第10讲物质与原子

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1、第10讲物质与原子1.元素1.1四元素与三要素(1)古希腊早期的学说自人类出现后，就有很多人在探究自然的本源，自然地形成了多种对自然界的认识。西方哲学来自希腊。探讨一下希腊原子说的起源，是很有趣的。基本元素，泰勒斯以为是水，阿耶克西曼德以为是气，赫拉克利特以为是火。阿那克西曼德的元素——气——可以凝缩和稀薄起来，但其本质不变。赫拉克利特的无尽流动说说明他以为有一些看不见的粒子在运动，表现为水的蒸发和香气的弥散。(2)四元素说公元前4世纪的医生、哲学家恩培多克勒（Empedocles，495~435BC）综合了他以前哲学家们的见解，在他们所提出的水、

2、气和火之外，又加上土，成为组成一切物质的四元素：火、气、水、土。水：球体，彼此间容易滑过去；土：立方体，稳定；火：锯齿状、尖锐，灼人。亚里士多德（Aristotle,384~322BC）在《论生成与消灭》中认为天体和地球是由不同的材料所组成的。他提出了月层的概念，月层以下的一切物体都是由土、火、水、气四种元素组成（认为土和水具有引力，总要趋于宇宙中心；气和火具有轻的性质，总要上升到高空中的天然位置）；月层以上的天体则是由一种纯洁的第五元素“以太”组成。亚里士多德认为这四种元素还不是“最终基质”，更基本的是四种不同的性质——冷、热、干、湿，他们两两结

3、合而形成了这四种元素，如湿和冷结合形成了水，热和干结合形成了火。四大元素的不同组合就形成了世间的万物。古希腊的元素学说大多把某一些具体的感性事物看作构成万物本原的东西，在今天看来这种学说知识只是人类对物质构成的一种简单、幼稚的臆测。但是，它们是古人对自然科学知识的探索的开始，是人类幼年迈向真理道路的重要一步。(3)三元素说到了公元8世纪阿拉伯炼金术开始兴起。它主要继承了希腊炼金术，但他们不用希腊拉丁语源的化学（英文chemistry）一词，而用炼金术（英文为Alchemy）这一名称。阿拉伯炼金术早期著名人物一般都认为是贾比尔·伊本·海扬。他是一位学

4、识渊博的学者，拥有多种著述。他认为物质基本就是冷、热、干、湿四要素，四种要素中的两两相配合便形成了世界上各种金属。他又提出两个特殊的金属元素硫和汞，认为硫是可燃性元素，汞是金属（光泽）元素。硫和汞是构成各种金属的两大成分。如何从物质实体中分离四要素？贾比尔主张采用蒸馏手段。这是他在炼金术中所直接涉及到的化学操作。贾比尔对金属的性质和化学操作方法有清楚的叙述。但由于当时条件所限，大部分都充满神秘感。5513到14世纪，西方的炼金术士们对亚里斯多德的元素又做了补充，增加了三种元素：汞、硫和盐。这就是炼金术士们的所谓“三本原”。但是，他们所说的汞、硫和盐

5、并非具体的水银、硫黄和盐这些实物。它们只是表现着物质的性质：汞——金属性质的体现物，硫——可燃性和非金属性的体现物，盐——溶解性的体现物。还有一些炼金术士们补充了另外三种元素：醇、油、蒸馏残物。三元素是随着15-16世纪欧洲医药化学的兴起而降生的。首创三元素说的是瑞士人帕拉塞斯（PhilippusAureolusParaselsus1493~1541），他是一位职业医生。帕拉塞斯提出了他的物质本原的观点，即三元素说。所谓三元素，即为炼金士所用的硫、汞和帕拉塞斯加入的新要素盐。他认为，万物是由盐、硫、汞三种元素以不同的比例构成的。汞是挥发的液体元素；

6、盐是不挥发，不易燃的元素；硫是易燃的元素。物质中某一种元素成分的多寡，决定了该物质的性质。炼金术的目标是使贱金属变成贵金属，这用化学的方法是根本不可能实现的，但从历史的角度看它确实是一门“准科学”。炼金术有两个来源：第一是工匠来源，第二是哲学家来源。分别对其产生了不同的影响。炼金术的实用化导致了医药化学和矿物学的发展，而实用化学知识的增长最终促成了化学成为一门理论科学的诞生。帕拉塞尔苏斯、阿格里科拉、赫尔蒙特、波义耳是从炼金术向化学转化过程中的重要人物。1.2元素与化合波义耳（英国，RobertBoyle1627~1691）曾经说过：“不要把任何物

7、体看作是一种真正的要素或元素，而应看作是业已化合的。我现在说的元素是指某些原初的和单纯的、即丝毫没有混合过的物体，这些物体不是由任何其他物体组成，也不是相互组成，而是作为配料，一切所谓的完全混合物体都直接由它们化合而成，最终也分解成它们。”波义耳波义耳是杰出的化学家。他主张化学要建立在大量的实验观察基础上，对物质的化学变化要进行定量研究。他的著名著作是1661年发表的《怀疑派化学家》。他对“点金术”的唯心主义“元素”观进行了批判，首先提出了元素的定义，使化学研究开始走上了科学的道路。他最早引入了“分析化学”的名称，将当时习惯应用的定量试验归纳为一个

8、系统，开始了分析化学的研究。恩格斯曾指出：“波义耳把化学确立为科学。”他认为有必要重新来认识化学，首先要讨论的是什么是化学