微聽讀 | 化學科學——元素概念的產生

2021-02-15 環翠教體

豐富多彩的物質世界,儘管外表形色色變化無窮,但內部是統一的:物質是由不同的元素組成的,原子和分子是構成物質的基本粒子。

元素、原子和分子是化學中最基本的概念。這些對於現在的我們來說非常熟悉,但是在很久很久以前,關於宇宙中的萬事萬物是由什麼組成、是什麼組成了這個世界、是什麼組成我們自身這些問題一直困擾著人類。

雖然對古人來說,這些問題可真是抓破頭也想不出答案來,但是,為了能夠認清自己,認清自己所處的世界,古人還是用他們自己的想像和僅有的知識,來揣摩世界究竟是由什麼組成的,「元素」概念就這樣順理成章地出現了。

令人驚訝的是,無論是東方還是西方,那些古代思想家們都天才地產生了同一個想法:自然界中的一切物質 都是由為數不多的基本單元組成的,這些基本單元稱為「元素」。

那麼,元素的數量到底是多少呢?最少的回答自然是一個。中國戰國時期,就有不少人持這種觀點,但對於這個「元素」究竟是什麼,人們卻眾說紛紜。

中國古代政治家管仲說:『水者,何也?萬物之本原也。」戰國時期的大哲學家莊子則說:「通天下一氣耳。」

無獨有偶,在西方自然哲學的發源地——希臘,哲學家們也有著類似的觀點。

被尊為「希臘七賢」之一的唯物主義哲學家泰勒斯認為,水是萬物之母,水生萬物,萬物最終又將化水而去。哲學家阿那克西米尼認為組成萬物的是氣,而被列寧稱為「辯證法莫基人之一」的赫拉克利特則認為萬物由火而生,宇宙生成的過程是火生氣,氣生水,水生土,而土又還原成火。顯然,這些觀點都是他們根據自己的生活經驗推斷出來的。

人們很快發現,「單元素說」根本不可能對物質世界的多樣性做出合理的解釋,於是,元素的數量就自然而然地增加了。下一個出現的是「三要素說」,如古巴比倫人和古埃及人都曾經把水、土和空氣看成是世界的主要組成元素。

「四元素說」的首倡者是哲學家阿那克西曼德。他在水、氣和土之外,又加上第四元素火,將四者共稱為「四元素」。 比「四元素說"還要多的,是中國古代的「五行說「:世間萬物都是由金、木、水、火、土這五種要素組合而成的,而五行則由陰陽兩氣相互作用而結合。它們之間相互搭配,世界就呈現出千差萬別。

無論是「三要素說"「四元素說」還是「五行說" .這些應該都是古代先哲對世界的思考,它們也在相當長的一段時間內影響著人類文明的發展。不過我們現在知道,這些說法都是不正確的。世界到底是由什麼組成的這個問題,只有隨著人類科學的發展,隨著人們對自然越來越多的了解,才能逐步得到解答。

古代哲學家們對元素的理解都是通過對客觀事物的觀察或者臆測的方式來解決的。到了17世紀中葉,由於科學實驗的興起,人們積累了些有關物質變化的實驗資料,才初步從化學分析的視角去解釋元素的概念。英國化學家玻意耳對此做出了極大的貢獻。

     

生於1627年1月25日,是一位英國貴族的後代,也是一位神童。1656~ 1668年,玻意耳寄居牛津大學,並在那裡做實驗。

1661年,玻意耳出版了《懷疑派化學家)一書,用大量的實驗事實,猛烈地抨擊了「三元素說"和「四元素說」,大膽地提出了自己對元素的定文。

他說:「元素是確定的、實在的、單一的純淨物質 。用一般的化學方法,是不能把元素分解成更簡單的物質的。假使某種物質能分解成更簡單的物質,或者能轉化為其他物質,那麼,這種物質就不是元素。」

玻意耳的這個元素定文雖然樸素.卻使化學的發展走上了正確的道路。但是,由於歷史的局限性,玻意耳沒有解決怎樣得到元素和元素有多少種類這兩個問題,不過,他從實驗中已經得出結論:元素肯定不止三四種.而是有許多種。

在玻意耳之後,對元素理論貢獻最大的是有著「近代化學之父"美名的法國科學家拉瓦錫。

1783年,拉瓦錫在水通電分解實驗的基礎上,證明了水是氫、氧兩種元素組成的化合物,而不是元素。至此,傳統的「三要素說"和「四元素說「徹底被瓦解,近代元素概念則應運而生。

1787 年,拉瓦錫在《論改革和完善化學革命的必要性》這篇論文中,給元素下了一個清晰明確的科學定義:「元素是任何方法都不能分解的物質。」這個定義,給整個化學研究帶來了空前的條理性。但是也把元素和單質兩個概念等同起來了,由於缺乏精確的實驗材料,這個問題也未能獲得解決。


1803年,道爾頓繼承了古代原子論的思想,創立了科學原子論,開闢了化學發展的新紀元,第一次揭示了元素和原子的內在聯繫,建立了近代科學元素學說,結束了自古以來關於元素概念的混亂狀態。

到現在,我們已經對元素有了一個非常系統的認識,元素是具有相同質子數的一類原子的總稱,豐富多彩的物質世界,儘管外部形形色色,但是都只是由一百多種元素組成的。至此,元素學說成為現代化學理論的起點,完成了人類認識史上一次質的飛躍。

供稿/編輯/朗讀 :威海市古寨中學 張穎慧

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