【自然科学类】现代科技与人文大观21世纪的中心科学—化学.pdf

世纪的中心科学
──化学
基础化学

当代自然科学的基石
——化学

多年前,德国数学家高斯和意大利化学家阿佛加德罗进行过一场激
烈的辩论,辩论的核心是化学究竟是不是一门真正的科学。高斯说:
“科学规律只存在于数学之中,化学不在精密科学之列。”
“数学虽然是自然科学之王,但没有其他科学,就会失去它的真正价
值。”阿佛加德罗反驳道。
此话惹翻了高斯,这位数学权威竟发起怒来:
“对数学来说,化学充其量只能起一个女仆的作用。”
阿佛加德罗并没有被压服,他用实验事实进一步来证实自己的观点。在
将升氢气放在升氧气中燃烧得到升水蒸汽的结果通知高斯时,他十分
自豪地说:
“请看吧!只要化学愿意,它就能使加等于。数学能做到这一点
吗?不过,遗憾的是我们对化学知道的太少了!”
科学的发展证明了阿佛加德罗的观点是正确的,生活在现代社会的人
们,谁也不会再去怀疑化学的重要性了。
化学是自然科学中最重要的基础学科之一。它是在原子和分子的水平上
研究物质的组成、结构、性质以及变化的科学。化学发展到今天,已成为人
类认识物质世界,改造物质世界的一种极为重要的武器。人类的衣食住行,
防病治病,资源利用,能源利用⋯⋯样样都离不开化学。
近代科学的发展,则更要依赖于化学的发展。令人神往的宇宙航行,若
没有化学为基础的材料科学成果,是不可想象的;先进的计算机,若没有通
过化学方法研制出的半导体材料,是不会成功的;环境科学是从化学中衍生
出来的;分子生物学、遗传工程学也与化学有着密切的联系⋯⋯
化学已成为一个国家国民经济的重要支柱。在当今世界国力的竞争中,
化学能否保持领先地位,已成为一个国家能否取胜的重要因素之一。
随着科学技术突飞猛进的发展,化学这门科学也在发生深刻的变化。这
些变化主要体现在以下几方面:
()从经验、半经验的描述化学向理论化学过渡;从侧重定性研究到侧
重于定量研究。
()从研究宏观问题到更多地注意微观现象;从注重静态研究到研究动
态过程。
()从研究简单的体系到更深入地研究复杂的体系;在研究物质变化的
同时注意研究能量的变化。
()从单一的化学研究到更多地向其他学科渗透。
这方面的例子不胜枚举。就拿对化学键的认识来说吧,从元素的亲合力
学说到电子配对、价键理论再到分子轨道理论就是一个从定性到定量、从宏
观到微观、从静态到动态的发展过程。
“声如千骑疾,气卷万山来。”化学走出了“幼稚”,再也不是当年的
“女仆”了,它正以崭新的姿态和特殊的地位展现在人类面前,成为世纪
最富有创造性的学科之一。倘若阿佛加德罗和高斯有知,他们也一定会为化
学事业的不断进步而欢欣鼓舞!

化学元素知多少
——元素周期表展望

世纪中叶,世界上已经发现了多种元素。这些元素从表面上看没
有什么关系。然而门捷列夫对这些“杂乱无章”的元素,进行了大量的研究
工作,按照元素原子量的大小依次排列,找到了元素的物理和化学性质周期
性变化的规律,即元素的性质随原子量的递增而呈现周期性的变化。他把这
一规律定名为“化学元素周期律”,并排出第一张元素周期表。后来,英国
科学家莫斯莱提出了原子序数的概念,指出了原子序数和元素原子核电荷数
间的关系,使人们认识到元素的性质实质上是随着核电荷数的递增而呈现周
期性的变化。随着人们对元素周期律认识的深化,元素周期表也几经变化,
并越来越能反映元素间的内在联系。
元素周期律的发现,开创了化学发展的新纪元。元素周期表具体地反映
着元素周期律,成为指导科学研究的有力工具。
我们知道,在地球上存在的天然化学元素只有种,它们排列在化学元
素周期表中前号个格内。号元素铀以后的化学元素,以镎( 号)、
钚( 号)、镅( 号),直到年月日德国科学家越过号元
素的空位合成出的号元素,都是通过人工方法得到的。到目前为止,得
到世界各国科学家公认的化学元素,总共种。
那么,元素的这张名单,到底有没有尽头,会不会再有新元素出现呢?
人们普遍认为号元素决不是元素周期表的终点。不过再发现新元素将越
来越困难,因为这些元素的寿命都很短很短,有的只有一百亿分之一毫秒左
右( 秒等于毫秒)。
随着电学、光学和放射学的发展,通过人工方法制得的号以后的这十
几种元素,都符合人们所预言的特性。例如,预言从号元素开始,人造
元素的“寿命”越来越短,事实恰恰如此。号元素的“寿命”是千分之
一秒; 号元素是五千分之一秒;理论估计, 号元素只能存在秒。
如此“短命”的元素,目前虽然还不能被利用,但却有重