2009年7月20日 星期一

早期化學發展史

 

化學原理啟迪1

1.       自古以來,化學就是一門非常重要的知識,人類用自然界的礦石提煉金屬來做裝飾品和武器,或是提煉防腐劑,這二個應用化學的例子,發生在西元前1000年。

2.       希臘人是第一個試圖去解釋,為什麼會發生化學反應的族群;在西元前400年以前,他們已提出所有的物質都是由四種基本元素組成:火、土、水和空氣。

3.       希臘人已經開始思考到許多物質的問題,像是:物質是不是恆定的?如果是,那就可以切割成更小塊;如果一直切割下去,是不是就會發現,物質是由不可分割的小粒子組成。

4.       其中一個支持「物質由不可分割的小粒子組成」的人,是德謨克利德Democritus,他用原子atomos來形容這些小質點,但是,因為希臘人無法做任何實驗證明他們的論點,因此沒有辦法做出任何有關物質的完整結論。

5.       接下來的2000年的化學史,都是由假科學所佔據,稱為煉金術alchemy;煉金士常常故弄玄虛,欺騙社會大眾,說他們知道怎麼點石成金。

6.       雖然如此,這段時期還是有重大發現:人類發現許多種元素,像是水銀、硫、銻,煉金士也知道怎麼製備金屬酸

7.       現代化學的基礎是在十六世紀打下的,德國煉金士 喬治‧鮑爾Georg Baur發展有系統的冶金(從礦石萃取金屬),瑞典煉金士Paracelsus將礦物質做為醫療用途

8.       第一個堪稱化學家的人是波以耳Robert Boyle(西元1627-1691),他是真的能夠做到把實驗有關的每一個環節都量化,他很小心地測量氣體壓力和體積的關係

9.       波以耳出版他的著作《懷疑的化學家 The Sceptical Chemist》的那一年1661,量化的物理與化學終於誕生。

10.   除了把氣體行為模式量化以外,波以耳對化學的主要貢獻還包括對化學元素提出看法。他並沒有預測這世界上到底有多少元素。在他的觀點,物質就是一種元素,如果有些物質不是元素,那麼它一定可以被分割2個或以上的簡單物質。

11.   波以耳根據實驗所提出元素定義被廣為接受之後,人類開始把已知的元素條列出來,而希臘的四元素說終於被放棄。

12.   雖然波以耳是一個優秀的科學家,但他並不總是對的。例如,他堅持煉金士的觀點,金屬並不是真正的元素,金屬最後都會被證明可以從一種金屬變成另一種金屬。

13.   氧化現象,在1718世紀引爆高度的興趣。德國化學家 史達爾Georg Stahl(西元1660-1734)提出,有一種他叫做「燃素」的物質,會在物質燃燒的時候跑出來。

14.   史達爾說,一個在密閉容器裡的物質,燒到最後會自動熄滅,是因為密閉容器裡的空氣,最後被燃素所充滿。(意思是物質的燃素都跑掉了,所以沒辦法燒下去)

15.   推翻然然素說的關鍵氧氣,由普里斯特利Joseph Priestley發現(1733-1804),他是英國的牧師兼科學家。普里斯特利發現,氧氣才是造成活潑氧化現象的來源,也因此燃素說的可信度才降低。事實上,氧原本被稱為「去燃素的氣體」。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles)

徐弘毅:

1.       人類,先用好奇心,從自然尋找知識,動手嘗試;然後,開始用頭腦去思考,為什麼會發生這種現象;接著,要想辦法實驗證明,哪些看法是對的?哪些看法是錯的?整合所有可信的資訊,才能夠誕生完整的理論,帶領文明發展。

2.       每個人的經驗,如果不能承傳下去,文明的發展就會很緩慢;因為前人死後,新誕生的人又得重新開始探索,這就使得社會進步很慢,老是在原地打轉。

3.       為了讓經驗能夠承傳,每一個動作程序都要標準化、系統化;所以,有系統的冶金,到波以耳以精確測量,把氣體與體積之間的關係,用明確的數值說明,並且把自己的經驗,寫成一本科學教材,才奠定了科學開花結果的基礎。

4.       不論波以耳、史達爾的意見是否正確,他們提出清楚的看法激起學者積極、自由地討論對或錯,這就使得科學文化得以傳播開來。

5.       史達爾的意見,被普里斯特利推翻,因為普里斯特利發現,造成燃燒的主要原因,是物質與氧結合。

6.       但是,史達爾也未必全輸,如果以量子的角度來看,每一個分子、原子確實儲存了某些造成燃燒的能量,物質與氧結合,就是失去了電子這種「燃素」,才會產生激烈的燃燒。

7.       如果史達爾當時已經有量子的看法,那麼,他面臨的只是當時的實驗,不足以證明而已。

8.       有些理論被推翻,是因為它確實不完整、推論錯誤,所以不可信;有些理論被推翻,是因為它無法被證實,所以不被社會大眾接受。

9.       不論社會大眾是否接受,大師的人生目標在不斷自我挑戰、不斷學習新知識、不斷對舊觀念提出質疑不斷嘗試解釋一切現象,並發表自己的心得,讓社會大眾批判、質疑、討論,刺激文化蓬勃發展。

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