【正文】 這些先進的實驗儀器和裝置把化學科學研究帶入了一個又一個嶄新的領(lǐng)域，為近代化學科學的發(fā)展奠定了先決的物質(zhì)基礎(chǔ)。1897年，(，1856—1940)對陰極射線作了定性和定量的研究，測定了陰極射線中粒子的荷質(zhì)比。居里(，1867—1934)又發(fā)現(xiàn)了釷也能產(chǎn)生射線，于是她把這種現(xiàn)象稱為“放射性”，把具有這種性質(zhì)的元素稱為放射性元素。據(jù)此，他們提出了著名的元素蛻變假說，認為放射性的產(chǎn)生是由于一種元素蛻變成另一種元素所引起的。本世紀20—30年代，人們運用X射線衍射法分析測定了數(shù)以百計的無機鹽、金屬配合物和一系列硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)。1912年，德國化學家斯托克(，1876—1946)對硼烷進行了開創(chuàng)性的工作，發(fā)明了一種專門的真空設(shè)備，采取低溫方法合成了一系列硼的氫化物(從B2H6到B10H14)，并研究了它們的分子量和化學性質(zhì)。 現(xiàn)代化學實驗除上述兩方面以外，還在溶液理論的發(fā)展和化學反應(yīng)動力學的建立等方面發(fā)揮了重要作用。這些天平具有靈敏、準確和操作方便(如應(yīng)用光學、電學原理制造的電光天平)等特點。 近30年來，計算機在化學實驗中得到了卓有成效的應(yīng)用，正逐步成為重要的化學實驗手段。運用這種方法，人們對近50種元素進行了直接滴定(包括返滴法)，對16種元素進行了間接滴定。為此，在19世紀末，人們將光電測量器利用到比色計上，設(shè)計和發(fā)明了光電比色計。在此期間，人們又進行了利用ICP(電感耦合等離子距)作為光譜分析光源的嘗試，極大地提高了光譜分析的靈敏度、準確度和工作效率。 色譜法也叫色層法、層析法，其創(chuàng)始人是俄國化學家米哈依爾在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場，使其發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。到了17世紀至19世紀初期，當化學成為一門獨立的科學以后，化學實驗室才逐漸多了起來，出現(xiàn)了一大批從事化學科學實驗研究的化學家。這些實驗室的建立，不僅改變了化學教育的面貌，使實驗成為培養(yǎng)和提高學生素質(zhì)的重要內(nèi)容，而且使大學不再是單純傳授化學知識的場所，還是進行化學科學研究的重要基地。實驗用人廣、花費多、規(guī)模大、組織周密和協(xié)調(diào)，已成為現(xiàn)代化學實驗的又一重要特點。勞厄和Brag對X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的創(chuàng)造性研究，為經(jīng)典的晶體學向近代結(jié)晶化學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。Pauling等提出的軌道雜化法以及氫鍵和電負性等概念對結(jié)構(gòu)化學的發(fā)展也起了重要作用。 先進的儀器設(shè)備和檢測手段也大大縮短了測定結(jié)構(gòu)的時間，使結(jié)晶化學在測定復雜的生物大分子晶體結(jié)構(gòu)方面有了重大突破，青霉素、維生素B1蛋白質(zhì)、胰島索的結(jié)構(gòu)測定和脫氧核糖核酸的螺旋體構(gòu)型的測定都獲得成功。對于許多化學體系來說，薛定諤方程已不再是可望而不可解的了。屬于這方面的物理化學分支學科有化學熱力學、溶液、膠體和表面化學。 。 物理化學的研究內(nèi)容 一般公認的物理化學的研究內(nèi)容大致可以概括為三個方面： 化學體系的宏觀平衡性質(zhì) 以熱力學三個基本定律為理論基礎(chǔ)，研究宏觀化學體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡物理化學性質(zhì)及其規(guī)律性。在實驗中不但能控制化學反應(yīng)的溫度和壓力等條件，進而對反應(yīng)物分子的內(nèi)部量子態(tài)、能量和空間取向?qū)嵭锌刂啤＿@些快速靈敏的檢測手段能夠發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中出現(xiàn)的暫態(tài)中間產(chǎn)物，使反應(yīng)機理不再只是從反應(yīng)速率方程憑猜測而得出的結(jié)論。1932年，Muliken和Hond在處理氫分子的問題時根據(jù)不同的物理模型，采用不同的試探波函數(shù)，從而發(fā)展了分子軌道方法。t Hoff對化學平衡的研究，Arrehnius提出電離學說，Nernst發(fā)現(xiàn)熱定理都是對化學熱力學的重要貢獻。 從本世紀30年代起，出現(xiàn)了國家規(guī)模的大型化學科學研究機構(gòu)和龐大的實驗基地；到了70年代，實驗的規(guī)模則擴大到國際間相互合作的新階段。 (，1773—1852)在格拉斯哥大學建立的供教學用的實驗室。 四 化學實驗規(guī)模和研究方式的變化 現(xiàn)代化學實驗在實驗規(guī)模和研究方式上發(fā)生了很大變化。目前這種方法是應(yīng)用最廣泛、最具特色的分析方法之一，而且表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。極譜法在痕量分析中發(fā)揮了極為重要的作用，海洛夫斯基因此于1959年獲得了諾貝爾化學獎。利用光譜廣泛進行半定量、定量檢測則開始于本世紀20年代。 光度法 光度法的前身是比色法，這種方法在19世紀中期開始盛行，所采用的實驗手段主要是一些目視比色計，如“Nessler比色管”、“目視分光光度計”等。對這類化合物，瑞士化學家施瓦岑巴赫(，1904—)進行了廣泛的研究，并成功地以紫尿酸銨為指示劑，用EDTA滴定了水的硬度。在微量分析和痕量雜質(zhì)分析方面，出現(xiàn)了原子吸收光譜、極譜分析、庫侖分析以及萃取、離子交換分離、色譜、電泳層析等新的分析、分離技術(shù)和手段；在化學元素或組分的分析測定、微觀分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、表面化學結(jié)構(gòu)等的分析測定方面，出現(xiàn)了X射線、熒光光譜、光電子能譜、掃描電鏡、電子探針、拉曼激光光譜、分子束、四圓衍射儀、低能電子衍射、中子衍射、皮秒激光光譜等現(xiàn)代化的實驗技術(shù)和手段。為了滿足現(xiàn)代化學科學研究的需要，人們對天平進行了改進和完善，制造了一些靈敏度更高、操作更方便的天平。為表彰他的杰出貢獻，他獲得了1965年的諾貝爾化學獎，被譽為“當代的有機化學大師”。隨著現(xiàn)代化學實驗儀器、設(shè)備和方法的飛速發(fā)展，人們創(chuàng)造了很多過去根本無法創(chuàng)設(shè)的實驗條件，合成了大量結(jié)構(gòu)復雜的化學物質(zhì)。 無機物的結(jié)構(gòu)測定的真正開始是X射線衍射線發(fā)現(xiàn)以后。 1898年，(，1871—1937)發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物發(fā)出的射線有兩種不同的類型，一種是α射線，一種是β射線；2年后，法國化學家維拉爾(，1860—1934)又發(fā)現(xiàn)了第三種射線γ射線。1896年，法國物理學家貝克勒(，1852—1908)發(fā)現(xiàn)了“鈾射線”。1876年，戈爾茨坦(，1850—1930)將這種射線命名為“陰極射線”。正是這些先進的方法論思想，提供了近代化學科學發(fā)展的思想條件。為了使產(chǎn)生的光譜具有更好的觀察效果，他們兩人合作研制成了分光鏡，并用這種新的實驗儀器發(fā)現(xiàn)了銫、銣等元素。1729年，法國化學家日夫魯瓦(，1685—1752)第一次利用滴定分析的原則，以碳酸鉀為基準物，測定了醋酸的相對濃度；1750年，法國化學家文耐爾(，1723—1775)在滴定實驗中運用了指示劑，1767年，(，1708—1781)在滴定實驗中不僅采用了指示劑，而且還提供了分析的絕對結(jié)果，但他測量滴定溶液消耗量的方法采用的則是稱重法；法國化學家德克勞西(，1751—1825)較早地在酸堿滴定中采用體積量度，他發(fā)明了“堿量計”可以說是最原始的滴定管。 2．重量分析法重量分析法在19世紀得到了很大的完善和發(fā)展，主要表現(xiàn)在分離和測定方法以及操作技術(shù)方面。 四 近代化學實驗方法 近代化學實驗的蓬勃發(fā)展與近代化學實驗方法論的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系。 1800年，歷史上第一個電池——提供穩(wěn)定、持續(xù)電流的電源裝置，即伏打(，1745—1827)電堆誕生了。1828年，他發(fā)表了“論尿素的人工合成”的論文，以雄辯的實驗事實公布了這一重大成果。呂薩克(，1778—1850)在研究氫氣和氧氣的化合時發(fā)現(xiàn)，100個體積的氧氣總是和200個體積的氫氣相化合；在進一步研究氨與氯化氫、一氧化碳與氧氣、氮氣與氫氣的化合時，居然發(fā)現(xiàn)都具有簡單整數(shù)比的關(guān)系?！雹? 拉瓦錫的化學實驗方法論思想，對化學實驗從定性向定量的發(fā)展，產(chǎn)生了積極和深遠的影響，成為近代化學實驗發(fā)展史上的重要里程碑。 “火粒子”學說，是波義耳為解釋金屬煅燒后重量增加的原因而提出來的。他21歲時所做的第一個化學實驗，就是定量地測定石膏在加熱和冷卻過程中水分的變化。而必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辯方法”，只有這樣，化學才能象“已經(jīng)覺醒了的天文學和物理學那樣，立足于嚴密的實驗基礎(chǔ)之上”①；“不應(yīng)該把理性放在高于一切的位置，知識應(yīng)該從實驗中來，實驗是最好的老師”②，“沒有實驗，任何新的東西都不能深知”，“空談無濟于事，實驗決定一切”③，“人之所以能效力于世界者，莫過于勤在實驗上做功夫”①。后人正是從他們的經(jīng)驗教訓中，才找到了化學實驗的真歷史使命，建立了化學實驗科學。因此，他常被尊為從煉丹術(shù)到化學的過渡階段的代表。他編著的《工藝化學大全》(1611—1613年問世)，總結(jié)了他多年的實驗經(jīng)驗。 三 向化學科學實驗的過渡 到了十五六世紀，煉丹術(shù)由于缺乏科學基礎(chǔ)，屢遭失敗而變得聲名狼藉。例如，硫黃水(多硫化合物的溶液)能把金屬黃化成黃金；汞能在其他金屬表面留下銀色。這表明當時已初步懂得了焙燒氣氛的控制和利用。 早期化學實驗 從遠古時代開始到17世紀，化學實驗在向科學道路邁進的過程中，經(jīng)歷了一段漫長的發(fā)展時期。 167。1811年意大利科學家阿佛加德羅提出了分子的概念。 167。 定