第二节分析化学的发展历程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二节 分析化学的开展历程,分析化学是化学的一个重要分支，它主要研究物质中有哪些元素或基团(定性分析)；每种成分的数量或物质纯度如何(定量分析)；原子如何联结成分子以及在空间如何排列等等。,分析化学以化学根本理论和实验技术为根底，并吸收物理、生物、统计、电子计算机、自动化等方面的知识以充实本身的内容，从而解决科学、技术所提出的各种分析问题。,分析化学这一名称虽创自玻意耳，但其实践运用与化学工艺的历史同样古老。古代冶炼、酿造等工艺的高度开展，都是与鉴定、分析、制作过程的控制等手段密切联系在一起的。在东、西方兴起的炼丹术、炼金术等都可视为分析化学的前驱。,玻意耳提出了接近于近代的化学元素的概念,区分了化合物和混合物。他把实验方法引人化学研究之中,主张化学要建立在大量的实验观察根底上,对物质的化学变化要进展定量研究,从而开创了分析化学的研究。他最早引入了“分析化学这个名称。,罗伯特波义耳Robert Boyle，16271691，英国化学家，化学史家都把1661年作为近代化学的开场年代，因为疑心派化学家The Sceptical Chemist的问世，它的作者是英国科学家罗伯特波义耳。马克思恩格斯誉称“波义耳把化学确立为科学。,波义耳从小体弱多病。有一次患病时,由于医生开错了药而差点丧生,幸亏他的胃不吸收将药吐了出来,才未致命。经过这次遭遇,有了病也不愿找医生。并且开场自修医学,到处寻找药方、偏方为自己治病。当时的医生都是自己配制药物,所以研究医学也必须研制药物和做实验,这就便波义耳对化学实验发生了浓厚的兴趣.,早提出元素这一概念的是古希腊一位著名的唯心主义哲学家柏拉图，他用元素来表示当时认为是万物之源的四种根本要素：火、水、气、土。这一学说曾在两千年里被许多人视为真理。后来医药化学家们提出的硫、汞、盐的三要素理论也风行一时。,波义耳通过一系列实验，对这些传统的元素观产生了疑心。他指出：这些传统的元素，实际未必就是真正的元素。因为许多物质，比方黄金就不含这些“元素，也不能从黄金中分解出硫、汞、盐等任何一种元素。恰恰相反，这些元素中的盐却可被分解。那么，什么是元素 波义耳认为：只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。例如黄金，虽然可以同其它金属一起制成合金，或溶解于王水之中而隐蔽起来，但是仍可设法恢复其原形，重新得到黄金。水银也是如此。,在一次实验中，放在实验室内的紫罗兰，被溅上了浓盐酸，波义耳急忙把冒烟的紫罗兰用水冲洗了一下，然后插在花瓶中。过了一会波义耳发现深紫色的紫罗兰变成了红色的。这促使他进展了许多花木与酸碱相互作用的实验。发现了大局部花草受酸或碱作用都能改变颜色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显，它遇酸变成红色，遇碱变成蓝色。波义耳用石蕊浸液把纸浸透，然后烤干，制成了实验中常用的酸碱试纸石蕊试纸。,波义耳还发现五倍子水浸液和铁盐在一起，会生成一种不生沉淀的黑色溶液。这种黑色溶液久不变色，于是他创造了一种制取黑墨水的方法，这种墨水几乎用了一个世纪。,波义耳发现，从硝酸银中沉淀出来的白色物质，“如果暴露在空气中，就会变成黑色。这一发现，为后来人们把硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上，做了先导。,晚年的波义耳从动物尿中提取了磷。经进一步研究后，他指出：磷只在空气存在时才发光；磷在空气中燃烧形成白烟，这种白烟很快和水发生作用，形成的溶液呈酸性，这就是磷酸，把磷与强碱一起加热，会得到某种气体磷化氢，这种气体与空气接触就燃烧起来，并形成缕缕白烟。这是当时关于磷元素性质的最早介绍。,波义耳定律Boyles law：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压力成反比。,中国古代三大冶炼技术是分别炼铁、钢和青铜。,中国开场冶炼青铜的时期晚于西方约千余年，但后来冶炼水平很快超过了西方。875公斤的司母戊方鼎、精巧的曾侯乙尊盘和大型的随县编钟群，大量的礼器、日用器、车马器、兵器、生产工具等，当时中国已经非常熟练地掌握了综合利用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术，在冶铸工艺技术上已处于世界领先的地位。,中国冶炼块铁的起始年代虽然迟至公元前6世纪，约比西方晚900年，然而冶炼铸铁的技术却比欧洲早2000年。中国铸铁的创造出现在公元前5世纪，而欧洲那么迟至公元后的15世纪。由于铸铁的性能远高于块铁，所以真正的铁器时代是从铸铁诞生后开场的。,酿造,中国古代酿酒技术我国的酿酒技术的开展可分为二个阶段，第一阶段是自然发酵阶段，经历数千年，传统发酵技术由孕育，开展乃至成熟。即使在当代天然发酵技术并未完全消失。其中的一些奥秘仍有待于人们去解开。人们主要是凭经历酿酒，生产规模一般不大，根本上是手工操作。酒的质量没有一套可信的检测指标作保证。,第二阶段是从民国开场的，由于引入西方的科技知识，尤其是微生物学，生物化学和工程知识后，传统酿酒技术发生了巨大的变化，人们懂得了酿酒微观世界的奥秘，生产上劳动强度大大降低，机械化水平提高，酒的质量更有保障。,炼丹术、炼金术,古代道家或道教徒等以金石类矿物为原料，采用化学方法炼制成自以为令人长生不老而实际上有毒“丹药的技术与方法。二是想把贱金属转化为金银等贵金属。这两个命题实际上都是不可能作到的。,真正的炼丹术却起源于秦始皇。秦始皇终其一生,都对神仙方术抱着疯狂的梦想.,在五行生克学说中就有土生金的说法。当时就有一种设想，那就是认为矿物在土中会随时间而变的。例如认为雌黄千年后化为雄黄，雄黄千年后化为黄金。朱砂200年后变成青，再300年后变成铅，再200年成为银，最后再过200年化成金。能不能加速这种变化呢？这时就产生了夺天地造化之功的思想，企图在鼎中能作到,“千年之气，一日而足，山泽之宝，七日而成。于是就在鼎中放入各种药物，封闭后进展加热烧炼，以为可以炼出贵重的金银来，这样炼金术在战国末期就萌芽了。到了秦皇汉武时期，由于最高统治者的支持，炼金术就大开展起来，这时不仅要由低贱的金属如铜、铁等制造出贵重的金、银来，还要为统治者修炼出吃了能长生不老的仙丹来。所以在中国发起的这场探索活动应该叫做“金丹术。他们把人与物相类比，认为黄金和玉都是不朽不坏的，所以最好能由金和玉中提出精华来给人吃，于是就有“服金者寿如金，服玉者寿如玉的理论。这时炼丹家就希望能炼出一种名叫“金液的神秘物质，人吃了可以长生不老，与普通物质配合就能变成黄金。,丹药的毒性,关于长生不老丹，由于中国炼丹主要用五金(金、银、铜、铁、锡)、八石(朱砂、雄黄、云母、空青、硫黄、戎盐、硝石、雌黄)、三黄(雄黄,雌黄,硫黄)为原料。炼成的多为砷、汞和铅的制剂,吃下去以后就会中毒甚至死亡。但是在炼丹术开展初期就有人服食丹药,首先是三国时期何晏大将军(曹操的义子)带头服用“五石散石钟乳(不同形态碳酸钙沉淀物的总称),石硫黄,白石英,紫石英(主要含氟化钙),赤石脂(硅酸盐类矿物多水高岭石族多水高岭石),说是可以强身健体,于是在社会上“服石之风盛行。,由于“五石散中主要成份为砷制剂，服后混身发热，甚至要泡在冷水中才能解脱。后来炼丹家们进一步又炼出了升华的砒霜(三氧化二砷)，只要服用一刀圭就可得到同样的“药效，就这样，服用起来就更方便了，结果不是中毒就是发病死亡，这可以说是古代的吸毒潮，所造成严重的社会危害，可以与今日的吸毒热相比。在唐代，服丹身亡的皇帝就有唐太宗、宪宗、穆宗、敬宗和晚唐的武宗、宣宗等六个，中毒的皇帝还不算。但尽管如此也未能因此而仃止对长生不老的追求。,朱砂：又称辰砂、丹砂、赤丹、汞沙，是硫化汞的天然矿石，大红色，有金刚光泽至金属光泽。,雄黄：又称作石黄、黄金石、鸡冠石，是一种含硫和砷的矿石(-As4S4),云母：是钾、铝、镁、铁、锂等层状构造铝硅酸盐的总称。云母族矿物中最常见的矿物种有黑云母、白云母、金云母、锂云母、绢云母等。颜色随化学成分的变化而异，主要随Fe含量的增多而变深。白云母无色透明或呈浅色；黑云母为黑至深褐、暗绿等色；金云母呈黄色、棕色、绿色或无色；锂云母呈淡紫色、玫瑰红色至灰色。白云母和金云母具有良好的电绝缘性和不导热、抗酸、抗碱和耐压性能，因而被广泛用来制作电子、电气工业上的绝缘材料。,空青：为碳酸盐类矿物蓝铜矿的矿石。,硫磺：别名硫、胶体硫、硫黄块。含硫量99%以上，熔点为119，沸点为444.6。不溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳。主要用于制造染料、农药、火柴、火药、橡胶、人造丝等。,戎盐：为氯化物类石盐族矿物石盐的结晶体。主要为氯化钠。此外还夹杂有氯化钾，氯化镁，氯化钙，硫酸镁，硫酸钙和铁等，其所含杂质多半是机械混入物。,硝石：也称消石、火硝、牙硝古书上又称茫消或北帝玄珠，焰硝等，是一种天然矿物，主要成分为硝酸钾。其他来源的硝酸钾，以及其他的硝酸盐矿物如智利硝石硝酸钠、挪威硝石硝酸钙有的时候也被称作硝石。,雌黄：含三硫化二砷(As2S3)，其中砷61%，硫39%，通常带有杂质如Sb2S3、FeS2、SiO2、泥质等。雌黄与雄黄两者区别为：(1)雄黄受热熔化为暗红色熔体；雌黄熔化为黄色熔体。(2)雄黄粉末难溶于碳酸胺溶液，雌黄易溶。(3)雄黄与雌黄的晶体面网间距d不同,故可用X射线衍射法进展鉴别。(4)雄黄与雌黄还可用红外光谱法鉴别。,公元前3000年，埃及人已经掌握了一些称量的技术。天平对于化学分析有着十分重要的作用，也是最早出现的分析用仪器，公元前3000年，埃及人已掌握了称量技术。它在公元前1300年的莎草纸卷上已有了等臂天平的记载。巴比伦的祭司所保管的石制标准砝码(约公元前2600)尚存于世。不过等臂天平用于化学分析，当始于中世纪的烤钵试金法中。,古代认识的元素有碳和硫和铜、银、金、铁、铅、锡和汞。公元前四世纪已使用试金石以鉴定金的成色，公元前三世纪，阿基米德在解决金冕的纯度问题时，即利用了金、银密度之差，这是无伤损分析的先驱。,金 19.3103，银 10.5103(单位：kg/m3,公元60年左右，老普林尼意大利将五倍子浸液涂在莎草纸上，用以检出硫酸铜的掺杂物铁，这是最早使用的有机试剂，也是最早的试纸。迟至1751年，布罗克豪森用同一方法检出血渣(经灰化)中的含铁量。五倍子水没食子酸浸液和铁盐在一起，会生成一种不生沉淀的黑色溶液。火试金法是一种古老的分析方法。远在公元前13世纪，巴比伦王致书埃及法老阿门菲斯四世称：“陛下送来之金经入炉后，重量减轻这说明3000多年前人们道“真金不怕火炼这一事实。法国菲利普六世曾规定黄金检验的步骤，其中提出对所使用天平的构造要求和使用方法，如天平不应置于受风吹或寒冷之处，使用者的呼吸不得影响天平的称量等。,贝格曼：18世纪瑞典化学家和博物学家。1761年任乌普萨拉大学数学副教授,6年过后成为化学教授。最先提出金属元素除金属态外,也可以以其他形式离析和称量,特别是以水中难溶的形式。他曾屡次分析矿泉水和矿物成分。,过去测定化合物中金属的含量,必须将它复原为金属单质,繁琐费力。贝格曼提出了将金属成分以沉淀化合物的形式别离出来,测知沉淀的组成,可算出金属的含量。他在1780年出版的矿物的湿法分析中,提供了那一时期矿石重量分析法的丰富资料。,涉及到银、铅、锌及铁的矿物通过湿法过程的重量分析法。介绍的测定组分包括金、银、铂、汞、铅、铜、铁、锡、铋、镍、钴、锌、锑、镁和砷。在一些书中,介绍了许多检定反响,如:用黄血盐检定铁、铜和锰,用草酸和磷酸铵钠检定钙,用硫酸检定钡和碳酸盐,用石灰水检验碳酸盐等。他曾根据蓝色试纸遇酸变红检验出“固定空气(二氧化碳)具有酸性“气酸。,克拉普罗特不仅改进了重量分析的步骤，还设计了多种非金属元素测定步骤。他准确地测定了近200种矿物的成分及各种工业产品如玻璃、非铁合金等的组分。,克拉普罗特：德国化学家、药学家。药店学徒出身。曾任柏林大学教授、柏林科学院院士。1789年发现元素铀、锆。1808年发现元素铈。曾分析过二百多种矿物，确证钛、碲、铍、铬、钇的发现。对化学分析方法作过许多改革，是分析化学的奠基人之一。曾对化石、中国货币、古罗马的武器等进展过化学分析。著有论矿物的