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iChemical2021-01-10 16:05:48

当公众视线被某些新闻事件所影响,人们对于“化学”越来越敏感。面对公众疑惑,舆论争论,公众对于科学认知的缺失,《我们需要化学》系列科普片,汇聚多位化学权威,中科院院士,一同为科学正名,为科学发声!

《我们需要化学》共七集,7月2日起,每天10:50在上海教育电视台首播,此为第一集《化学慧光》全记录,更多精彩内容本公众号将每日同步更新,敬请关注!


这是人类冲出自然的一瞬。

获得文明以来,

对世界孜孜不倦的探索,

就成为了人类最强大的力量,

并且贯穿整个历史。


为火而着迷的人类,

如果不知道氧气使火点燃,

甚至不知道氧气的存在?


依海而生的人类,

如果不知道氢元素是海水的重要成分,

或者不知道氯和钠元素得到组合形成了食盐?


生存在这个世上的人类,

如果不知道世界的组成,

更不知道它包含着什么,

文明是否还可以发展?


第一集《化学慧光》


“我们平常吃的盐,

它的主要成分是氯化钠,

在我们地球上存在盐最多的地方在哪里?

就是在大海里”

上海上师初级中学七年级学生们,

正在开始人生中的第一堂化学课。


“这就是我们平常吃的糖的结构式,

它的结构也是非常复杂的。”

黑板上的这些化学式,

代表的是我们如今再熟悉不过的糖,

但其实,人类知道元素的概念,

也只有不过200多年。


皇宫,教堂,深山老林,

烟熏缭绕的炼丹炉和反应锅里,

飘渺而出的是一丝丝神秘却虚无的追求,

但这些术士与炼金术师,

却是实实在在地无意间成为了化学的先驱。


戴立信院士:“从中国的炼丹术或者所谓欧洲的炼金术,

实际上中国制造出来的铜锌合金,

那是非常早的,

我们说点石成金是很荒诞的,

那时候从矿石当中提炼出一个铜,

也确实是一个很奥妙的事情,

在人类认识的历史过程当中,

这应该说是一个很了不起的飞跃。”


中国,阿拉伯,埃及,希腊,

曾经的人们深信世界由土,气,火,水组成,

不论是西方的四根说还是东方的的五行论,

都在暂时没有找到破解自然自方法的岁月里,

支撑着人类的求知欲。


直到十六世纪,

一场科学的革命到来了。


磷,

曾经被称为最耀眼的神奇之火,

燃烧后闪耀且低温,

它的发现却来源于一个深深的执念,


戴立信院士:“磷,倒是很好玩,

是从人的尿当中,

偶然的一些机会得到了磷元素,

为什么要拿人的尿来弄呢?

因为大家那时候对黄金很推崇的,

一看人的尿也是黄颜色的,

这里面有没有可能有一些好东西在里头呢?

然后做了很多很多的试验,

一个偶然发现,

元素磷的同素异构体有好几个,

有一种磷是能够发磷光的,

所以在当时看来,

这是一个很奇怪的事情,

怎么一块东西能够发光,

而且这个发光又和烧木炭的发光不同,

它是冷的,发的是冷光,

这样就出来一个磷元素。”


这个名叫波兰特的炼金术师异想天开,

希望借此发财,

虽然结局是失败的,

但化学的历史却因为他发生了改变。


不久之后,天才波义耳利用磷,

给世人带来了火柴,

化学元素第一次正式公开地变成了工具。


假如没有磷,

世界会怎么样?


事实上,全球每年有上亿吨磷被生产,

不断地应用在化肥和食品工业中。


磷,伴随着文艺复兴,

借由天才波义耳发明的火柴,

让炼金术走向了化学,

化学开始成为了科学。


氧气,在宇宙中含量第三,

人体内的含氧量超过50%,

现代工业如炼钢无法离开氧气,

人类探索外太空一样需要氧气,

但在如今被人们熟悉的氧气制备操作,

却经历了漫长的认知过程。

氧气带来燃烧,

这样的常识,在长达几个世纪的化学发展却曾是未知的难题。


丁奎岭院士:“大家认为氧是一种火气,

它能够燃烧的物质里面的燃素结合起来,

这样才能产生热,才能燃烧,

这是一个非常朴素的科学观点。”


18世纪,

化学家普利斯特里完成了氧化汞实验,

却把分离出的氧气误认为是脱燃素空气,

从而与化学史上最重大的发现之一擦肩而过,

直到富有且聪明的化学家拉瓦锡横空出世,

人类才第一次知道了氧气的存在。


丁奎岭院士:“他是通过定量的实验,

让氧和金属放在一起来加热燃烧,

发现在这个过程中,尽管化学反应,

它也燃烧了也看到了,

把它密闭起来,它的质量没有发生变化,

所以这样子的话,

他就怀疑过去的燃素说,

过去燃素说意思是燃烧了之后,

燃素跑掉了,重量应该减少呀,

所以他把这种从原来的定性,

非常朴素的简单的试验到了一个定量的试验,

发现氧气它在这里面是存在的,

它不是一个简单的火气,

他由此提出了质量守恒定律。”


天才的拉瓦锡,

不但发现了氧气,

更第一次用“元素”定义了化学物质。


丁奎岭院士:“他还有一个很重要的贡献,

建立了科学的元素观,

尽管他在当时那时候提出来三十几种元素,

跟我们今天的元素周期表里的元素还是不太一样的,

但至少对人类的认知,

自然界的认知,

物质的认知,

是带到了一个新的高度,

包括氧气的发现。”


刚刚上路的“化学之父”踌躇满志,

却被卷入政治运动被处死。

后人评价,

砍下拉瓦锡的头颅只需要一瞬间,

但是产生一个这样聪慧的头颅却需要几百年,

远逝的拉瓦锡没能完成未尽的事业,

但他提出的定量试验方法开启了实验化学的大门。

越来越多的元素被人类知晓,

却也渐渐困扰着当世的化学家们。


人们发现元素是有重量有组合存在的,

那么这些组合究竟有没有规律呢?


戴立信院士:“有一个法国科学家,

他一看元素周期表,好像它还能循环,

就是1234567,然后又是1234567,

他就说可能不可能跟我们唱歌1234567(音符),

然后又是1(音符),和这个是有关系的。”


八音循环的声音,

不但奏鸣着岁月变迁,

也让科学家获得灵感。


19世纪中叶,

英国化学家纽兰兹按照称重后的原子量大小发现了元素排列的规律,

此时他站在了化学宫殿之外,

却始终未能推开大门,

直到同时期的门捷列夫叩响了时代之音。


戴立信院士:“他考虑得更加周密,

他把每个元素都做成一个卡片在家里把它排来排去,

经过无数次的排列,

最后感觉这么一张表可能更加合适,

最初是按照原子量来排的,

到现在是用原子序数来排的,

但这个原子序数就是在弄清楚每个元素的原子构造以后,

然后才出来这么一个原子序数,

有了这么一个原子序数以后,

又推测出几个新元素,

然后到了最后期,铀后的一些元素,

又发现很多新的元素。

正像我们看天上的星星,

那时候有人推测根据不同的引力计算它的运动轨道应该怎么样的,

所以可能旁边还有一颗星星,

到以后这颗星星一发现,

然后这个预测就是不得了。

而在我们这里面,

把世界的万物都归结到一些元素的组成里面,

而这些元素的组成又是有规律的,

有周期性的。

这样一来元素周期表帮助我们认识客观世界,

就起了一个很大很大的作用。”


这个伟大的发现,

让门捷列夫真正的站在了巨人们的肩膀上。


后来的集大成者根据这些元素的化学性质进行排列,

甚至明白了元素的原子结构及核外电子的运动规律,

改变自然的力量终于被人类所真正掌握。


戴立信院士:“在科学上有很多事物出现了,

大家总要去找它的规律,

找到它的规律以后呢,

那么这个元素周期表是元素和元素之间的一个规律,

找到规律以后呢,

你就从这个规律里头可以推测更多的事情,

促进科学更好的发展。”


“到目前为止呢,人类一共是发现了118种元素,

其中94种是地球上本身就存在的。”


炼金与长生终究是荒唐的,

然而支配自然的力量却因为试图了解世界的梦想,

跨越几千年的时间,

终于被后世所拥有。


从磷元素的发现到元素周期表的总结,

几个世纪的彷徨,

我们却终归来到了科学的殿堂,

因为人类从不退缩。


铁与碳、镍冶炼成为不锈钢,

硅和氧合成为玻璃,

相同的元素以不同方式组合产生不同的化合物,

人类终于推开了化学宫殿的大门

这才发现通过奇妙的化学合成,

我们将可以面对更加多彩斑斓的新世界。

于是,无数新的探索与试验,开始了!



戴立信 院士

1924年出生,北京人,中国科学院院士,有机化学家。

早期从事金霉素和有机硼化学研究;之后较长期从事科研管理工作;80年代以后的研究兴趣在有机合成、金属有机化学,特别是通过金属有机化学的不对称合成。最近的工作集中在立体选择性的合成官能团化的环氧化合物和氮杂环丙烷化合物方面。关注有机化学的研究热点和发展趋势,在科研选题上力求高起点和创新性。在金属有机化学促进的不对称合成方面做了许多很有意义的工作。


丁奎岭 院士

1966年出生,河南人,有机化学家,中国科学院院士

现任中国科学院上海有机化学研究所研究员,博士生导师,课题组长,金属有机化学国家重点实验室学术委员会副主任。1998年入选中科院“百人计划”, 2000年和2003年分别入选上海市“启明星”计划和“启明星跟踪”计划,获得2002年度国家杰出青年基金资助。2009年7月当选为中国科学院上海有机化学研究所所长,2013年12月增选为中国科学院院士 。




 

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