1.2　化學(xué)化學(xué)幫幫忙

從古以來，人類生活的每一天，都要與物質(zhì)打交道：樹木、雜草、食物、水……不相識的、奇怪的、難以理解的物體，無時無刻不在吸引著人們的注意和思索。人們在總結(jié)認(rèn)識的基礎(chǔ)上，逐漸認(rèn)識了物體的性質(zhì)：質(zhì)量、硬度、對水的反應(yīng)、對冷熱的作用等。有的硬得難以破碎，有的則軟得可用小刀切割；有的對火無動于衷，有的則見火就燃；有的在水里只是漂浮、浸潤，有的則遇水就化為烏有；有的五光十色，有的則暗淡無光；有的甜、有的咸、有的酸、有的苦；有的香氣撲鼻，有的則臭不可當(dāng)；有的是那樣重，有的則如此輕，以至可以乘坐著它們漂浮在水面上。對于這些物體性質(zhì)的認(rèn)識，是物理學(xué)的一大功勞。

但是， 物體的這些性質(zhì)是怎樣來的？ 物質(zhì)是由什么構(gòu)成的？古代的物理學(xué)卻不能做出客觀、正確的解釋，人們只好求助于化學(xué)。

我國很早就產(chǎn)生了“五行”學(xué)說。“五行”學(xué)說認(rèn)為世界是由金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)組成的，五行“相生”“相克”，構(gòu)成了萬物的變化。以亞里士多德為代表的古代希臘哲學(xué)家們卻認(rèn)為，世界萬物是由水、氣、火、土四種“要素”組成的。熱和干配合生成火，熱和濕配合則生成氣，冷和干配合生成土，冷和濕配合生成水。在錯誤的“五行”及“四要素”學(xué)說的指導(dǎo)下，煉丹家們千方百計(jì)地想從“相克”“相生”中找出使人長生不老的“仙丹”，以益壽延年；煉金家們卻想從物質(zhì)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化中獲得“點(diǎn)金石”，以發(fā)財致富。但是，他們的希望都成了泡影。吃了仙丹而長壽的一個沒有，中毒身亡的卻屢見不鮮。然而，從科學(xué)發(fā)展史的觀點(diǎn)來看，煉丹家和煉金家的工作沒有白費(fèi)，他們在長期的煉丹、煉金過程中，積累了不少化學(xué)知識，掌握了一些物質(zhì)的特性，制造了各種化學(xué)儀器?；瘜W(xué)作為一門科學(xué)，正是從煉金術(shù)和煉丹術(shù)的工藝中脫胎而來的。

15世紀(jì)，人們已經(jīng)開始拋棄荒謬的煉丹術(shù)和煉金術(shù)。瑞典的醫(yī)藥化學(xué)家巴拉塞爾斯提出：化學(xué)的目的不是為了創(chuàng)造金銀，而是為了制造藥劑。不過，他仍未逾越出古代元素的圈子。他認(rèn)為萬物是由鹽、汞、硫三元素以不同的比例構(gòu)成的，鹽是不揮發(fā)性的不可燃的“元素”，汞是揮發(fā)的液體“元素”，硫是可燃的“元素”。某元素成分的多寡，決定了該物質(zhì)的性質(zhì)。他還把“三元素”分別比作人的身體、靈魂和精神，人生病就是因?yàn)槿鄙倭巳霸亍敝械哪骋环N“元素”。他大膽地把汞、銻、鐵、砷、硫等及其化合物作為藥物給病人服用或外用，雖獲得了一些成功，但也治死了不少病人。

科學(xué)元素概念的確立，應(yīng)歸功于英國著名的科學(xué)家波義耳。他為化學(xué)元素做了科學(xué)的定義，為化學(xué)發(fā)展成為真正的科學(xué)做出了重大的貢獻(xiàn)。

波義耳善于總結(jié)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，敢于拋棄傳統(tǒng)觀念，勇于提出新的見解。1661年，波義耳以大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)對亞里士多德的“四要素”及醫(yī)學(xué)家的“三元素”進(jìn)行了批駁。他提出：黃金是不怕火的，它既不能被分解，更不會在火的作用下產(chǎn)生鹽、硫或汞。但它可以和其他金屬一起生成合金，還可以溶解在“王水”里，而且這些產(chǎn)物經(jīng)過適當(dāng)處理，黃金又可恢復(fù)原性。這說明金的“顆?！苯?jīng)過各種結(jié)合之后，仍然不變。又如葡萄在榨取后得到的是果汁，發(fā)酵后得到的是酒精，這說明同一種物質(zhì)經(jīng)過不同的處理會轉(zhuǎn)變成千差萬別的東西，亦說明物質(zhì)的構(gòu)造和性質(zhì)是復(fù)雜的，不是“水、土、火、氣”或“汞、硫、鹽”所能組成的，更不是幾種“元素”所能概括的。波義耳還舉例說：金屬經(jīng)煅燒以后所得到的灰渣往往比金屬本身還要重，這又說明灰渣絕不是金屬分解以后留下的什么“土”元素，而是比金屬本身還要復(fù)雜的物質(zhì)。自然界里有些物質(zhì)是混合的，有些物質(zhì)是單純的。如黃金、汞、硫等，它們雖然能和其他物質(zhì)形成與本身不同的東西，但是它們的本性是不變的。波義耳認(rèn)為，這種原始的、簡單的、一點(diǎn)也沒有摻雜的物質(zhì)就是“元素”。他指出：“我指的元素應(yīng)當(dāng)是一些不由任何其他物質(zhì)構(gòu)成的原始和簡單的物質(zhì)或完全純凈的物質(zhì)”，“是具有確定的、實(shí)在的、可覺察到的實(shí)物，它們應(yīng)該是用一般化學(xué)方法不能再分解為更簡單的某些實(shí)物”。

這樣，波義耳糾正了錯誤的元素觀，揭示了“化學(xué)元素”這個概念的正確含義，即物質(zhì)并不是由“性質(zhì)”組成的，而是由化學(xué)元素組成的。一定的化學(xué)元素具有一定的性質(zhì)。

當(dāng)然，從現(xiàn)代化學(xué)觀點(diǎn)來看，波義耳提出的元素的概念是相當(dāng)不準(zhǔn)確的，限于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)條件，他本人也并沒有確定哪些物質(zhì)是真正的元素，也不能把單質(zhì)和元素這兩個概念區(qū)分開來。但是，波義耳為正確理解化學(xué)反應(yīng)和變化提供了科學(xué)的立足點(diǎn)，為化學(xué)真正發(fā)展成為一門科學(xué)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

19世紀(jì)60年代，原子、分子的概念得到進(jìn)一步明確，單質(zhì)和元素的概念也被科學(xué)家們區(qū)分開來。到了20世紀(jì)初期，在原子理論的基礎(chǔ)上，才給元素下了一個完整確切的定義，即“元素是具有相同的核電荷數(shù)（即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)）的同一類原子的總稱”。