从元素周期表的发展史体悟化学哲学
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从元素周期表的发展史看科学与哲学的关系孙鹏志 201111151948 化学是如何发展而来的?化学知识的研究方法又是怎样发展的?这是大多数化学学习者的疑问。
元素周期表是化学的精髓,研究元素周期表可以把握一条主线解答上述问题。
按照罗素的观点在特定的领域内进行的探索属于科学的范畴将科学发现纳入某种规律的框架则属于哲学的范畴。
因此从探索元素周期表的发展史获得化学学科的发展规律,则属于化学哲学的范畴。
对于化学哲学的定义,不同的学者各说各话,在综合哲学和化学定义的基础上,我们认为:化学哲学是从化学史中概括出来的、用以指导科学研究和实践的认识论和方法论,是观察、思考、处理问题的依据。
对于元素周期表的发展史已有很多学者进行过比较详尽的研究,我们尝试从古代的一个哲学基本问题出发,探索元素周期表是如何在元素定义的变迁和影响元素发现的关键技术取得突破后逐步发展得到的。
又怎样从科学假说变成科学的理论,从中获得几点关于化学哲学的启示。
1、元素周期律、元素周期表的发现过程化学元素周期律、周期表是化学的一个重要基础,运用它可以发现未知元素,还可以预测某些元素的性质,对于从事化学的工作者,必须熟练掌握化学元素周期律、周期表,并会运用它解决一些化学问题。
那么周期律、周期表是怎样被发现而总结出来的呢?它的发现过程又是什么样子的呢?恐怕大多数人都不了解,这篇文章就来论述一下元素周期律、周期表的发现史。
它的发现过程是很艰难的,可以说经过许多人的刻苦钻研,才有了今天我们学到的元素周期律、周期表。
化学元素周期律、周期表是在化学元素的概念初步建立以后,发现的化学元素逐渐增多,原子量测定逐步精确以及原子概念初步建立等基础上发现的。
起初,元素的概念表现为物体分解的极限。
直到1923年,国际原子量委员会作出决定:化学元素是根据原子核电荷的多寡对原子进行分类的一种方法,把核电荷相同一类原子称为一种元素,这时元素的概念才初步确定。
随着元素概念明确,以及原子量和元素性质初步联系起来,原子量的测定逐渐精确,为化学元素周期律、周期表的建立提供了重要依据。
元素周期表变化思想总结元素周期表是描述元素性质和组织结构的一张表格,它以一种系统的方式将所有已知元素按照其原子序数、原子质量和电子结构等特性进行分类。
元素周期表的变化思想主要涉及到元素周期表的发展历程、对新元素的添加和预测以及元素周期律的解释等方面。
首先,元素周期表的变化思想主要源于它的发展历程。
元素周期表最早由俄国化学家门捷列耶夫于1869年提出,他根据元素的原子质量和化学性质将元素排列在一个周期性的表格里。
此后,随着科学技术的进步和对元素性质的深入研究,元素周期表不断得到了更新和完善。
例如,1902年瑞典化学家门德莱夫根据元素的X射线谱线特性将元素重新排列,使得周期表的结构更加合理和准确。
另外,随着放射性元素的发现和研究,元素周期表相继增加了一些新的元素和元素系列,这些改动使得元素周期表更加完整和全面。
其次,元素周期表的变化思想还包括对新元素的添加和预测。
随着科学技术的进步,人们不断在实验室中合成新的元素,并通过各种实验手段对其性质进行研究。
根据这些研究结果,新元素被添加到了元素周期表中,使得元素周期表的结构不断发生变化。
例如,2016年时,元素周期表中的第118号元素奢由元素周期表上的l因子来命名命名为鎶(Livermorium)即勘豪守,取自元素周期表上的Lv因为显影只能时间内镶l-和转时容排中重四地它属第7元素加,此外,元素周期表的变化思想还包括对未知元素的预测。
基于元素周期律的周期性规律和对已知元素性质的研究,科学家们成功预测出了一些未知元素的性质,这些预测结果又为新元素的发现和周期表的更新提供了指导。
最后,元素周期表的变化思想还包括对元素周期律的解释。
元素周期律是元素周期表的基本原理,它揭示了元素性质的周期性变化规律。
元素周期律的解释涉及到元素原子结构、电子配置和化学键的形成等方面的知识。
例如,门德莱夫提出的周期表就是通过分析元素的电子层结构,发现元素的化学性质是由元素的外层电子数目决定的,并且这些元素按照一定的顺序周期性地重复出现。
化学读后感元素周期表的启示化学读后感:元素周期表的启示元素周期表是化学中一项重要的工具和资源,它以一种井然有序的方式呈现了化学元素的组织和特性。
读完这本关于元素周期表的书籍后,我对化学和人类社会的发展有了更深刻的认识。
以下是我对该书的一些感悟和启发。
1. 基本元素的无穷魅力元素周期表将118个已知元素列得明明白白。
从氢到霪,每一个元素都有其独特的属性和特点。
这些元素构成了我们身体、大地和宇宙的基础。
读完这本书,我对元素的多样性和无穷魅力有了更深入的了解,也对它们的重要性有了更深刻的认识。
2. 元素之间的联系元素周期表以数字和图表的形式展示了元素之间的关系。
这种有序的排列揭示了元素之间的相似性和相关性。
我意识到,元素之间的联系并不是偶然的,而是由它们的原子结构和化学性质所决定的。
这种联系不仅存在于元素周期表上,也存在于真实世界中,促进了元素的相互作用和化学反应。
3. 元素的丰度和稀缺性元素周期表上的元素不仅仅是以学术和科学的角度来看待的,也与经济和社会发展有着密切关系。
在我读完这本书后,我了解到一些元素的丰度和稀缺性对于各行各业都具有重要影响。
例如,稀土元素的供应不稳定会对高科技行业造成冲击,而黄金和白银的稀缺性则使其成为财富和价值的象征。
4. 元素的应用和创新元素周期表提供了了解元素性质和特性的蓝图,为科学家们的研究和实践提供了指导。
从材料科学到药物研发,元素的应用无处不在。
通过深入了解每个元素的特性,我们不仅可以改进现有的技术和产品,还可以开发新领域和新的创新解决方案。
5. 环境与可持续发展在元素周期表的世界中,环境和可持续发展是一个重要的话题。
一些元素的产出和使用会对环境造成负面影响,例如重金属污染和化学废物。
通过研究和了解元素的环境影响,我们可以采取相应的措施,减少对环境的损害,并推动可持续发展的目标。
6. 元素的教育意义元素周期表不仅仅是化学家和科学爱好者的专属工具,它也具有教育意义。
通过学习元素周期表,我们可以培养学生的观察力、分析能力和解决问题的能力。
化学读后感化学元素周期表的发现化学元素周期表的发现化学元素周期表是化学科学的重要基础,也是化学家们长期努力研究的成果。
通过对化学元素周期表的研究,我们能够更好地理解和掌握元素的特性、性质以及它们之间的相互关系。
在本文中,我将探讨化学元素周期表的发现过程以及其对化学领域的重要意义。
化学元素周期表的发现可以追溯到19世纪初。
当时,化学家们已经知道了一些元素的存在,例如金、银、铜等。
然而,随着科学的不断发展,越来越多的元素被发现,急需一种能够对它们进行系统分类和组织的方法。
1869年,俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫首次提出了一个基于元素相对原子质量的周期性分类。
他尝试着将元素按照一定的顺序排列,并且发现了一些有趣的规律。
他将相似的元素归为同一组,这些元素在化学性质上有着相似的特征。
这成为了后来发展出元素周期表的基础。
随后,化学家亨利·莫塞里、格伦·西巴格和简·克劳德等人对化学元素周期表进行了进一步的研究和完善。
他们发现,元素周期表中的元素不仅按照原子质量的增加顺序排列,还存在着新的规律。
这些规律是周期表的重要组成部分。
其中一个重要的规律是周期表中的元素周期性地重复着某些性质。
例如,周期表中的第一周期元素是氢和氦,它们具有类似的化学特性。
类似地,第二周期的元素是锂、铍、硼等,它们也具有相似的特性。
这种周期性的重复为化学家们提供了一种便捷的方式,可以预测和研究新元素的性质。
另一个重要的规律是周期表中的元素按照一定的方式排列,使得相似元素出现在同一垂直列中。
这些垂直列被称为“族”,而每个族都具有某种共同的特性。
例如,周期表中的第一族是碱金属族,它们都是非常活泼的金属,与水反应产生强烈的化学反应。
而第一和第二周期的元素则属于主族元素,它们通常与其他元素形成化合物。
化学元素周期表的发现对于我们理解元素以及化学性质的关系有着重要的意义。
通过周期表,我们可以清楚地看到元素之间的趋势和规律。
元素周期表演化过程变迁解读元素周期表是化学教学中的重要工具,它将所有已知的化学元素按照其原子结构和化学性质进行了有序排列。
在过去的几个世纪里,元素周期表经历了多次演化和变迁,不断地完善和改进,为我们揭示了元素的性质和规律。
本文将对元素周期表的演化过程进行解读,并探讨其背后的原因和意义。
元素周期表最早的版本是由门捷列夫于1869年提出的。
其基本思想是将元素按照其原子量从小到大排列,使具有相似性质的元素排在同一列中。
这一早期的元素周期表只包含了几个元素,但为后来的发展奠定了基础。
随着科学技术的不断进步,越来越多的元素被发现和研究。
在20世纪初,有很多化学家努力扩展和改进元素周期表。
其中最著名的贡献之一是门捷列夫的元素周期律。
他将元素按照其电子结构进行了排列,并发现了周期性的规律。
这一发现极大地推动了化学研究的发展,为理解元素的性质和化学反应提供了重要的指导。
随后,随着放射性元素的发现和研究,元素周期表得到了进一步的改进和完善。
亨利·莫塞利在1913年提出了莫塞利周期表,将放射性元素排在一个单独的区域,并用阿尔法、贝塔、伽马等字母表示不同的放射性类型。
这一改进使得元素周期表更加全面和准确地反映了元素的属性和特征。
随后的几十年里,随着科学技术的突破和化学研究的深入,元素周期表得到了不断的更新和改进。
在1950年代,根据量子力学理论的发展,格伦·西博格和尤金·温尼克等科学家进一步完善了元素周期表。
他们在周期表的基础上添加了配位数和原子序数,并引入了f区和g区来表征内电子层的结构。
这一改进使得元素周期表的排列更加准确和完整。
到了20世纪后期,随着超导体、超导材料和稀有元素的研究与应用,元素周期表再次面临着新的挑战和变化。
新发现的元素以及元素的各种异构体的存在使得现有的周期表无法适应新的情况。
因此,科学家们提出了扩展和改进周期表的方案。
其中最著名的是1971年由格伦·西博格提出的“长周期表”。
化学读后感元素周期表的发现与应用化学读后感:元素周期表的发现与应用元素周期表是化学科学中的重要工具,它的发现与应用对于化学学科的发展和实践应用有着重大的意义。
下面将围绕元素周期表的发现与应用展开论述。
一、元素周期表的发现元素周期表是由俄国化学家门捷列夫于1869年发现并提出的。
他根据元素的物理性质和化学性质,将已知的元素按照原子质量排列在一张表格中,形成了最初的元素周期表。
这一表格使得化学家们可以更好地理解元素之间的关系,为后来的元素探索和研究奠定了基础。
二、元素周期表的应用1. 元素周期表的分类法元素周期表将元素按照原子序数排列,使得化学家们可以清晰地了解每个元素的基本信息。
通过周期表的分类法,我们知道元素周期表分为主族元素、过渡元素、稀土元素等。
这种分类法有助于我们理解元素间的共性和特性。
2. 化学反应的预测和解释元素周期表为化学反应的预测和解释提供了重要的依据。
我们可以通过元素周期表中元素的位置,判断其对应化合物的稳定性和反应性。
例如,根据周期表中的规律,我们可以判断铁和氧会发生反应形成铁的氧化物。
3. 元素的发现和合成元素周期表的存在为元素的发现和合成提供了指导。
在周期表中,有一些元素被留空,这激发了科学家们对这些未知元素的研究兴趣。
通过对周期表的分析和实验研究,科学家们成功地合成了新的元素,并对元素的性质进行了深入研究。
4. 材料科学与工程中的应用元素周期表在材料科学与工程领域有着广泛的应用。
通过周期表,我们可以了解不同元素的特性和相互作用,从而设计出具有特定功能的材料。
例如,利用周期表中过渡元素的催化性能,科学家们研制出高效的催化剂,用于加速化学反应。
5. 医药领域的发展元素周期表对医药领域的发展也起到了积极的推动作用。
许多药物的研发和精细化制造都需要借助元素周期表中元素的特性和相互作用。
通过对元素周期表的深入研究,科学家们开发出了许多新型药物,为医药领域的治疗和预防提供了更多选择和可能性。
化学元素周期表的历史与发展化学元素周期表是化学学科中最重要的基础知识之一,它对于我们理解元素的性质和化学变化有着至关重要的作用。
在过去的几个世纪中,元素周期表经历了一系列的发展和演变,至今为止已经成为我们理解化学世界的重要工具。
本文将追溯元素周期表的历史,并讨论其发展的重要里程碑。
1. 元素周期表的起源元素周期表最初的雏形可以追溯到19世纪初期,当时科学家们对于元素的分类还存在很大的混乱。
然而,随着化学实验和研究的深入,科学家们逐渐发现了元素之间的某些规律性。
这些规律性表明,元素的性质与其原子结构有着密切的关联,为建立元素周期表提供了基础。
2. 孟德莱夫的周期表1869年,俄罗斯化学家孟德莱夫首次提出了元素周期表的基本框架。
他将已知的元素按照原子质量的大小进行排列,并将具有相似性质的元素划分为同一列。
这种排列方式使得元素之间的关系更加清晰,为后来的元素周期表奠定了基础。
3. 门捷列夫的元素周期表在孟德莱夫的基础上,俄罗斯化学家门捷列夫进一步发展了元素周期表。
他在孟德莱夫的基础上调整了一些元素的位置,并将元素按照电价数进行了排列。
门捷列夫的元素周期表在后来的发展中发挥了重要的作用,并成为了现代元素周期表的基础。
4. 弗兰克-庞科斯特的元素周期表20世纪初,德国化学家弗兰克和英国化学家庞科斯特分别提出了一种新的元素周期表形式。
他们将元素按照周期表现象的规律进行排列,并将元素周期表拓展为现代元素周期表的形式。
这种周期表形式使得元素之间的关系更加清晰可见,并且为后来元素周期表的发展提供了新的思路。
5. 亨利·莫西里的元素周期表亨利·莫西里是美国化学家,他在1969年提出了一种新的元素周期表形式。
这种周期表形式将元素按照原子序数的大小进行排列,更加突出了元素之间的联系。
莫西里的元素周期表在后来得到了广泛的应用,并在化学教学中被广泛采用。
总结:元素周期表的历史与发展经历了多个阶段,从最初的混乱到现代的清晰规律。
化学元素周期表探秘化学世界的蓝图化学元素周期表是化学领域中最重要的工具之一,它以一种有序的方式展示了所有已知元素的特性和属性。
这个表格不仅仅是一个简单的列表,它背后蕴含着丰富的信息和规律。
本文将带您深入探索化学元素周期表,揭示其中的奥秘,让您更好地理解化学世界的蓝图。
元素周期表的历史元素周期表的发展可以追溯到19世纪初,当时科学家们开始研究元素的性质和组成。
最早的元素周期表由德国化学家门德莱夫于1869年提出,他根据元素的原子质量和性质将它们排列在一个表格中。
随着科学技术的进步和对元素性质的深入研究,元素周期表也不断演变和完善。
元素周期表的结构现代化学元素周期表按照一定规则将元素排列在一个方形或长方形的表格中。
每个元素都有自己独特的原子序数、原子符号和原子质量。
表格中的元素按照原子序数的增加顺序排列,从左上角到右下角逐渐增加。
同时,元素周期表还根据元素的性质和特点将它们分为不同的类别,如金属、非金属和过渡金属等。
元素周期表的分类元素周期表中的元素可以按照不同的分类方式进行划分。
最常见的分类方式是根据元素的电子排布和化学性质将其分为主族元素和过渡元素。
主族元素位于周期表的左侧和右侧,它们具有相似的化学性质和反应行为。
过渡元素位于周期表的中间部分,它们具有较高的原子序数和复杂的电子排布。
元素周期表中的规律元素周期表中存在着许多规律和趋势,这些规律揭示了元素之间的关系和性质变化。
其中最重要的规律之一是周期性规律,即元素性质随着原子序数的增加而呈现出周期性变化。
例如,原子半径、电离能和电负性等性质都会随着原子序数的增加而发生变化。
另一个重要的规律是元素的周期性表现出周期性的化学反应行为。
例如,主族元素倾向于失去或获得电子以达到稳定的电子排布,而过渡元素则更倾向于形成复杂的配合物和多种氧化态。
元素周期表的应用化学元素周期表在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
首先,它为科学家们提供了一个系统和有序的框架,帮助他们理解和预测元素的性质和行为。
元素周期表的发现与科学价值元素周期表是化学中的经典工具,它用一种精美的方式组织和解释元素的性质。
元素周期表将同一族元素放在一起,通过简单的形式展示了元素的周期性。
为了更好地理解元素周期表的发展历程和科学价值,我们先来了解一下元素周期表的背景。
一、元素周期表的背景化学元素在近代科学中的地位逐渐得到认可。
元素的发现和科学家对元素性质的研究成为化学领域的重要任务。
18世纪末19世纪初,化学元素的数量迅速增长,化学家们开始尝试对元素进行分类。
出现了多种分类系统,比如根据元素的金属性和非金属性、根据元素的比重大小等。
这些分类方法都各具特点,但并不是非常符合元素的本质。
化学家们逐渐认识到,元素的性质应该与元素原子的结构和电子配置有关。
在这样的背景下,元素周期表被提出来了。
二、元素周期表的发现首先,化学家们发现了元素周期性的现象。
比如,类似于钠的金属元素都有一些共同的化学性质,不同于镁等非金属元素。
同时,化学家们也在寻找合适的元素分类方案。
在这个过程中,化学家门德莫夫于1869年提出了第一个周期表。
门德莫夫的周期表包含了63个元素,按照原子质量的升序排列。
然而,这个表并没有获得其他化学家的成功认可。
在1887年,俄罗斯化学家门捷列夫发现了收支平衡的定理。
他将元素放在了一个周期表上,以便于展示周期性行为。
当时,门捷列夫的周期表包含了63个元素,按照原子质量排列。
在后来的年代,元素的发现和研究逐渐深入,元素周期表也不断得到更新和完善。
逐渐地形成了现代元素周期表。
三、元素周期表的科学价值1. 揭示元素性质的规律性元素周期表通过精妙的排列,将同一族元素放在了一起。
这种排列方式直接将元素的周期性和性质联系起来。
这种规律性的发现,极大地推动了元素性质的研究。
化学家们通过对周期表上元素特定位置的研究,发现了元素性质的规律。
比如,除惰性气体外的其他元素,在相邻元素间特殊的跨度中都存在特殊的物理和化学行为。
这样的规律发现,也为元素性质的预测和发展带来了巨大的帮助。
化学元素周期表的发现历程及意义化学元素周期表是化学领域中极为重要的一个理论工具,它是描述化学元素的基本性质和化学反应等的基础。
元素周期表的发现对于化学的发展起到了至关重要的作用。
下面,本文将从元素周期表的发现及其意义着手,探析它在化学领域中的重要性和应用价值。
一、元素周期表的发现及发展史元素周期表的历史可以追溯到17世纪。
当时的化学家们尝试将元素按照不同的性质进行分类。
到了19世纪,化学家们已经将90多个元素都发现了。
但是,这些元素之间的联系和规律,一直没有得到很好的解决。
直至1869年,俄国化学家门捷列夫根据元素的原子量和性质,提出了最初的元素周期表。
他把元素按照它们的原子量从小到大进行排列,并按照一定的规律划分为氢、氦、锂、铍等若干列。
这种排列方式虽然有一定的科学理论支撑,但是却不能够解释元素之间的相似性和规律性。
直至1871年,俄国化学家门德莱耶夫进一步推进了元素周期表的完善。
他按照元素的化学性质,将元素划分为8个周期组,并将它们按照原子量从小到大进行排列。
这个周期表大大提高了元素分类的准确性,并且预测了未来一些尚未发现的元素。
已经被发现的元素,也基本上都在这个周期表中得到了归类。
二、元素周期表的意义元素周期表在化学领域中具备着非常重要的地位。
它不仅是化学研究的基础工具,也是化学教育的重要内容。
以下,将从几个方面阐述元素周期表的重要意义。
1. 描述元素性质元素周期表将元素按照不同的性质进行分类。
它可以清晰地反映出元素性质之间的联系和规律,并且可以提供元素丰度、核素数据、物理和化学性质等等详细信息。
这些信息对于从事元素分析和元素制备的化学家来说非常重要。
2. 预测未知元素元素周期表能够根据元素周期律的规律,预测未知元素的性质和特点。
例如:1903年,化学家曼尼安发现了一种新元素,他根据元素周期表的规律,预测这个元素将会是氮的同族元素,这种预测成功了。
实际上,这个新元素就是目前已经熟知的锇。
3. 指导化学实验元素周期表的分类方式为化学实验提供了指导和依据。
从元素周期表的发展史体悟化学哲学摘要元素周期表的发现源于一个基本的哲学问题,在回答这个问题的过程中,有2大理论体系对人们影响最为深刻。
元素周期表在发展过程中实现了无机化学的3次演进和化学分析技术与认知手段的4次突破。
通过探究元素周期表的形成过程,得到5点化学哲学启示。
关键词元素周期表化学哲学原子论实验哲学化学是如何发展而来的?化学知识、研究方法又是怎样发展的?这是大多数化学学习者的疑问。
元素周期表是化学的精髓,研究元素周期表,可以把握一条主线,解答上述问题。
按照罗素的观点,在特定的领域内进行的探索属于科学的范畴,将科学发现纳入某种规律的框架则属于哲学的范畴。
因此,从探索元素周期表的发展史获得化学学科的发展规律,则属于化学哲学的范畴。
对于化学哲学的定义,不同的学者各说各话。
在综合哲学和化学定义的基础上,我们认为:化学哲学是从化学史中概括出来的、用以指导科学研究和实践的认识论和方法论,是观察、思考、处理问题的依据。
对于元素周期表的发展史已有很多学者进行过比较详尽的研究,我们尝试从古代的一个哲学基本问题出发,探索元素周期表是如何在元素定义的变迁和影响元素发现的关键技术取得突破后逐步发展得到的,又怎样从科学假说变成科学的理论,从中获得几点关于化学哲学的启示。
1.1个哲学基本问题我们知道,世界是由物质构成的,化学是研究物质从元素向生命进化过程中的各个物质层次的组成、结构和变化的学科。
但构成世界上纷繁复杂的事物的基本要素是什么?从远古时代起,人们就开始不懈地寻找这个哲学基本问题的答案。
迄今为止,有2大理论体系对人们的影响最为深刻。
2.2大理论体系2.1纯思辨哲学下的四原质和四原性说公元前5世纪,安培多克勒提出四原质说,认为世界皆由水、火、气、土4种原质构成的。
在公元前4世纪,四原质说为亚里士多德所发展,他在四原质的基础上提出了四原性:冷、热、干、湿。
冷与干则是土,冷与湿则是水,热与干则是火,热与湿则是气。
尽管现在看来,亚里士多德的四元论是错误的,然而矛盾是事物发展的动力,错误的理论若要发展,首先要能发现与原理论不相容的现象。
亚里士多德的四元论能为人们广泛接受,并统治了人们长达2000多年,究其原因,主要是:(1)亚里士多德的四元论具有感官表象的一致性。
任何理论体系,若要为人们所接受,首先要符合感官与表象相容。
亚里士多德的四元论一一哲学理论体系能够解释当时认知水平下的很多现象,因此人们接受了四原质和四原性说。
然而,感官往往具有欺骗性,看起来正确的理论未必经得起实验的检验。
(2)有利于检验理论正误的实验哲学尚未兴起。
自然界所引起的变化是偶然的,而变化本身又是错综复杂的,纯思辨哲学不利于检验理论和推论的正误,而有利于检验理论正误的实验哲学尚未兴起。
(3)宗教的盛行,质疑的习惯受到束缚。
当时人们都倾向对未知的事物心怀恐惧,对一些无法解释的现象,习惯把它归因为超自然的力量,这样,心中的很多疑问仿佛就有了答案,未知的不安才得以消除。
久而久之,人对超自然的主宰产生了畏惧,宗教一度盛行。
后来,人们将教条信奉为真理,不容任何与宗教相违背的理论和质疑,因此科学发展的步伐变得缓慢。
(4)迟迟没有一套适合用于计算的数字体系。
1202年,意大利数学家利昂纳多·斐波纳契撰著了《计算手册》一书,阿拉伯十进位数学系统才得以在欧洲普及。
化学的发展与天文学、物理学、数学有着必然的联系,没有一个适合用于计算的数字系统,数学的发展受到制约,从而使化学的发展也受到制约。
2.2实验哲学下门捷列夫的元素周期表化学史上,共有5个事件为元素周期表的发现奠定了物质基础:(1)实验哲学的兴起给人们提供了正确的、行之有效的认识化学的方法。
弗兰西斯·培根被马克思称为“英国唯物主义和整个近代实验科学的真正始祖”,他在《新工具》中阐述了感官的局限,指出“任何科学都是实验的科学,因为自然奥秘在实验过程中比在其自然活动时更加容易表露出来”。
1680年,荷兰的工匠制造出了第一批望远镜和光学显微镜,不仅促进了天文学、物理学和生物学的发展,更重要的是将皇家协会掀起的实验哲学推向高潮。
在这种实验哲学的思潮下,化学得到了迅速的发展。
人们开始用实验研究空气、水等的组成,并取得了突破性的进展:1784年左右,卡文迪许研究了空气的组成,发现空气中的氮气的体积占4/5,氧气占1/5。
此外,他还确定了水的成分,从而肯定了空气是混合物而不是元素,水是化合物而不是元素,因为它们均不满足元素的重要特征:不可分性。
至此,四原质说的权威受到了巨大的挑战,人们开始思考重新定义元素。
(2)元素“操作定义”的提出让人们认识到化学分析手段是限制认识和发现元素的最大障碍。
受狄德罗的经验论哲学元素观的影响,拉瓦锡在《化学概论》(1789)中明确提出了元素的操作定义:用现有的化学分析手段都无法分解的物质,可姑且称为“元素”。
按照这样的定义,化学家们渐渐意识到早在人们仅学会利用火进行化学分析的时候,就已经能分解出11种单质:铜、铁、金、锡、银、碳、硫、汞、铅、锌、铋。
紧接着,化学家们陆续从矿物中发现了钴、镍、锰、钡、钼、钨等金属元素。
(3)电和光谱的突破为化学提供了新的化学分析手段,使分解活泼的碱土金属和发现天然资源高度分散的金属成为可能。
1800年,戴维对伏打电堆做了改进,发现很多在火的作用下不分解的物质却经不起电的作用。
1807-1808年,戴维用电化学方法分解出钠、钾、钡、钙、镁、锶6种活泼金属,使分解某些活泼的金属化合物得以实现。
对于那些天然资源高度分散的金属来说,它们的发现则有待于一种更为准确的分析工具的出现,而这种分析工具的出现要归功于约瑟夫·冯·夫琅禾费。
在1814-1817年之间,巴伐利亚的一位技艺精湛的玻璃工匠约瑟夫·冯·夫琅禾费按照沃拉斯顿的方法,用他自己改进的透镜,制造了一个棱镜光谱仪。
这台光学仪器的精密度空前得高,可以观察到600多条暗线。
紧接着,本生灯的发明、基尔霍夫和本生的偶遇使得夫琅禾费的光谱得到了很好的解释。
本生和基尔霍夫证明,根据两谱线在光谱中的位置可以得知某种特定金属的存在,利用这种方法,极少量的金属都可以检测到。
1860年,基尔霍夫出版了《以光谱观察法进行化学分析》,化学的发展又进入了一个崭新的时期。
(4)化学符号和命名的统一使得化学元素和化合物的命名既易记忆,又易理解和交流。
“1750年时化学词汇因各地的语言而异,在不同的国家各不相同,但没有哪一种是通用的;1850年开始采用一种世界公认的抽象符号。
”直到贝采里乌斯为便于书写和表示出物质化学成分的比值而采用字母符号,化学才有了一套科学的、便于书写和记忆的化学符号系统。
(5)原子论的提出和原子量测定的积累让人们得以从原子量和元素性质间找到关联。
“1803年英国化学家道尔顿提出原子论后,受到科学界的普遍重视,原子论的核心是:每种元素以其原子的质量为其最基本的特征。
”因此,测定原子量的工作成了当时化学的重点任务。
由于氢气最轻,于是道尔顿选择了氢作为原子量的基准,确定氢的原子量为1。
但是道尔顿无法找到确定化合物的组成依据,从而导致了测定工作的一系列错误。
贝采里乌斯认为氢与许多元素无法直接化合,而氧却能与绝大多数元素直接化合,所以,他采用氧的原子量等于100作为原子量的基准,先后发表了包含41种、45种、50种元素的元素周期表。
最后一张表实际上同现在的数值一样(除了碱金属和银的数值是现代数值的2倍)。
1819年,杜隆、普蒂对贝采里乌斯测定的原子量进行了核实和修正。
同年,贝采里乌斯的学生米希尔希里发现了同晶定律并据此确定了原来确定的CrO3和FeO3有误,应为Cr2O3、Fe2O3,修正了铬、铁的原子量。
1827年杜马根据阿伏加德罗定律测出一些气体的原子量,但由于认为所有单质蒸气都是双原子分子,他测出的砷、汞、磷、硫的原子量都是错误的。
1860年,康尼查罗在蒸气密度法测定分子量的基础上,提出一个合理的测定原子量的方案。
但当时的原子量的基准比较混乱,并且测定结果不十分准确,在当时测定的元素原子量中,铍、钙、金、铂、锇、铱、钇、铟和铒9种元素的原子量数值是错误的,给后来元素周期律的发现制造了很大的困难。
“科学的精髓就在于要从表面的杂乱中理出秩序来,所以科学家们一直想从元素的特性当中找到某种规律”。
1829年,德贝莱纳对元素的原子量和化学性质之间的关系进行研究,发表了《三元素组》的学说;1862年,尚古多提出了元素的性质就是原子量的变化论点,创造了一个元素螺旋图,初步提出了元素的周期性;1864年,迈尔提出了六元素表,为元素周期表提供了雏形;1865年,纽兰兹将元素按原子量次序排列发现了八音律;1869年,人们已经发现了63种元素,门捷列夫按原子量的大小和元素的化学性质之间的关系列成一张表,这便是他的第一张元素周期表。
门捷列夫的假说跟以往的假说相比具有明显的优势:一是对当时测得不准确的9种元素的原子量做了必要的修正;二是根据原子量的增长是有规律的这一科学假设,给周期表预留了6个空档,其中3个空档分别是类硼(钪)、类铝(镓)、类硅(锗);三是从当时的原子量测定数据来看,碲比碘重,钴比镍重,门捷列夫根据这2对元素的性质,将它们的位置做了必要的调整。
门捷列夫所作出的科学假说的预见被证实,是元素周期律转化为理论的重要依据。
当门捷列夫所预言的类硼(钪)、类铝(镓)、类硅(锗)得到证实,元素周期表才从科学假说转化为科学理论,散发出它特有的魅力。
随着光谱分析和放射性研究的进展,化学完成了真正地将元素系统化、完善化、有序化的任务。
3.3次演进到了20世纪,人们认识到世界上的事物均由元素周期表上的100多种化学元素组成。
至此,在回答“构成世界上纷繁复杂的万事万物的基本要素是什么”这个哲学基本问题过程中,完成了从错误到正确的第一次演进。
在回答了“是什么”后,紧接着要回答的就是“为什么”的问题:元素的性质为什么会周期性递变?根据构建在量子力学基础上的现代原子结构理论,这一问题已经得到很好的解释,这就完成了从“是什么”到“为什么”的第二次演进。
第三次演进就是阐述“怎么样”的问题:电子与原子核之间是如何作用形成不同的元素?原子与原子之间又是如何作用形成不同的物质?尽管价键理论、分子轨道理论、金属能带理论在近几年已经得到了较好的发展,但是,人们仍需更深入地研究才能更好地回答这一问题。
4.4次突破化学学科的发展,有赖于实验哲学的兴起和其他学科特别是物理学科的发展,也有赖于化学分析手段和认知的发展。
化学分析手段和认知的突破,常常能促使化学发展进入崭新的阶段。
火、电、光谱运用于化学分析和量子化学的突破为化学的发展树立了4个里程碑。
5.5点启示纵观元素周期表形成的始末,可以得到以下5点启示:(1)从亚里士多德的四原质说到门捷列夫的元素周期表可以看到理论体系发展的一般过程:为了解释人们所观测的现象,找到纷繁复杂的表面背后的有序统一和内在规律,人们试图将科学发现纳入一个理论体系,这一理论体系与现有的认知水平是否一致决定着它能否被人们接受。