化学最重要的3个问题（上篇）

化学最重要的3个问题（上篇）

化学是研究物质变化的科学，它探索原子和分子是如何通过化学反应相互作用和转化的。从拉瓦锡的元素理论到道尔顿的原子论，再到门捷列夫的元素周期表，化学家们对物质本质的探索不仅推动了化学科学的发展，也为人类认识自然世界提供了重要工具。

化学是研究物质变化的科学
化学研究物质的组成、结构、性质、变化以及伴随这些变化发生的能量变化。它探索原子和分子是如何通过化学反应相互作用和转化的。化学连接了物理科学与生命科学，涵盖从基本粒子到复杂化合物的所有范畴。通过化学，人们可以创造新的物质，改善材料性能，提高生活质量，也能更好地理解自然界的许多现象。因此通才讲堂的第十四课是化学课。

物质的本质是什么？
物质的本质问题探讨的是物质由什么构成，以及这些构成成分如何排列和相互作用。理解物质的本质是化学和物理学的基础。这一问题的解答不仅揭示了所有物质的组成和结构，还推动了化学元素周期表的建立，有助于我们理解宇宙的基本构造和自然界的运行规律。

拉瓦锡：元素理论
物质是由基本元素组成的！

安托万·拉瓦锡，18世纪的法国化学家，被称为'近代化学之父'。拉瓦锡出生于巴黎一个富裕的家庭，接受了良好的教育，先后在大学学习法律和科学。后来成为法兰西科学院院士。在法国大革命期间，身为一名包税官的他被指控犯有税务欺诈罪，最终被送上了断头台。

拉瓦锡生在启蒙运动和法国大革命期间的法国，这是一个政治、经济和社会动荡的时期，同时也是科学探索和哲学思考兴盛的时代。化学在此时仍然处于炼金术和早期化学理论的过渡阶段。炼金术士们尝试将贱金属转化为黄金，并追求长生不老药，但大多数理论和实验都缺乏科学基础。17世纪末和18世纪初，科学家们开始注重实验和观察，逐步建立起基于实验的科学方法。

拉瓦锡提出的元素理论是现代化学的奠基石。他通过精确的实验和观察，明确了物质是由基本元素组成的。拉瓦锡提出了“元素”的概念，定义元素为“无法再分解成更简单物质的基本物质”，并编写了一份清单，列出了他所确定的33种元素。

拉瓦锡推翻了传统的燃素说。燃素说认为物质燃烧是因为释放出一种叫做“燃素”的物质，而拉瓦锡通过一系列实验证明，燃烧实际上是物质与氧气反应的过程。

拉瓦锡通过氢气在氧气中燃烧，确定了水的元素组成，证明了水不是一种单一的物质，而是由氢和氧两种元素组成的化合物。这一发现推翻了亚里士多德提出的四元素说，这个学说认为世界是由土、火、水和气四种基本元素构成的。

拉瓦锡的元素理论为化学提供了系统的科学基础，推翻了以往基于炼金术的理论，是化学从一门经验科学转变为一门现代科学的关键转折点。拉瓦锡的工作标志着化学元素周期表和现代化学分析技术的开端，对整个科学界和工业发展产生了深远的影响。

道尔顿：原子论
组成物质的最小单位是原子！

约翰·道尔顿，18至19世纪英国化学家和物理学家。道尔顿出生在英国的一个贫穷的手工编织家庭。虽然缺乏正规的教育机会，道尔顿却表现出极高的学习热情和才能，自学成才。道尔顿的科学研究涵盖了气体行为、气压和颜色视觉等领域，他对色盲也有重要贡献，实际上他本人就是色盲。

道尔顿的时代是18世纪末至19世纪初的英国，这一时期正值工业革命的高峰期，科技和工业迅速发展，对科学研究的需求和兴趣大大增加。同时，这也是启蒙运动的延续时期，科学方法和理性思考被高度重视。拉瓦锡在18世纪末的工作为化学奠定了实验基础。在这样的时代背景下，科学家们开始对物质的组成和性质进行系统的研究。

道尔顿提出了他的原子论，认为物质是由不可分的微小粒子——原子——组成的。这一理论不仅解释了元素之间的化学反应，还提供了理解物质结构的基础。

道尔顿的原子论建立在几个关键的前提上：首先，所有物质都是由极小的、不可见的原子组成的；其次，所有同种元素的原子具有相同的质量和性质，而不同元素的原子则具有不同的质量和性质；最后，化学反应是原子之间的重新排列，但原子本身在反应中既不被创造也不被消灭。

自然的最简单和最基本的粒子是那些组成纯单质的粒子，我们称之为原子。 ——道尔顿

道尔顿通过研究气体的行为和它们之间的化学反应来支持他的原子论。在他关于水的实验中，他观察到两份氢气与一份氧气结合产生水，这支持了他关于化学反应是原子重组的理论。

道尔顿的原子论对化学和物理学的发展产生了深远影响。它为化学提供了一个坚实的理论基础，解释了元素和化合物的性质以及化学反应的机制。在物理学领域，随着20世纪初量子力学和相对论的兴起，科学家们开始深入研究原子的内部结构。

门捷列夫：元素周期表
分类元素，预测元素！

迪米特里·门捷列夫，19世纪俄罗斯化学家，以创建现代元素周期表而闻名。门捷列夫出生在西伯利亚的一个教师家庭。尽管家庭经济状况不佳，但门捷列夫通过不懈努力完成了学业，并在圣彼得堡大学获得了学位。门捷列夫一生致力于教育和科研，为化学的发展做出了巨大贡献。

门捷列夫的时代是19世纪后半叶的俄罗斯，这是俄罗斯历史上由封建制向现代工业国家转变的关键时期。在这一时期，俄罗斯经历了巨大的社会、经济和政治变革，科学和教育改革也是这一过程的一部分。在化学领域，许多新元素被发现，然而其性质和相互关系仍不清晰。化学家们急需一种方法来整理和理解这些元素。

门捷列夫的周期表基于元素的原子质量进行排序，并根据元素的化学性质分组。他注意到，某些化学性质每隔一定数量的元素就会重复出现。这种模式揭示了元素之间深层次的关联，使得周期表不仅是一个分类工具，而且是预测化学反应和元素性质的强大工具。

元素的性质与它们的原子质量有简单的周期关系。 ——门捷列夫

例如，门捷列夫预测了几种元素的存在及其属性，这些元素包括镓和锗。门捷列夫根据已知元素的特性预测了这些元素的原子质量、密度以及化学和物理性质。当这些元素在后来被发现时，它们的实际属性与门捷列夫的预测非常接近，这极大地证实了他周期表的有效性和预测能力。

门捷列夫的元素周期表使得化学家们能够预测未知元素的存在和性质，加速了新元素的发现和研究。元素周期表不仅是化学领域的里程碑，也是19世纪科学进步的象征。