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作者:高考题库网
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1970-01-01 08:00
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2021年1月23日发(作者:美艳)
































1

化学的起源

化学可以被广泛的定义为分 子的科学和它们之间的转换。和数学不同,化学在人类之前。我们的星球
(地球)上的生命和人类的外观 很可能是化学进程的具体结果。化学过程从历史的开端一直到现在都出现
在人们的生活中。最初,这些过 程不在我们的掌控之中,例如,果汁的发酵,肉和鱼的腐烂,木头的燃烧。
后来我们学着去控制化学进程 使用它来生产不同的产品,比如食物,金属,陶瓷和皮革。在化学的发展上,
主要区分为四个阶段:史前 化学,希腊化学,炼金术,科学化学。

早期的化学很明显是被人们实际需要所激发的。火的发 现提供了史前人类开始控制化学反应的一次机
会。他们合成一些黄铜,青铜和其他易得材料的物品。因为 人类早期对化学过程的应用早于记载,所以没
有关于它们化学技能的记录。唯一可以判断它们化学能力的 是考古的发现和不同的人造品。正如早期数学
发展一样,实际需要影响着化学的发展。但是化学和数学在 这个阶段很可能没有关系。即使有,也没有记
录来确定这些。

希腊化学主要建立在推 测的基础上而不是在实验的基础上。这是古希腊所有科学的普遍特征。古希腊
科学家实际上是哲学家,所 以希腊对思考如此感兴趣盛于实验也就不足为奇了。事实上他们很少做思考之
外的实验。这对数学是一个 好的方法但是却不是对于物理,化学和生物科学。然而,希腊人思考了许多关
于自然和物质结构,
他们可以被看作早期化学理论的创造者。
希腊引进了元素的概念总共提出了四种元素。
Tha lesren
认为所有的东西来自一种基本的物质,
就是水。
Anaximenes,
接受了元素的概念,
但他认为来
单独的元素自于空气中的物质。
Heracl itus
,认为宇宙的基本的特点是不断变化的,把火作为永久变化的
元素。
Empe docles
摒弃了了单独元素的概念并引进了四种元素:水,空气,火和土,他也因为他的实验
证明了空气是一种物质结构而出名。

火这种元素最早被柏拉图引用他猜测每种元素的粒子有 特定的形体,
尽管这种粒子太小以至于看不见。
因此,
火的最小的粒子有规则的四面体 结构,
空气是八面体,
水是二十面体,
土是立方体
(主要是六面体)

规则的四面体,八面体,二十面体,立方体是多面体的例子,总共有五种。规则的的多面体表面是全等 的
规则体,点和点是全等的。

火是被认为最小,最尖锐和最轻的在所有的元素中,因 为它很容易伤人和熄灭。看似规则的四面体是
自然的选择被认为是火的形状,因为它是规则多面体中最小 和最尖锐的。水是最大,最滑和最重的,因为
它总是从地表光滑的流入峡谷。因此,
正二十面体 似乎是一种自然的选择,
其形状由二十个正三角形组成。
空气在火与水之间,于是出现了自然分 配规则的八面体(由八种正三角形组成)空气。那就是正八面体有
相同的面。正三角形,作为正四面体和 正八面体的面。它面得数量在那两个面数量之间。事实上,这些四
面体,八面体和二十面体可以被分解成 也可以相似的形成其他多面体的正三角形,柏拉图认为,火,空气
和水是可以相互转化的,也就是说,说 能够被火转化成空气,然而在高层大气中当空气中没有火时,它就
只能转化为水,形成雨或雪。最后一种 元素是重而稳定的土。它被假设成为立方体形,由六个正方形组成。
因为它不可能减少立方而转变为三角 形,也不可能转变为正方形,所以柏拉图认为土不能够转变成为火,
空气或者是水。这些都在柏拉图的《 蒂迈欧篇》的对话中被讨论过。在十二面体中,柏拉图看到了宇宙的
外部形状,因为在所有规则的正多面 体中,它的体积是最接近球体体积的。
《蒂迈欧篇》也包含了一些有关
于有机和无机体的组成的 讨论,可以被视为一个基本的有关化学的论文。在这一点上应该也许强调,柏拉
图教导,理念,形式,是 真正的基本模式背后的现象,这是说,思想是最根本的对象。

柏拉图的这种四种元素的形状规 则很有可能第一次用数学的模型应用在化学上。因为规则的多面体是
数学结构物体。这种规则存在着点, 面,楞的数量关系,第一次被欧拉发现,所以称为欧拉定理。

描述为:
V+F-E=2
这是被认为第二完美的数学公式。有趣的是,为什么希腊人 没有发现欧拉公式呢?可能最简单的解释
就是希腊数学比拓扑学要早两千年。作为数学的一部分,拓扑学 只注重于处理事物之间的联系,而不关心
事物的本质和度量。

关于上述元素的一般化 论述是被
Aristotle
提出的。他接受了四种元素的理念,同时引进了元素变化的
概念。
Aristotle
认为通过结合事物相反的基本属性就能获得这些元素。这些属性包 括冷、热和冷、湿和干。
湿和热的结合产生了空气,湿和冷的结合形成了水。类似的,冷和干形成土。< br>Aristotle
还提出了第五种元
素,被称为典范的醚。他认为天空和宇宙就是有着 第五种元素构成。它定义了一种简单体,其他的物质都
能分解为这种简单体但它本身却不可再分。
他对一些化学反应进行了分类,
首先提到的就是汞和蒸馏技术。
Aristotle
的思想主导了科学界近两千年。

希腊学者还提出了关于物质结构的另一种理论,
这关 系到物质的可分割性。
Leucippus
是思考这个问题
的打一个希腊哲学家。他认 为物质是不能被无穷分解的,应为在物质分解的过程中,物质迟早会被分解的
小到无法再被分解。他的学 生
Democritus
,来自于
Abdera
,继续发展了他的理论。Democritus
将这种最终
的物质命名为原子,以为不可再分割的。我们常说的术语 原子被来源于此。原子的概念是物质结构的原子
理论和唯物主义哲学的基础。希腊哲学家们,特别是Aristotle
不接受
Leucippus

Democritus
的原子理论。
然而,原子理论并没有就此完结,因为
Epicurus
将原子 理论作为他哲学思想的一部分,
Epicurus
的哲学思
想在接下来的几个世纪都为 人追捧。
其中之一就是罗马诗人和哲学家
Lucretius

他写的一本名 曰
De

Rerum
Nature
的精彩教学性诗集。
在 这本书中他大力颂扬原子理论的
Democritus

Epicurus

Democritus

Epicurus
的大部分工作记录都遗失了,但< br>Lucretius
的诗集完整无缺的保留了下来,并担任起向现代希腊人传达原子
理论 的中人。院子的分离和原子弹的出现就证实了原子理论是一个多完美的理论模型。

在整个历史 过程中,唯心主义哲学和唯物主义哲学一直的相反的,从化学的角度来看哲学,唯物主义
为理解化合物的 结构提供了一个基础。然而,物质的宏观性质,例如气味、颜色和味道也能被
Plato
的思想
解释,同时他的理论也特别适合学习化合物结构的数学性质。如果我们结合唯物主义哲学在化学方面的实
验性成果和唯心主义哲学的理论性成果,很明显,它们都是为化学发展所需的。当然,对于其他学科也是
如此。

炼金术作为一种化学形式,存在于公元前
300
年一直到十 七世纪的后半叶。这是一个对于化学发展少
有帮助的时期。因为炼金术士是一群对于理论和数学都不怎么 关心的实验性人员。他们有两个主要目的:

1
)点石成金;

2< br>)长生不老。炼金术来源于古埃及。炼金术士的工作中有许多的魔法,并且他们的符号
也很难被破 译。然而,许多炼金术士所使用的译码系统都是真正的密码和一些基础数学。

必须强调的是, 化学作为一门科学真正始于时期实际的后半叶。随着
Boyle

The Sceptical Chymist
一书的出现,炼金术已逐渐转化为现在为人所知的科学化学。从炼 金术到科学化学的转化时期持续了一个
多世纪。它始于
Boyle
的书,终止于
Lavoisier

Ttaite Elementire de Chimie
。在这一时期出现了第一个统
一性化学理论,名曰燃素理论。燃素来源于希腊词汇
Φ
λ
ο
γ
σ
τ
ο
σ
,意思为易燃的。

如今,许多字典将化学定义为“研究物质组成、结构、性质和物质相互转化的反应的科学”
。然而,知 道了
化学的定义并不等同于理解了它的实质。事实上,化学是一门实验科学。实验充当了两个角色。它为 观察
提供了基础,通过观察我们可以定义一些能被理论所解释的问题。同时,它为验证新理论的正确性提 供了
了一种途径。我们强调实验对于化学的重要性。


















































































2

饮用水质量和健康

消除水体中感染的病源是确保公共供水系统安全的主要考虑的因素 。在上个世纪,当人们认识到细菌
的起因,消除了下水道水污染,应用了消毒处理后,英国和欧洲其他国 家的主要流行病:霍乱和伤寒基本
消灭了。
1937


在英国,由 于氯化处理所有的公共供水系统导致了伤寒流行病。从那时到
1986
年,在英
国的记 录中一共有
34
次水体疾病的爆发。在这些疾病中,
21
次是由于公共供水系 统的消毒失败和水处理
带来的污染所造成的。近来出现了一些影响水系统微生物安全性的新问题。但是在 保持有效监控策略的同
时,通过数种合适的消毒措施保持足够的安全性却使其达到记录史最高水平。
尽管早期饮用水标准中已经包含了铅及其他有毒元素的标准。

20
世 纪后半叶以来,
人们对健康因素
于饮用水中化学成分关系的关注却仍在不断增加。
在< br>20
世纪
70
年代和
80
年代,
最主要的水质化学处 理的
热点源于色谱以及后来的质谱的应用。起初源于杀虫剂,这些和随后分析科学的发展第一次揭示在痕 量中
水中的有机物含量有很大范围的变化。这些东西对健康的重要性仍然还不清楚,但毫无疑问,在如此 高的
浓度下,很多现象已经显现出来。很不幸,饮用水中化学物质的组成严重影响健康,尽管它含量很少 很难
测量,但在人一生中如此低的浓度的含量也很容易显现出来。

由于缺少影响人类 健康的鲜明证据,以毒理学估计为基础,许多国家,国际组织采取对饮用水化学成
分的预防限制。例如: 世界健康组织,美国环境保护署,加拿大健康及福利社,欧盟等。这些限制包含了
无机物和有机物的限制 。

1971
年,
世界健康组织一共提出了饮用水中九种化学物质的限制,八 种无机物
和一种有机物。到
1993
年,在
WHO
中饮用水指标中的 化学物质限制共增长到
94
项,
22
种无机物,
72
有机物。这一阶段因此很明显和饮用水标准中增加的复杂性有关。

除了考虑对健康的影响 外,
饮用水的化学成分在消费者的可接受性方面也是相当重要的。
它涉及外观,
气味,
味道,
硬度和腐蚀性等。
目前公共供水系统的质量要求的规定是在
1989< br>年的英国和威尔士的供水法
规上定义的。而相同的标准已经被苏格兰和北爱尔兰废除了。英国标准 必须符合欧盟指令,指令是水质必
须是以人们的消费为目的的。

这个法令限低了水中
44
种物质的含量,
很多地区被规范。
在欧盟中这些指令提供了国家关于饮用 水中
物质最低量的基础。对更大范围内的污染物进行更严格的限制,必须包含在自然法规中。例如,英国 饮用
水标准中增加了
11
项标准。


1984
年 和
1993
年,
WHO
提出了饮用水指标,
这是世界专家所做的最新 综述和建议。
并且,提出这
些是为了负责地给世界范围内的国家机构提供制定饮用水标准的指导 。
WHO
指标还没有立法效应,
但它广
泛的提供了在饮用水健康方面的有用信 息。

欧盟的饮用水质量标准的基础,在
1985
年推行,但貌似在某种程度 上
WHO
的饮用水标准自
1970

推出后从没实行过。这个标准已 经广泛的被科学界所批判,现在正在审查最近
WHO
提出的大多数指标。

未 处理的天然水通常铅的含量很低,饮用水中铅含量几乎完全由家庭中的铅管和服务设施所带来的,
它经常 但不总是于软水连接在一起,随着和铅管的接触,铅溶解的浓度增加,最大铅含量是在早上首次使
用时。 现代管道系统避免了铅的使用,但英国的许多旧设施仍然用铅管,甚至在软水地区。除了用铅管,
铅也可 能是某种焊接材料的成分,合金和聚氯乙烯管也会接触到饮用水。

铅通常是一种有毒物并在骨 骼内积累,血铅含量经常作为铅含量的指标,许多研究已经表明血铅含量
和水中铅含量有关。当今英国饮 用水血铅浓度限制是低于
50ug/L
。饮用水中如此低的铅含量可以导致检测
血铅总 量的增加,虽然它引起了对可能的结果的关注,但这一事实本事并非坏事。影响儿童学习能力,一
般行为 的神经生理学因素是最重要的,这些儿童以及孕妇,婴儿是人口中最易感人群。根据一些证据的审
核,< br>WHO

1993
年建立了一个健康标准,饮用水中铅含量要低于
10 ug/L
。水处理是铅溶解可能的补救措
施中最引人注目的。
小心的调节
PH
使其在
8

8.5
之间,
加入少量的正磷酸盐,
在 某种情况下可以有效的
将铅含量减少到
50ug/L

然而没有办法用水处理 方法来完成
10ug/L
的铅限量,
唯一的补救措施就是完全代
替铅而用一种 更可行的材料。
这是一种很昂贵的选择,
WHO
已经认识到需要时间来找到这种材料。
人们都
知道铅溶解难以解决,因而必须来减少消费者对水腐蚀的接触,并建议人们避免使用‘首 次’的水。





流经铅管多次的水的含铅浓度根据不 同因素决定如接触时间和流量,最主要的是在对比铅的标准进行
的水检测时确保样品的条件具有充分的代 表性。

自从
1960
年之后,
在大英联合王国有大量的证据表明水 中硝酸盐的含量有所增加,
虽然把这种现象的原因
归因于过多的氮肥使用,但是也有一些额外的 因素需要被考虑。这些因素包括改变土地的使用,特别是把
草原转变成耕地,以及不断增加的废水流入底 下水的循环。

硝酸盐在引用水中的限制基于它对血液疾病的影响,如正在哺育的婴儿所患有的 正铁血红蛋白症。
1970

世界健康组织欧洲饮用水标准合适的硝酸盐含量为
50mg/L

含量在
50~100mg/L
被认为是可以接受的供量,< br>医学权威警告说超过这个量就有患上婴儿正铁血红蛋白症的可能危险。欧盟饮用水指导允许的最大硝酸盐< br>含量
50mg/L

这也是世界健康组织在
1933
年设立的 指导值。
在英国硝酸盐的含量超过
50mg/L
就对邻近的
数百万人有潜在的 影响,但是并没有婴儿正铁血红蛋白症案例的证据。

人们大量的关注在成年人的胃里摄取的硝 酸盐被还原成亚硝酸盐的可能性,亚胺的存在导致了内部含氮亚
硝基化合物的合成。含氮亚硝基化合物的 重要性在于它们中的大多数对实验室的动物有高致癌性,同样也
关注到水中高的硝酸盐含量与肠胃和泌尿 系统癌症不断增加的发生率有关。在英国整个情况并不是如此,
然而还是能支持这个观点。不仅当硝酸盐 含量增加是肠胃癌发生率增加,而且在许多地区发现当饮用水中
硝酸盐含量很低时仍有很高的肠胃癌发生 率。

世界健康组织审查了有关水中硝酸盐和胃癌关系的有利证据,得出:胃癌和水中硝酸盐含 量的关系没
有可信的证据,但在当前指标中,高于这个浓度时,证据是不确定的。



























































3
元素周期表

随着对原子的描述越来越详尽,我们发现自己处于进退两难之地。涉及着
100
种元素,我们怎样使这
些元素保持连续性。一种方法是用元素周期表,周期表把 原子信息列成表。它记录着一种元素含有多少质
子和电子,它使我们可以计算出大多数元素同位素的中子 数。周期表也存有每种元素的电子排列情况。周
期表最不寻常的是它的发展是在人们还不知道原子中含有 质子和中子之前。

道尔顿提出了他的原子模型后不久
(一种不可再分的粒子,它的质 量取决于它的性质)

化学家开始根
据原子质量来排列元素。当得出这种元素表,科学 家们观测到元素的规律。例如,那些出现在特定的位置
重的元素有某些相似性,
这一观点已经越 来越明显。
当时已知的约
60
种元素中,
第二种和第九种元素表现
出 相似性,第三种与第十种元素,第四种与第十一种元素也都具有相似的性质。

1869
年,门捷列夫,一个俄国化学家,提出了他们的元素周期表。他列表时考虑到原子质量和元素某
种特性 的周期性。这些元素主要是按原子质量递增的顺序排列的。在特别情况下,门捷列夫把较重的元素
放在较 轻元素之前。他这样做是为了在相同列上的元素有相似的化学性质。比如,他把蹄(原子质量
=128< br>)
放在碘(原子质量
=127
)之前,因为蹄的性质和硫及硒相似,而碘的性质 和氯及溴相似。门捷列夫
i
在他
的周期表中列了许多气体,在他的周期表中留下了一些 空格,他非但没有将那些空格看成缺憾,反而大胆
地预测还存在着未被发现的元素。而且,他还预测了许 多未知元素的性质。在接下来的几年里,许多气体
被填充在新发现的元素中。这些元素的性质通常和门捷 列夫预测的非常接近。这些伟大创新的预测使门捷
列夫的元素周期表被广泛接受。

我 们都知道,
一种元素的性质主要取决于原子最外层能级上的电子数。
Na
在它的最外层 能级
(第三层)
有一个电子,
Li
原子在它的最外层(第二层)有一个单独的 电子。
Na

Li
的化学性质相似。
He

Ne< br>原
子已将所有能级排满,
它们性质也相似,
就是不容易发生化学反应。
很明显,
不仅具有相似性电子构型
(排
列)的原子有相似的化学性质,而且,某种电子 排列会比其他的排列更稳定。





在门捷列夫的元素 周期表中,
大多数情况下元素是按照原子质量排列的。
这种排列也揭示了元素化学的
周 期性。因为电子数决定了元素的化学性质,所以电子数也应该决定元素在周期表中的位置。在现代元素
周 期表中,
元素是按照原子序数来排列的。
注意,这个数表明在一种元素的中性原子中有多少质子 和中子。
现代元素周期表,根据原子序数的递增而排列的,而门捷列夫周期表是以原子质量的递增来排列 的,通常
原子序数的增加是与原子质量的增加同步的。在特殊情况下,原子质量落后于原子序数,因为原 子质量是
质子和中子质量的而加和,故原子质量并不完全随原子序数增加而增加。有可能一种较低原子序 数的原子
有更大的原子质量。因此可以在元素周期表上看出来。
Ar
原子的质量比k
原子的质量重。
Te
原子比
I
原子
质量重。

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