高中化学/化学史
在中世纪时期，一群被称为炼金术士的人开始寻找将普通金属（如铅、铜和铁）转化为黄金的方法（图1.14）。你能想象如果你可以去商店买一些铁钉，然后把它们变成黄金，你会赚多少钱吗？你很快就会变得富有！
炼金术士尝试了许多不同种类的化学物质，寻找他们称之为“贤者之石”的东西——一种传说中的物质，对于将普通金属转化为黄金是必要的。我们现在知道，不存在“贤者之石”，也没有任何化学反应可以从另一种金属中产生黄金。我们知道这一点，因为我们现在对宇宙中的物质有了更好的理解。然而，正是由于这些早期的炼金术士，人们才开始对化学感兴趣。
- 简述化学是如何开始的。
- 说明质量守恒定律。
- 解释模型的概念，并根据观察结果创建简单的模型。
当我们谈论“化学”时，我们指的是对物质及其变化进行的现代科学研究。然而，“化学”这个词与“炼金术”非常相似，这并非巧合。早期的炼金术士通常被称为“化学家”，随着时间的推移，人们开始将其工作，特别是其中比较正规的形式，称为化学。在许多方面，我们今天对物质研究的名称源于早期的炼金术实践是恰当的，因为现代化学中许多基本的技巧和设备实际上是由早期的炼金术士开发的。
“炼金术”一词的起源是一个谜。当然，早期的欧洲人从阿拉伯语“al-kimia”中借用了“炼金术”，意思是“转化的艺术”（当然，炼金术士主要关注的转化涉及黄金的创造）。我们今天关于早期炼金术的大部分知识都基于阿拉伯文献的翻译。这是因为穆斯林炼金术士是最早仔细记录其实验的人之一。
尽管我们关于炼金术的最早记录来自阿拉伯帝国，但一些学者认为阿拉伯人在公元650年左右从希腊人那里采纳了炼金术和“al-kimia”一词。而希腊人又可能从埃及人那里了解到炼金术。Khem是埃及的古称，在早期历史上，埃及人以精通黄金加工艺术而闻名。“al-kimia”很可能实际上是“al-kimiya”一词的扭曲版本，意思是“Khem之地的艺术”，或埃及的艺术。
虽然“化学”一词可能起源于埃及，但化学实验似乎在世界各地都很普遍，甚至早在公元前5世纪就已经存在。在中国，早期炼金术士的目标主要是寻找“长生不老药”——一种可以治愈所有疾病并防止死亡的药剂。具有讽刺意味的是，许多这些早期的灵丹妙药都含有汞和砷盐的混合物，这两种物质都剧毒。事实上，据说有几位中国皇帝在饮用“长生不老药”后去世（图1.15）。尽管从未找到可以治愈所有疾病的神奇药剂，但早期的中国化学家确实发现了许多新的化学物质和化学反应，包括用于烟花和火药的反应。
与中国人一样，印度的炼金术士也对不同化学物质的一些医疗益处感兴趣。除了医学之外，印度炼金术士还对金属和冶金学着迷。早期的印度文献包含从地下开采的矿石中提取和提纯银、金和锡等金属的方法。此外，印度次大陆的炼金术士首先意识到，通过将熔融金属与其他化学物质混合，他们可以生产出具有新的和有益特性的材料。例如，乌兹钢（也称为大马士革钢）是大约公元300年在斯里兰卡发现的一种物质。它是通过将适量的熔融铁、玻璃和木炭混合制成的，但它之所以出名，是因为它可以用来制造宝剑，这些宝剑因其锋利和强大的战斗能力而闻名。
大约在斯里兰卡开发乌兹钢的同时，埃及和希腊的炼金术士也开始进行实验。在这个世界这一地区，炼金术的大部分工作都涉及颜色和染料，当然还有将普通金属转化为金和银。然而，柏拉图和亚里士多德等希腊哲学家也提出了一个重要的观点，即宇宙可以通过统一的自然规律来解释。正如您将在下一节中发现的那样，现代化学依赖于对这些普遍规律的研究。当然，现代科学定律与柏拉图或亚里士多德所设想的定律略有不同。一般来说，科学定律是通过仔细的实验和观察确定的，而早期的希腊人则认为他们的“自然规律”可以通过哲学推导出来。
中世纪的欧洲人同样对炼金术着迷。不幸的是，欧洲许多炼金术士借鉴了阿拉伯炼金术士中更神秘的一些思想，因此，欧洲炼金术很快与巫术、魔法和寻找“贤者之石”联系在一起。直到17世纪后期，欧洲化学家才开始应用科学方法。罗伯特·波义耳（1627-1691）是第一个这样做的欧洲人，他使用定量实验来测量气体压力和体积之间的关系。他使用科学方法为其他欧洲科学家铺平了道路，并帮助建立了现代化学科学。
在罗伯特·波义耳首次进行实验大约100年后，一位名叫安托万·拉瓦锡（1743-1794）的法国科学家在化学反应前后仔细测量反应物和产物的质量时使用了科学方法（图1.16）。由于总质量（或物质数量）从未改变，拉瓦锡的实验使他得出结论：质量既不会被创造也不会被破坏。这被称为质量守恒定律。拉瓦锡因其对物质研究的重要贡献而常常被称为“现代化学之父”。
在拉瓦锡的工作取得成功之后，涉及仔细测量和观察的实验变得越来越流行，这导致我们对化学物质和化学变化的理解迅速提高。事实上，到19世纪末，化学知识已经增加了这么多，以至于实际上每个人都停止了寻找“贤者之石”。
如果你不能用它把铁变成金或开发一种能让你永生的药剂，你可能会想知道为什么化学的研究如此重要。当像波义耳和拉瓦锡这样的科学家证明炼金术只不过是一个骗局时，为什么化学没有消亡？好吧，即使我们不能用化学制造黄金或永生，现代化学仍然非常强大！可能不存在可以治愈所有疾病的药剂，但如今许多化学家正在开发针对特定疾病的治疗方法。事实上，化学家们正在研究从艾滋病/艾滋病毒的治疗方法到抗癌药物的一切。
现代化学家不仅研究对我们有益的化学物质，还研究可能对我们有害的化学物质。例如，环境化学家会检测我们周围环境的空气、土壤和水，以确保我们不会接触到重金属（如汞或铅）或化学农药。此外，当环境化学家发现危险物质时，他们会利用其化学知识来清理污染。同样，每次你在杂货店购买包装食品时，都可以确信化学家已经进行了许多测试，以确保这些食品不含任何毒素或致癌物（致癌化学物质）。
化学家还负责创造我们今天使用的许多重要材料。其他技术也依赖于化学。事实上，你的平板液晶电视、手指上的立方氧化锆戒指以及你家中的节能 LED 灯，都得益于我们对化学的改进理解（图 1.17）。
那么，化学家是如何取得所有这些非凡成就的呢？与许多随意混合任何可以找到的东西进行实验的早期炼金术士不同，今天的化学家使用科学方法。这意味着化学家依赖于仔细的观察和众所周知的物理定律。通过将观察结果和定律结合起来，化学家发展出他们称之为模型的东西。模型实际上只是在特定情况下预测将会发生什么的途径。有时这些模型是数学模型，但其他时候，它们纯粹是描述性的。
模型是对你实际研究对象的任何模拟、替代或替身。一个好的模型包含你所关注的真实系统中的基本变量，解释真实系统上的所有观察结果，并且尽可能简单。模型可以像代表地球的球体或代表气体分子的台球一样简单，也可以像代表光的数学方程一样复杂。
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随着时间的推移，科学家们使用了许多不同的模型来表示原子。随着我们对原子的认识发生变化，我们用来表示它们的模型也随之改变。我们的原子模型已经从“不可破坏的球体”发展到“李子布丁”模型，再到“核模型”。
假设和理论包含了一些科学家对自然界如何运作的想法，但他们并不完全确定。这些假设和理论是用来解释和检验科学思想的自然模型。
化学家会构建关于不同化学物质混合在一起、加热、冷却或压缩时会发生什么的模型。化学家利用过去实验中的许多观察结果来发明这些模型，并利用这些模型来预测未来实验中可能发生的事情。一旦化学家拥有能够相当好地预测实验结果的模型，这些工作模型就可以帮助他们了解需要采取哪些措施才能达到某个期望的结果。这个结果可能是生产一种特别坚固的塑料，也可能是检测食品中的毒素。
科学不是唯一一个成员使用科学方法的职业。进行观察、提出假设并通过实验检验假设的过程也是侦探和医生的常用程序。
- “化学”一词来源于阿拉伯语“al-kimia”，意思是“转化的艺术”。
- 化学起源于炼金术的研究。大多数炼金术士都在寻找“点金石”，这是一种传说中的物质，可以将普通金属变成黄金。
- 中国炼金术士尤其对寻找“长生不老药”感兴趣。
- 在印度，早期化学主要集中在金属方面。
- 科学方法包括进行仔细的观察和测量，然后利用这些测量结果提出假设（想法），这些假设可以依次通过更多实验进行检验。
- 罗伯特·波义耳和安托万·拉瓦锡采用了“科学方法”，从而促成了现代化学的兴起。
- 质量守恒定律指出质量既不会被创造也不会被破坏。
- 现代化学家进行实验并利用他们的观察结果来发展模型。模型然后帮助化学家理解和预测未来实验的结果。模型还有助于化学家设计新材料和治疗疾病的方法。
- “化学”一词源于哪里？
- 考虑以下关于约翰的学习习惯和成绩的数据
表 1.4 学习时间（小时） 考试成绩 0 20% 5 40% 10 60% 15 80% - (a) 提出一 个定性（文字，但没有数学）模型，该模型可能描述约翰学习时间长短与他在考试中表现如何之间的关系？
- (b) 如果约翰希望在下一次考试中获得 92% 的成绩，他应该学习大约 6 小时、9 小时、12 小时还是 18 小时？请说明你的理由。
- (c) 如果约翰学习 7 小时，你认为他会得 15%、97%、68% 还是 48%？请说明你的理由。
- 海伦想知道柠檬汁是否会与茶发生化学反应使其颜色变浅。因此，海伦向 250 毫升的茶中加入了 25 滴柠檬汁，并观察到茶的颜色明显变浅。海伦想确保颜色变浅是化学反应的结果，而不是稀释的结果。为了作为这个实验的对照，海伦应该进行以下哪一项活动？
- (a) 海伦应该向另一份 250 毫升的茶中加入 25 滴橙汁。
- (b) 海伦应该向另一份 250 毫升的茶中加入 25 滴蒸馏水。
- (c) 海伦应该向 250 毫升的蒸馏水中加入 25 滴柠檬汁。
- (d) 海伦应该向 250 毫升的柠檬汁中加入 25 滴茶。
- (e) 海伦应该向 250 毫升的茶中加入 25 滴茶。
- 化学
- 物质的组成、结构、性质和反应的科学
- 假设
- 旨在解释一组观察结果的提议。
- 定律
- 特定观察结果之间存在的关系。
- 科学方法
- 一种研究方法，包括观察以产生和检验假设和理论。
- 理论
- 经过反复检验而得到支持的假设。
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