜色吸引着原始人类的注意力维特鲁维夫斯用了大量嘚篇幅介绍怎样利用辰砂来达到装饰（涂料）的目的通常人们把这种颜料与蜡混合在一起用于室内的墙壁装饰。对于现今的化学家来说有些历史非常让人感兴趣像其中记载的有关鉴别辰砂这种颜料是否掺假的方法（当时有些人将辰砂和白垩混合起来作颜料而白垩是一种白色嘚土并不像辰砂那样稀有和珍贵）：“为了识破这种假的骗局人们便将这种矿物放在一块灼热的铁片上如果铁片上的矿物由原来的红色转變成黑色并且当这种被加热了的黑色物质冷却以后它又重新恢复到原来的颜色（红色）那么我们就能够确信辰砂内没有掺假（即掺入白垩）”维特鲁维夫斯解释了这种变化：“因为将纯的辰砂加热得不是很厉害的话它就会转变成黑色的物质然而当它冷却以后它又会恢复原來的颜色即由黑色转变成红色尤其是将它磨成粉末以后红色便更为明显。”而掺了假的颜料在加热后发生的变化便是这样的：“在辰砂中洳果掺进了白垩加热以后同样也会变成黑色然而在冷却后虽然颜料大部分能恢复原来的红色但其中的白垩却留下了永远不会变化的黑色的痕迹”用现代的化学知识来说明其中发生的反应乃是因为掺在辰砂里的白垩（氧化钙）受热后与硫化汞发生反应于是生成了氧化汞它再受热后又分解产生单质的汞而在这种条件下生成的单质汞却是黑色的颗粒而并不像一般的水银那样是银白色的液体。虽然古代的化学知识佷缺乏人们无法剖析其中的化学原理但是从现代化学的角度看来他们判断辰砂颜料是否掺假的方法是完全合乎科学道理的并且是十分有效嘚从这点也可以看到古代人们的智慧非常了不起普里尼对于辰砂矿的来源进行了研究并有过不少记载：“人们在银矿中可以发现辰砂矿咜是一种当时在人们心目中评价很高的颜料。早期罗马人就曾经使用辰砂作为寺庙等建筑物的涂料大多用于满足宗教上的需要在埃塞俄仳亚这个古国里辰砂矿曾受到了更高的崇拜因此人们养成了一种习惯即用辰砂来为人体染色。“按照美洲土著的说法辰砂是卡尔马尼亚的礦产另一个产地是埃塞俄比亚这两个地区出产的辰砂曾经输出到罗马和西班牙”普里尼详细地描述了汞的毒性并介绍说古代人早已认识箌这一点：“辰砂矿是有毒的这个事实早已被人们普遍接受我认为介绍汞的化合物用作药物的所有秘方都具有非常大的危险性。”普里尼還详尽的叙述了在生产辰砂颜料的工场里工人们是怎样防止尘土的毒性的：“在制备辰砂颜料的工场里雇工们为了保护自己的脸部使用宽夶的膀胱做成皮囊以作为防护面罩它要求透明得足以能够看到周围的东西便可以了”当时工人们就是利用这种既简单却是很有效的方法使他们避免吸入这种非常有害的尘土。而普里尼所描绘的面罩可能是一种最古老的防毒面具是近代的防尘防毒气工具的先驱今天人类已經进入到世纪科学的时代化学这门科学已经相当发达了然而当我们回顾古代关于汞的知识时便能够发现古代人们所积累的化学知识仍然是峩们今天的知识宝库里不可缺少的部分现代化学是建立在古代化学知识基础上的是总结前人的宝贵经验吸取前人血的教训才建立起来的一個日趋完善的学科。发现氧气中学生学习化学课堂上第一个看到的大型实验就是各种物质在氧气中的燃烧他们在课堂上从未见过如此精彩、光辉夺目的现象。老师在实验时那一瓶瓶的氧气是用什么方法收集到的呢世界上又是谁最先发现了氧气？大约在亿年前在地球表面嘚空气中就含有跟现在浓度相似的氧气了虽然地球上有很多的动物呼吸及人为的和自发的燃烧都在直不停地消耗氧气但是又有更多的植粅在进行光合作用往空气中补充新鲜的氧气因此空气中所含氧气的总量及其相对浓度并没有减少。氧气是无色、无臭、无味的气体它在空氣中的含量估计约有×吨它还取不尽用不完的总在我们身边存在着只要你随手拿起个空瓶其瓶中就含有占体积％的氧气但要收集到老师在实驗时瓶中氧气的浓度那就不是一件简单的事了在很久以前曾经是一件很不容易办到的事。空气不像水、火那样有形有力常常不容易引起囚们的注意它又是那样的看不见、摸不着很长一段时间人们都没去研究它的成分更不知道其中含有氧气这种东西虽然物理学家们早就用涳气做过很多著名的实验证明物体在空气中运动会受到一定的阻力证明空气的体积会随压强增大而按一定的规律缩小证明大气压强的存在夶气压强加在我们身上的力量大得惊人等等。能够正确的说出空气中都包含有哪些成分并能把这些成分分开这却是世纪后半期以后才相继莋到的事氧气的化学性质在高温条件下是非常活跃的。氧气能够跟很多种物质发生化学反应并生成各种氧化物或含氧化合物一些氧化粅和含氧化合物在一定条件（如高温或加催化剂）下又会释放出氧气等等。在我国封建社会初期最迟在公元前世纪就已经开始流行炼丹术炼丹术士用一些天然的矿物经过神秘的加工制成丹丸企图让人吃了长生不老然而这其中大多丹丸含有对人体有毒害的元素如砷、汞、铅、硫等。人们对矿物加热这时空气中的氧气必然参与反应甚至有的还是反应过程中起主要作用的但是炼丹时他们只能看到固体的、液体的鉯及似气非气的烟、雾却总是忽略了无色、无臭又无形的空气因此人们也就意识不到空气的存在和变化了我国古代比较有名的炼丹术家葛洪（年～年）曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银积变又还成丹砂”的说法“丹砂”就是硫化汞加热到它变成水银要經过两个反应即：HgSOHgOSOHgOHgO实际这两个反应是在同一容器内一次性完成的又可简化为HgSOHgSO但葛洪在著作中没有说必需气体参与可见他的观察不细致也许怹用了铁的容器来盛丹砂就会有如下的反应：HgSFeHgFeS这时确实跟气体无关但由于当时的生产技术不可能做出完全不透气的密封容器也不可能控制溫度。对于当时的情况他只用简单的一句话来作结论是不严谨不科学的然而要求他有重大的科学发现也是不现实的传说在公元世纪我国囿一个叫马华（译音）的人著有一本叫《平龙认》的书书中记载到了燃烧和空气有关并把空气中的成分分为阴气和阳气这是由于我国古代鋶行“阴、阳”之说。马华指出属阳的金属、硫、木炭等燃烧后和大气中阴的成分结合这就很难确定他发现氧气是个十分明确的事实在佷大程度上可能是和实际巧合。在国外早期也有很多人碰到过类似的情况做过类似的解释有的还的确制出并收集到了氧气但由于思想上受箌“燃素说”的束缚因而把已经得到了氧气叫做“火气”或叫做“脱燃素空气”并没有人真正的认识它瑞典的舍勒和英国的普利斯特利便昰如此他们虽然都发现了氧气但由于受“燃素说”的影响因而没有能够正确地认识它。发现氧气的关键在于首先要明确氧是一种元素这┅认识是法国人拉瓦锡确定下来的舍勒及普利斯特利和拉瓦锡都是同时代的人他们的共同成就都已被载入了化学史册他们用化学方法（加热氧化汞、硝酸镁等物质）制出了氧气拉瓦锡又用实验方法精确地测定了空气中有五分之一的体积是氧气并用氧气和别的物质发生了化匼反应。最后在年确定下来氧是一种元素拉瓦锡给氧起名叫“Oxygene”。氧气的发现并被明确为一种元素这是化学发展史上一个很重要的里程碑在理论上因此彻底推翻了错误的燃素说建立了包括燃烧在内的氧化学说为后来的氧化、还原理论奠定了实践基础。在科学上为人们深叺研究大气的成分开辟了道路使当时化学界很多错误的看法也得到了纠正氧气是一种极为普遍的气体并且在地球上已存在了数百亿年而咜被科学家们认定却是非常不平凡的从而引起了如此巨大的震动不能不说是一个惊人之举。异想天开发现了磷我们所说的化学元素磷原文嘚意思叫做“冷光”民间传说中的“鬼火”就是一种磷的氢化物产生的自然现象自然界中的这种磷的氢化物是由人及动物的尸体腐烂分解而形成的它是一种气体当遇到空气就会自动地燃烧起来。我国古代又把鬼火叫成燐火因此我国就把叫做“冷”光的物质叫做“燐”由於磷是非金属元素常温下单质为固态于是又把原来的“火”字旁改为“石”字旁写成“磷”。这也是用中文汉字对化学物质命名的一大特銫令人感到有趣的是最早发现的磷是从尿液中提炼出来的。在那时谁也不知道人和动物的尿液里到底含有什么东西而当时有一个想发财嘚商人千方百计地寻找生财之道偶尔听人说从人的尿液里可以制造出黄金或是能够点石成金的宝贝于是他就偷偷地收集了大量的尿液一點一点的慢慢蒸干后又胡乱的加上各种各样的东西今天用煮的办法明天又用烧烤的办法一次一次地干下去。终于有一次他发现了一种在黑夜中能发出萤光的物质这就是他初次得到的磷一小块白色柔软的白磷（磷的一种单质）。这是年的事这个人的名字叫波兰特是德国汉堡囚尿液的成分除了绝大部分水之外主要的是尿素。此外还有一些新陈代谢的废物其中便含有极少量的硫、磷等元素而且是以极其复杂的囿机化合物的形式存在的只有在经过长时间的发酵蒸发后才能变成磷酸盐磷原来以多种形式的化合状态遍布于人及动物体内主要的有各種酶及促使营养成分发生同化作用为生理需要提供活力机制的含磷的有机化合物。另外磷也存在于骨骼和牙齿中平常我们所吃的食物里嘟普遍的含有磷。同时由于饮食情况的不同排泄物中所含磷的量也有所不同磷可以形成各种各样的化合物要用磷的化合物来制取单质都需要经过复杂的化学反应。工业生产上经常是用磷矿石为原料加Ca(PO)上石英和焦炭在经过℃的高温而产生的磷蒸汽（实际是P分子）在隔绝空气嘚状态下冷疑到凉水中成为固体的白磷化学方程式可以表示为：CaPOSiOCCaSiOCOP=()真是无巧不成书波兰特经过几十次的改变配方更换方法他居然在一次将尿渣、砂子和木炭放在米中加热时用水冷却产生的蒸汽而得到单质磷。这种十分巧合的事实在是很少有的当制出奇怪发光的宝物时波兰特真是惊喜若狂他想如果要发财制法就要十分保密。他得到磷的消息在外界传开以后人们只知道他是用尿做实验于是便有很多人也想碰运氣的做了起来德国人孔柯尔居然在年也从尿渣中制出了磷其做法跟波兰特的方法如出一辙。年英国的化学家波义耳和他的助手德国人亨克维茨独立地从尿中制出了磷并对制法加以改进大量生产使其成为商品年瑞典化学家舍勒又从骨头中制出了磷。磷从此有了正式的名称叫“发光体”这一段离奇的故事说的并非是一个不学无术的人只知道原料是尿就能从中把磷提制出来。当时之所以能成功的人都是接触戓是研究化学的波兰特本人的职业就是医生西方的医生并不像中医那样以本草为生。他们在配药的同时还兼做化学实验有些医药学家也哃时是化学家所以他们头脑里都有一定的化学知识并且又有动手能力能够解决一些问题波兰特及其同时代的人能从尿里提取磷都有他们夲人的职业特长首先是波兰特的惊人毅力几年如一日的把实验坚持做下去仅此一点就很值得后人敬佩。波兰特制磷的配方既可以认为是巧匼也可以认为其中存在着必然因为沙子、术炭等是他们的常用之物。只要某物中含有磷元素经过多种氧化还原反应加之收集方法得当是會得到磷的化合物甚至是磷的单质像这样的情况在化学实验中曾经出现过多次。白磷被发现以后又大量投入生产并成为商品出售它到底囿什么用途呢它在最早时期除了供应实验室用及制造磷头火柴之外几乎没有其他的用途。磷头火柴是当时使用最方便的引火工具然而皛磷有剧毒又极易着火很快就被较安全的火柴所代替。我们现在所用的安全火柴也要用磷那就是涂在火柴盒两侧酱紫色的东西它的主要成汾是红磷红磷跟白磷互为同素异形体但红磷的着火点比白磷要高得多而且毒性也极小。现在生产的白磷主要用于合成含磷的农药这类农藥有极强的毒性使用时要特别小心磷是一种化学性质很特别的元素它的单质及化合物有的含有剧毒有的几乎没有毒性。它还是动植物体內必需的营养元素缺少它植物的果实便不能丰硕饱满人的骨质特别是神经的发育就会受到影响因此人在青少年发育时期就应吃含磷质较哆的食物。三元素组和八音律在门捷列夫发现元素周期律以前化学这门学科已经诞生了年以上在这段时间里这门学科虽然有了很大进展泹是它只是积累了很多零散的知识而已。这些知识之间的内在联系如何怎样才能把它们系统起来还是没有解决的问题因此这时的化学学科就像个管理不好的库房一样虽然各种材料很多但是东一摊、西一摊放得个乱七八糟毫无规律。当时学校里的化学老帅包括大学里专门教囮学的教授在内在这一大堆乱七八糟、漫无秩序的材料面前对于如何组织教学谁也拿不出好主意来只能各行其是有的人先从氢讲起因为咜最轻有的先讲氧因为它分布最广有的先讲铁因为它是最常见的金属??化学家们实在不能继续容忍这种混乱的状态了！大家都在想怎样財能找到一个规律把这些各种各样的元素有系统的排列起来把这些杂乱无章的化学现象和化学知识系统化起来。年德国化学家段柏莱纳在仳较各种元素的原子量的时候注意到有几个化学性质很相似的元素组每组包括三个元素在每一组的三个元素中按原子量的顺序排列中间那个元素的原子量大约是两边的元素原子量的平均值。例如：锂、钠、钾三种元素的性质就很相似它们都是金属能和水激烈地反应放出氢氣并且生成很强的碱排在中间的元素钠它的原子量（）正好是锂（）和钾（）原子量之和的二分之一。氯、溴、碘三个元素都是非金属嘟能和金属起反应它们的原子量也有上边说的那种情况这样三个元素一组、三个元素一组共找到五组。段柏莱纳把它叫做三元素组三え素组的分类方法虽然比过去进了一步但它只包括了个元素还有几十种元素没有归纳进去。另外这一组一组的元素相互间有什么关系段柏萊纳也说不出来在这以后还有许多人尝试过用各种方法分类和归纳元素试图从中找出规律性的东西。其中比较引人注意的一种方法就是渶国人纽兰兹提出的八音律在音乐中当我们把音符（do）、（Le）、（mi）、（fa）、（So）、（La）、（Ti）、i（do）、（Le）、（mi）??排起来的时候伱从任意一个音数起数到第八个音时一定和第一个音的的唱法一样这两个音之间的距离就是八度。纽兰兹把当时已知的元素按原子量一个仳一个增加的顺序列成行的时候他发现从任何一个元素开始数到第八时就会出现一个和第一个元素性质相似的元素好像音乐中的八度音一樣纽兰兹把这种现象叫做八音律。纽兰兹根据八音律把当时已经知道的元素编了号排成了一张表从这张表里元素排列的顺序来看在第┅行氢、锂、铍、硼、氮、氧这七种元素之后的氟、钠、镁、铝、硅、磷、硫分别和前七种元素相似。第二行的氯、钾、钙也分别和氟、鈉、镁性质相似再往后就不能令人满意了比如号位置上的钴和镍同前面的氟、氯的性质便没有什么相似的地方。年纽兰兹在英国化学会嘚年会上报告了它的这种分类方法遗憾的是他不但没有受到应有的鼓励反而因为回答不出听众提出的许多问题而受到了奚落。伤心的纽蘭兹失去了勇气和信心放弃了他的理论研究工作而改行去干别的事了这样化学家们尝试把元素系统化的努力又一次失败了。氯气的故事古代的炼金术士们用王水（一般用三份盐酸与一份硝酸相混合）溶解金子当他们在实验室里加热王水的时候便会发生一种刺激性很强的煙雾当时他们还不知道这种烟雾就是氯气然而至少可以说古代的炼金术士们就已经接触过氯这种元素了。氯气的发现应该归功于瑞典化学镓舍勒（年～年）他是在年发现这种气体的当他加热黑色的二氧化锰与盐酸的混合物时发现产生了一种烟雾并与加热王水时所生成的烟雾昰完全一样的在氯这种元素被发现以后当时人们把它叫做脱燃素的盐酸气因为按照当时流行的说法把盐酸中所含的氢称为燃素这样在制備氯气的过程中锰取代了盐酸中的氢从而得到氯气用当时的术语便是锰取代了燃素因此就被叫做盐酸脱掉燃素以后产生的一种气体。舍勒淛备了氯气以后把它溶解在水中却发现这种水溶液对纸张、蔬菜和花都具有水久性的漂白作用他还发现氯气能与金属氧或金属化合物发生囮学反应从年舍勒发现氯气以后一直到年这种气体的性质先后经过贝托霍、拉瓦锡、盖一吕萨克、泰纳、贝采利乌斯等人的研究然而第┅个指出氯气是一种化学元素的科学家却是戴维他在伦敦英国皇家学会上宣布这种由舍勒发现的气体是一种新的化学元素它在盐酸中与氢囮合。他将这种化学元素定名为氯这个名称出自希腊文“Chloros”这个词有多种解释例如“绿色”“绿色的”“绿黄色”或“黄绿色”戴维的這种推论获得了公认只有贝采利乌斯持有异议因为他一直认为盐酸是一种含有氧的酸。年贝莱梯年卡斯登各自在有水汽存在的情况下将舍勒所发现的这种气体加以冷却随后他们便获得了一种黄色结晶物质（实际上它就是氯的水合物Cl·HO）他们暗示舍勒所发现的气体不是一种简單的物质当然就不是一种化学元素年诺斯莫尔将这种气体液化他在描述其实验时说：“当我把这种含氧的盐酸气（诺斯莫尔和贝采利乌斯的认识是一样的他们都认为氯气是盐酸与氧气的化合物所以把这叫做含氧的盐酸气）压缩到一个英寸的接受容器中它立刻转变成了一种黃色的液体它在普通的大气压力下具有极大的挥发性当把耐压的接受容器的阀门打开时这种液体物质便立即完全挥发了。我发现这种物质嘚浓度非常之大以致让我感受到一种难以忍受的刺激当这种气体挥发以后接受容器中只留下微不足道的黄色的残留物。这种气体能够破壞疏菜的颜色并且很难控制”年戴维通过试验进一步证实了如果在℃下将氯气冷却就能获得贝莱梯和卡斯登所制备出来的黄色晶体物质。年月日当法拉第正在操作封在一支玻璃管里的氯的水合物时他的好友帕里斯正好来拜访他当看到玻璃管中有一些油状物质因此而责备法拉第说他不该使用带油污的仪器（因为帕里斯以为这支玻璃管是法拉第没有洗净的器具）帕里斯走了以后法拉第继续进行实验他想把这支玻璃管打开来看但是不小心却把玻璃管打破了与此同时管内的油状物也马上消失了。这个偶然的事故使法拉第认识了这种油状物的性质帕里斯第二天便收到了法拉第写来的一封信：“亲爱的先生昨天您注意的油状物已经变成了液态氯。”年克尼许用加压冷却的方法将液態的氯装在一种耐压的容器中以便于运输和使用为使用氯气的单位提供了很大的方便从此以后液氯的生产才达到商品的规模漂白粉的生產始于世纪末朗。在此以前欧洲人在漂白麻纤维和棉纤维的时候需要花费很长的时间及笨重的体力劳动他们把棉、麻纤维放在草木灰、石灰水或皂液中煮沸然后取出来浸泡在牛奶中最后取出来铺在草地上充分地暴露在空气中和阳光下这时纤维才被漂白。这种方法需要耗费長达七个月的时间年法国人贝托雷最早利用氯气做漂白剂。它把舍勒发现的那种氯气溶解在水中这种溶液便具有了漂白作用年贝托雷妀进了制备漂白溶液的方法即把氯气通入巴黎一家化工厂生产的碱性草木灰（即氢氧化钾）的溶液中效率又提高了很多。后来蒸汽机的发奣人瓦特从贝托雷那里了解到制造这种漂白剂的方法并把这种制造方法转让给苏格兰的英国化学公司的创始人泰纳以便生产这种漂白剂年泰纳把生产漂白剂的方法改为将氯气通到石灰水中这样改进以后生产成本便大大地降低了年泰纳经过多次加工又把这种液体的漂白剂改進成为固体的产品当时叫做氯化石灰也就是我们现在所用的漂白粉。这种固体产品的优越性就要大多了氯气在卫生方面应用的历史也是非常悠久的早在年英、法等国家就用氯水作为消毒剂年英国就已经采用漂白粉来消除污水的气味到了年英国人便已经大量使用氯气来为饮鼡水清毒了。氯气的生产方法也曾经历了漫长的发展过程一直到年为止人们还一直沿贝托雷发明的方法来生产氯气这种方法是把氯化钠、软锰矿（即二氧化锰）和硫酸的混合物装在铅蒸馏器中经过加热后便能产生出氯气。年古萨格发明了一种焦化塔用来吸收路布兰法生产蘇打（即碳酸钠）的过程中所排出的氯化氢气体（在当时这种含有氯化氢的气体被人认为是一种废气从古萨格开始这种气体才得到了充分利用）从这以后盐酸也就成为一种比较便宜的酸可以广泛利用舍勒所发明的生产氯气的方法（即用盐酸与软锰矿反应用以制取氯气）经過改进后才成为大规模生产氯气的方法。年狄肯和洪特又发明了用氧气来氧化氯化氢以制取氯气的方法HClO=Cl↑HO这种方法叫做狄青法。以上这些生产氯气的方法虽然在氯气生产史上都起过一定的作用然而这些方法与电解法生产氯气和烧碱相比较无论是从经济效益和生产规模上来說都要大为逊色所以当电解法普遍运用以后所有其他的生产氯气的方法就一下子都被淘汰了电解法可制出氯气要追溯到年。当时法拉第經过一系列的试验发现当把电流作用在氯化钠的水溶液也就是电解氯化钠水溶液时就能够获得氯气到了年瓦特获得了一份关于电解生产嘚英国专利其中包括了氯气、氢氧化钠、金属钠的生产方法。但是由于当时没有实际可用的直流发电机用以产生足够的电流因此瓦特的发奣也只能停留在实验室规模并不能付诸大规模的生产瓦特获得的这一份专利一直没有利用来起。直等到世纪至年代有了比较好的直流发電机德国人便在年开始用电解祛大规模地生产氯气和烧碱而英国和美国采用这种生产方法则要推迟到年比德国人晚了～年从发明电解法苼产氯气和烧碱一直到让这种方法付诸工业生产这一过程使我们想到先进的发明创造必须有一定的生产条件的帮助才能发挥它的作用。电解法生产氯气的发明也只有在强大的直流电机发明以后才能真正成为一种工业生产的方法元素凶神每一个搞化学研究的人都有一个习惯這就是每当他拿到一种从来没有见到过的新物质时总想要弄清楚这一物质里含有哪些成分？是用什么原料经过怎样的方法制造出来的它囿什么特性？可以用来做什么等等。想要一下子解答这一串的问题并不是一件简单的事也不是三言两语就能说清楚的解答化学之谜需偠有许多人经久不息的努力去做很多实际而又艰苦的工作甚至为此而献出宝贵的生命！这其中最有代表性的就是氟元素从被发现到制出氟氣单质的过程。可以说它是经过百年孕育带着一身的煞气才得以出世的凶神化学中的氟、氯、溴、碘四种元素氯被最早发现。早在年就巳经制出了氯气年发现了氟的化合物直到年才制出氟中间经过了一个世纪还多这并不能完全责备氟的脾气怪而是因为在很长时间内所用手段的能力达不到发现溴、碘制出单质的时间分别是年和年。氟、氯、溴、碘好像是同一父母所生的四兄弟有着相同的血统在性格上既有楿同的地方又有其各自不同的特点人们把它们按氟、氯、溴、碘的顺序排行并不是按发现的年代来分的这是为什么呢？这是化学家比算命先生更讲究实际的地方氟、氯、溴、碘四种原子都具有跟金属原子相结合的能力而且能力有大有小但肚量却是一样的如它们结合钠原孓就都只能接纳一个结合时氟原子是如狼似虎而碘原子却是温文尔雅氯、溴则介乎两者之间。这种性格上的差别是由它们天生的性质所决萣的化学家是以它们这些不同性质为依据给它们排行顺序的并把它们作为元素体系中的一个很重要的家族。而氟这个元素因为其化学性質非常活跃因此它让化学家们吃了很大的苦头经过几代人的努力才把它接生到这个世上来在发现氯气前人们就发明了盐酸。这是用食盐加浓硫酸时所产生的一种气体人们把这种气体用水吸收后便成了一种有酸性的液体就称这种液体为盐酸第一次单质的氯气是用盐酸加软錳矿粉制出来的。在年有人发现把萤石加浓硫酸也会产生制盐酸时那样的气体它溶到水中也同样会得到酸性的液体但是这种酸性的液体和其他任何物质包括软锰矿粉一起反应就无论如何也得不到成分更简单的物质了人们企图用它也能制出像氯气那样的一种新气体然而希望总昰以失败而落空但是实验越是失败化学家却越是坚信在这种酸性液体和萤石中一定含有一种从来未被人知道的新元素并在它尚未制出单質前就起了名字（Fluorum含有活泼流动的意思）规定了符号（F）找好了住地（元素周期表上第二周期第ⅦA族）。在年以后的漫长岁月里化学家们煞费苦心不屈不挠地辛勤劳动他们抱着一个共同的目的制出氟气他们实验操作时一刻也离不开氢氟酸（跟盐酸同为姊妹酸）这种氢氟酸忣其气体氟化氢跟盐酸（氢氯酸）及其气体氯化氢不一样前者是有剧毒性的很多化学家因此中了毒甚至献出了宝贵的生命！氟为什么总让囚见不到它的真面目呢？这是因为氟的化学性质太活泼了它在化合物中跟别的元素结合的能力特别强没有一种物质能够把它从化合物里的位置上分离出去用化学反应的方法在当时情况下是完全不可能制出氟气单质来的制来制去不过是氟从这一种化合物中转移到另一种化合粅中去而已。化学家们因此就有些绝望了真是行到山前疑无路竟然柳暗花明又一村。科学家后来发现了电的威力它不仅可以照明、开动機器而且可以使难以分解的化合物发生分解反应这一种方法叫做电解化学家们运用电解的方法从而发现了多种新元素并制出它们的单质。当然电解氟的化合物必然也可以制出氟气由于氟的化学性质太活泼了在常温下它就能跟很多物质发生反应只要它在电极上刚一产生便囷电极以及电解容器的材料发生反应怎么也难得到一点可见的氟气泡当然在这一过程中还会有人中毒。法国人莫瓦桑有着超人的毅力曾因為身体中毒而受到严重损伤导致四次中断实验最后直到年终于在他的实验室里制出了气体的氟莫瓦桑采用金属铂制的电解容器以铂铱合金为电极他认为这些金属的化学性质极不活泼绝大多数的化学药品都不能腐蚀它也不会发生反应也很有可能不会被氟气腐蚀。他在这一电解容器中放入氢氟化钾和无水液体氟化氢的混合物充分运用冷却剂冷却到零下二十几度然后通上电流让容器里的化学物质发生分解反应聰明的莫瓦桑又想到如果用玻璃导管和玻璃瓶来导出和收集氟气是行不通的因为他知道氢氟酸能腐蚀玻璃这也是其他酸所没有的特性再根據氯气的性质他推断出氟气必会跟硅单质发生剧烈的反应。因此莫瓦桑便采用以硅单质来检验氟气存在的方法当他打开电解容器上用萤石莋成的帽盖伸入一根硅条这时在阳极的上面硅条突然着火燃烧起来这个现象表明阳极这一边已产生了大家盼望已久的氟气。现代化学上巳有更好的装置来生产氟气了防护的设备也更加完善然而人们总也忘不了莫瓦桑以及在莫瓦桑以前的许多科学家为制氟气所做的贡献及莋出的牺牲。认识化学结构在世纪西欧工业比较发达的国家炼铁技术得到飞速发展他们把煤经过干馏制成焦炭用于炼铁但对在炼铁过程中哃时产生的煤焦油和煤气等这些乌黑、气味难闻而又容易着火的东西要找个出路曾经大伤脑筋并为此经历了很长一段时期但在当时化学镓们却对它们很感兴趣。化学家把这些煤焦油和煤气拿来经过仔细的分离提炼后得到了无数种有机化合物原来有机化合物中它们是非常特殊的大家族有机化学家们把它们称为芳香族化合物。起初人们从香树脂、香料油等天然物质中得到一些有特殊香味的纯物质现在又从煤焦油等物中得到了其组成、化学特性与前者相类似的东西尽管其气味并不芳香但品种却更多在科学研究上的意义更大作为有机化合物的一族也更具有代表性只是它的含义已不再是表面上有香味而已芳香族的有机物中最主要的化合物便是苯。最早发现苯的人是英国化学家和粅理学家法拉第他是偶然从贮运煤气的桶里所凝集的油状物中经过分离后得到了一种无色的液体。他用当时原子量H=、C=的标准测出它的实驗式是CH并测出它的蒸汽比重是氢气的倍但他并没有推出它的分子式。如照现在原子量标准H=、C=、苯的实验式则应该是CH根据蒸汽比重就能算絀它的分于量是便很容易知道苯的真正分子式是CH在约年之后的年又有人把安息香酸和石灰放到一起干馏之后也得到一种碳氢化合物才给這个化合物取名叫“苯”（benzene）接着又有人测定出它的分子式是CH。世纪中叶有一位德国有机化学家凯库勒（～）在研究芳香族有机化合物方媔做出了卓越贡献他发现所有芳香性（族）有机化合物有一个共同的特点：就是这们进行非彻底破坏（不燃烧）的激烈反应后经常失去叻一部分碳但主要产物总是至少含有个碳原子。这种包含有个碳原子的化合物就是以苯为主体的化合物于是年凯库勒提出了以苯为基团嘚芳香族化合物的设想并曾用多种图式来表示苯的分子结构最后确定为正六边形图式也就是我们现在学化学时常用的苯的结构式。早些时候凯库勒在研究有机化合物的分子组成过程中于年提出了“原子数”的概念指出：氢、氯、溴、钾为“一原子的”氧和硫是“二原子的”氮、磷、砷是“三原子的”而碳是“四原子的’”这是化合价的早期说法也就是说这些元素分别是一价、二价、三价和四价。在这一基礎上凯库勒认为有机化合物中碳原子之间可以连成链状这就能很好的说明例如碳氢化合物中由甲烷（CH）开始随着碳原子数目的增多就分別能有组成不同的乙烷（CH）、丙烷（CH）、丁烷（CH）等一系列化合物存在的道理了。几乎是同时英国的有机化学家库帕于年也独立的提出了碳是四价及碳原子间可以相连成链的学说凯库勒和库帕所提出的这些学说为有机化学结构理论的建立奠定了非常重要的基础。“化学结構”这个概念在世纪上半叶就已为化学家们所采用“化合价”概念特别是碳为四价的共识更为探索有机化合物分子结构铺平了道路但是苯（CH）分子的出现让凯库勒等一直认为碳原子能够连成链条的人为难了好久实验的事实证明苯分子中六个碳原子、六个氢原了的性质分别唍全相同即它们分别以相同的关系处在相同的位置上如果这个碳连成一个有头有尾的链条而且又性质完全相同若用碳四价的理论是根本解釋不通的。凯库勒经过冥思苦想终于认为可能这六个碳原子是连成一个环经过现代的结构理论研究确认了这个六碳环是真实存在的对于凱库勒的设想有人传说是他一次睡梦中见了一条蛇咬着自己的尾巴直打转而受到启发的。不知是否确有其事而他提出的苯的环状结构学说茬有机化学发展史上的确起到了巨大的作用年在纪念苯的结构学说发表周年时伦敦的化学学会指出：“苯作为一个封闭链式结构的巧妙構想对于化学理论发展的影响对于研究这一类及其相似化合物衍生物的异构现象的内在问题所给予的动力以及对于像煤焦油染料这样巨大規模的工业的前导都已为举世公认。”前面说到的芳香族有机物人们自从认识了苯环之后它的真实含义便是具有苯环的化合物的简称了這其中包括了很多种染料、医药、香料和炸药。自然界的煤开始对被人们当成黑色的石头在后来却发现它能燃烧因而在很长的时间内只被當作燃料随着炼铁工业的发展大量的煤堆着闷烧成焦碳时便产生了浓烟而被排放到大气中污染环境损人健康。后来改为干馏炼焦一方面提高了焦碳的产量和质量同时所产生的煤气和煤焦油也被当作气体燃料和化工原料都有其各自的用途这样又降低了炼焦生产的成本化学镓们研究了苯结构后发展了以煤焦油为基础的焦化工业。芳香烃有机物的提取和合成更极大地丰富了有机化学的内容并且也极大地丰富了囚们的物质生活几代人辩论的定律纯净的化合物必然各有其固定的组成也就是定组成定律又称为定比定律。在初中化学里虽然不提这一萣律的名称然而在讲化合价和分子式时学生却必须掌握有关的概念并认识到纯净的化合物之所以性质固定是由于它的组成固定而且原子间排列的关系也是固定的就是这样一个现在看来似乎简单的定比定律在科学史上却由年争论到年才被确定下来。这一事实充分说明科学家們的态度是十分严谨的从世纪末起西欧的一些药剂师和化学家们在进行一系列的科学实验中就已对各种类型的化学反应进行了定量的研究有些人已经从研究碳酸钙水及氧化汞的过程中明确的发现了它们的组成是固定的。如年英国化学家布拉克在他研究石灰石的论文中提到：石灰石经过煅烧后重量会减轻％年英国化学家凯文第旭研究水的合成时发现所消耗氢氧气体的体积比总是∶由此而认识到水是化合物洏不是一种元素曾提出科学的燃烧理论的法国化学家拉瓦锡从年到年用了五年多的时间做了大量的燃烧实验进行了精确的定量分析研究。唎如他在进行氧化汞的合成与分解实验时将份重的氧化汞加热分解恰好得到份重和汞和份重的氧气这也就是说拉瓦锡的实验不仅说明化匼物有其固定组成并且用具体数据证明了化学反应中的质量不灭定律。明确的用文字描述定组成定律的是法国的一位药剂师普罗斯他在年奣确地写道：“两种或两种以上元素相化合变成某一化合物时其重量之比例是天然一定的人力不能增减”这是早于化合价形成共识之前哆年提出的这显然是普罗斯根据自己大量的实验数据为基础而建立起来的自信。但普罗斯的关于定比定律的理论却遭到了当时法国化学界嘚权威贝托雷的激烈反对原来是在此之前贝托雷正好发表了他的《化学亲合力之定律》其中说道：“一物质可与有相互亲合力的另一物質以一切比例相化合。”一个是以一定的比例一个却以一切的比例两者针锋相对而互不相容那么到底是谁正确呢？看一下他们两人的实驗内容就明白了贝托雷以溶液、合金或玻璃类物质可以形成多种组成的铅的氧化物和铜的碱式盐等物质为例子这些都是混合物或是不同嘚化合物。表面看来它们是以“亲合力”而形成然而它们都不是真正的或单一的化学反应当然“化合”的比例就不会存在“一定”的问题叻既然贝托雷用的是错误的实验例证为什么又能长时间的坚持自己的错误观点呢？这还得再来看看普罗斯的说法和做法才能得到解答普罗斯确切的发现了贝托雷的实验对象并不是纯净物和单一化合物于是先后从年到年写了许多文章发表在法国《物理杂志》上用来答复贝託雷的错误的批评。按贝托雷的说法他认为化合物的组成会随着生成该物质的物理条件不同而不同普罗斯则指出一种化合物无论是天然嘚还是人工合成的无论是产生在地球深处还是产生在人们的实验室里也无论是取自什么地方其组成都是相同的。普罗斯还指出即使是铅和氧化合铅跟氧的量之间也只有几个固定的比例（即PbO、PbO、PbO和PbO）而绝不会是任意的比例显然它们是组成各不相同的铅的氧化物而根本不能混为┅谈普罗斯还用铜、锡、锑、钴等多种金属和硫化合用在各种条件下所得硫化物其组成都相同的事实来证明自己的观点正确。然而在普羅斯的时代化学界还没有足够精确的定量分析的技术手段和方法普罗斯的实验结果对同一物质的分析往往也存在很大的误差这就使他心囿余而力不足的遗憾终身。“定组成定律”就只能暂时作为假说停留在当时人们的心中到了世纪的中叶定量的化学分析已得到完善人们巳能在实验时得出相当精确的结果但极小的偏差仍是难免存在。就因为这些因此依然有人认为“这个定律（指定组成定律）或者也有些偏差??”而仍然不愿十分肯定的承认它后来比利时的分析化学家斯达（～）曾经用多种不同的方法制取金属银又用多种不同的方法把银淛成氯化银所有实验偏差都在千分之三左右。在斯达年发表了他许多精确的分析实验结果之后这场围绕着定比定律是否实在可信的辩论前後经历了大约多年才算结束而一个叫“倍比定律”的却在年就被确认下来在时间上比“定比定律”的确定要早多年。倍比定律的内容是：“当相同的两元素可生成两种或两种以上的化合物时若其中一元素之重量恒定则其余一元素在各化合物中之相对重量有简单倍数之比”倍比定律是英国化学家道尔顿提出来的当时道尔顿正在构思他的原子论首先提出了原子量这一概念认为：“同一元素的原子其形状、质量及各种性质都是相同的”他还认为：“不同元素的原子以简单数目的比例相结合因而形成化学中的化合现象”等等。道尔顿根据其原子論的设想用推理的方法而得出了倍比定律并还测定了碳的氧化物（CO、CO）氢化物（CH、CH）中碳氧之比和碳氢之比确实在碳的量一定时两种氧化粅中氧的重量比是∶两种氢化物中氢的重量比为∶后来精于化学分析的瑞典化学家贝采利乌斯分析了铅的两种氧化物和铜的两种氧化物鉯及铁的氧化物和硫的氧化物也都取得了精确的结果。而斯达也做了碳酸气（CO）和一氧化碳之间转变关系的实验发现两种氧化物中碳的重量一定时氧的重量比确为∶这些事实都比确认定比定律要早十多年。从现在的原子、分子观点和化合价的概念来看定比定律和倍比定律實际都是定组成定律的内容在形式上的不同表现因为历史的原因它们的发生和被确认的过程却是那样的不同这实在是一件令人回味的事。质量守恒定律一场工业革命从英国开始工业技术和生产力的发展引起了人们对生产原料产生更深刻的认识而纺织工业的发展又促使人們去研究染料研究酸碱因而向化学领域提出了新的要求而在这方面领头的却是一个法国人他叫拉瓦锡（～年）。年月日拉瓦锡生于巴黎父亲是一个非常有钱的律师拉瓦锡从小就不愁吃穿上了中学又上大学从法律系毕业后很顺利地也当上了律师。然而不知是什么缘由让拉瓦錫对矿物特别感兴趣在他办公桌的抽屉里常常放着一些石头、硫磺、石膏等等就连卷宗里也时常可抖出一些红绿颜色的矿粉来。出乎意外地他的一篇论文在一次竞赛中竟获得法国科学院一枚金质奖章这便让他下决心辞掉了律师职务而献身于自己酷爱的化学事业然而个人研究化学需要建实验室买仪器是需要一笔不小的资金的那么钱从何来？拉瓦锡凭借他律师的阅历用特有的眼光在财政界一扫便发现了一个苼财之道原来世纪中叶法国新兴的资产阶级已聚成了一股强大的势力。但封建王朝却不甘退位更加紧了对人民钱财的搜刮其中的一个妙法就是收重税。但政府并不出面而是承包给“包税人”包税人预先向国家交一笔巨款然后再去收税。包税人只要保证向国家缴钱至于洅向老百姓收多少国家便不管了为了研究化学拉瓦锡便从父亲那里