世界现代前期科技史-第13章
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比埃尔·居里（1859—1906）和法籍波兰人玛丽·斯可罗多夫斯卡·居里（1867
—1934）先后发现了放射性元素钍、钋和镭。1898年，法国的德比恩（1874
—1949）从沥青铀矿石中分离出第三个放射性元素，即89号元素“锕”。后
来德国的哈恩 （1879—1968）等又分离出了第91号元素“镤”。1900年，
德国的多恩发现当镭发生衰变时，周围的空气也有放射性，并证明是一种放
射性惰性气体，这种气体元素被命名为“氡”。这是最后一个被发现的隋性
气体。1907年，瑞典的莫桑特等发现了没有放射性的稀土元素十四种。它们
是：镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。1923年，
丹麦的科斯特等从锆英石中检测出第72号元素，并将其命名为铪。1925年，
德国的贝尔格 （1874—1839）等从铂矿中发现了第75号元素，并命名为铼。
到20世纪30年代，从第1号元素氢到第92号元素铀所组成的元素周期表中
有88个位置已填入被发现的元素。由于有四个元素尚未发现，故43、61、
85、87四个位置依然空缺。1937年，美国的劳伦斯（1901—1958）等用以高
速粒子轰击第42号元素钼的方法，在回旋加速器中产生了第43号元素，经
分离和测定，命名其为锝。1939年，德国的佩雷在铀的衰变产物中分离出第
87号元素，命名为钴。1940年，意大利的西格雷等在回旋加速器中，通过对
83号元素铋进行轰击，分离出第85号元素，命名为砹。1945年，美国的马
林斯基等在铀的裂变产物中，用中子轰击钕，分离出第61号元素，命名为钷。
至此元素周期表中的92个元素均已找到。科学家们在寻找未被发现的元素
时，都在思考：究竟在92号元素铀以后还会不会有新的元素？不断发展的科
学实验做出了肯定的回答。1940年，美国的麦克米伦在用慢中子轰击铀时，
发现第一个超铀元素，即第93号元素镎。同年，美国的西博格用回旋加速器
加速的氘原子轰击铀，得到不稳定的 93号元素镎，镎进行β衰变，得到和
93号元素混在一起的94号元素即钚。1944年，美国的西博格用亚原子粒子
轰击钚而得到第95号和96号超铀元素，并分别命名为镅和锔（为纪念居里
夫妇而命名为锔）。此后又有几种超铀元素被陆续发现。世界各国的科学家
们，在元素周期律和周期表的指导下，对未知元素的研究和探索始终没有停
止，并不断取得新的成果。
元素周期律的发现和元素周期表的问世具有重大的科学价值自不必说，
此外，它所具有的哲学意义也是伟大而深刻的：其一，它从本质上揭示了各
种化学元素之间的区别和联系，实现了对无机化学从感性认识到理性认识的
飞跃；其二，元素周期律把原来认为是彼此孤立、各不相关的各种元素看成
是有内在联系的统一体，表明元素性质发展变化的过程是一个由量变到质变
的过程。
周期律揭示了自然界各种元素间相互依赖的统一性及本质联系，又表明
了自然界的元素从简单到复杂，既有各自独立的基本性质，又有相互间的转
化趋势，不断地实现着从量变到质变的转化过程。周期律的建立不仅丰富了
化学理论的宝库，而且对科学研究和工业生产都有着重要意义和巨大的指导
作用。
2。同位素的发现和命名
在研究化学元素性质及其排列规律的过程中，化学家们发现了一种现
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象，就是有几种元素，它们的化学性质十分相似，在自然界中它们总是在一
起，在实验室中也极难使它们分离。于是在1910年英国的索第（1877—1956）
提出同位素假说。他认为：存在有不同原子量和放射性但其物理化学性质完
全一样的化学元素变种。这些变种应该处在周期表的同一位置上，因而命名
为“同位素”。索第还将37种放射性元素分成十类放入周期表中，并将那些
化学性质十分相似的元素放入周期表中的同一格子内。在索第提出同位素概
念之后，人们对“化学元素”这一概念产生了新的认识，即某种化学元素不
再是只代表一种元素，而是代表着一类元素。尽管这些元素的放射性和寿命
不同，但它们的化学性质是相同的。同位素概念的提出，进一步丰富了元素
周期律，也进一步完善了元素周期表。
1912年，英国的汤姆生（1856—1940）利用磁场的作用，测量极隧射线
（带正电的气体离子）的荷值比，发现质量为22的氖的稳定同位素。这是第
一次发现稳定的同位素。1931年，美国的尤里（1893—1981）成功地进行从
液体氢蒸发而提取浓缩重氢的实验，经对剩余物质进行光谱分析，首次发现
了原子量为2的氢的同位素即重氢（氘）。1934年，澳大利亚的奥利芬特和
奥地利的哈泰克用氘核轰击氘核本身，发现了氢的又一种同位素即原子量为
3的超重氢（氘）。对同位素的本质认识是在1932年中子发现之后。英国人
查德威克在人工核反应的研究试验过程中，发现了与质子质量相同的不带电
的中子，从而确认：原子核是由中子和质子组成的。从此，人们认识到，同
位素的原子核是由具有相同数目的质子和不同数目的中子组成的。质子和中
子的质量之和等于原子量。质子数目决定原子序数和核外电子数，它是决定
元素化学性质的主要因素。而原子核内中子数目的多少只影响原子量的大
小，并不影响元素的化学性质。1919年，英国的阿斯顿（1877—1945）用聚
焦性能较高的质谱仪，对多种元素的同位素进行测量，从而肯定同位素的普
遍存在，并第一次实现同位素的部分分离。同年，瑞典籍匈牙利化学家赫维
西 （1885—1966）利用放射性同位素作为示踪原子，这是同位素的第一种用
途，从而为化学反应机理和化工生产流程的研究开辟了新途径。后来，同位
素在生物化学、植物生理学、医学、农学和地质学等方面得到广泛应用。
3。化学理论的发展
我们说，元素周期律的发现和周期表的形成是无机化学发展过程中的理
论结晶。同位素的发现及其理论阐述，使人们对物质结构的认识进一步得到
深化。随着无机化学和有机合成化学的发展，理论研究也不断取得新成就，
并在实践中日益发挥着巨大的指导作用。
19世纪末，物理化学在原子—分子论、气体分子运动学说、元素周期律
和古典热力学的影响下诞生了。早在18世纪中叶，俄国科学家罗蒙诺索夫就
提出了“物理化学”的概念。德国的奥斯特瓦尔德和荷兰的范特霍夫在1887
年合作创办了德文版的《物理化学杂志》，发表了有关物理化学方面的文章，
从此使物理化学这门新学科发展起来。在物理化学中发展较早的一个分支是
热化学。它是研究化学变化中热效应的科学。热化学所提供的数据对工业生
产和科学研究都有重要意义。在热化学理论上取得突破并做出突出贡献的是
美国的吉布斯（1839—1903）。他发表了《热力学的研究》和《关于复相物
质的平衡》等重要文章，并在1876年把热力学单位的概念引进化学，从此使
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热力学广泛应用于化学，为判断化学反应的方向和化学平衡提供了根据。
1800年，自从意大利人伏打发明电池之后，应当说电化学便从此产生
了。当然，伏打电池是把化学能变成电能。那么，电解会不会反过来作用于
化学变化呢？同年，英国的尼科尔森（1753—1815）和卡里斯尔（1768—1840）
做了这样一个实验。他们把两根金属丝浸在水里通电，发现水很快分解为氢
和氧两种气体，从阴极上得到氢，从阳极上得到氧。这就是我们所知道的水
的电解。后来，英国的戴维在电解苛性碱时，分解出了两种从未见过的金属
——钾和钠，从此，作为研究电运动和化学运动相互转化的电化学，开始引
起了人们的重视。1832年，法拉第确定了电解定律。他在电解实验中发现，
电解产物数量与通过电量成正比；相同电量产生的不同电解产物有固定的“当
量”关系。至于电解原理，格罗杜斯以水的电解为例作出了正确的阐释。他
认为水在电解时，分子是交替地分解和再化合的。在分解、化合连续发生之
中，全部的水就逐渐被分解完毕。酸、碱、盐的电解亦同此理。1887年，瑞
典的阿累尼乌斯（1859—1927）发表了《关于溶质在水中的离解》的论文。
他认为电解质在水溶液中会部分离解成完全自由的离子，溶液愈稀，离解部
分 （离解度）就愈大。这一溶液理论的重大发展，当时却遭到了很多人的反
对，直到20世纪初，在大量实验结果的支持下，电离理论才普遍为人们所接
受。此后，电化学在实验中得到进一步发展，电解、电镀等在工业生产中得
到普遍的应用。
19世纪60年代，俄国的布特列罗夫（1828—1886）和德国的肖莱马（1834
—1892）为有机化学的结构理论作出了贡献。布特列罗夫，在1861年德国自
然科学家和医生代表大会上，作了题为《论物质的化学结构》的报告，创用
“化学结构”这一名词术语，并详细阐述了这一概念。他认为：有机化合物
的化学性质与其化学结构之间存在着一定的依赖关系。根据这个化学结构理
论，布特列罗夫合成了叔丁醇、异丁烯、乌洛托品和某些糖类化合物，并发
现了异丁烯的聚合反应。布特列罗夫虽然提出了结构理论，但对碳原子的四
个价是否相同的问题尚未解决。1864年，肖莱马发表了《论二甲基和氢化乙
基的同一性》的著名论文，指出所谓“二甲基”和“氢化乙基”实为同一物，
即乙烷CH，从而排除了一个假设的烷烃系列，并证实了碳原子的四个化合
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价是相同的，从而使布特列罗夫所遗留的问题得到较完满的解决。1865年，
布朗根据肖莱马的研究结论，列出了乙烷结构式。凯库勒也是在1865年提出
苯分子的环状结构学说，指导了煤焦油的进一步利用和染料、医药、香料、
炸药等有机产品的进一步合成。1874年，荷兰的范特霍夫在凯库勒苯分子环
状结构学说的基础上，进一步提出碳结合是碳原子向四方伸出四只手的立体
结构。可以看出，有机化学结构理论的提出有着极为重要的意义，它对深入
科学研究和进行工业化生产都发挥了巨大的指导作用。
4。化学工业的勃兴
（1）早期的无机化学工业
化学工业，最初是在纺织工业的漂白粉技术和天然染料化学处理方法的
基础上形成和发展起来的。当然，这时的化学工业仅仅是无机化学工业。当
时纺织工业最发达的英国，需用大量的酸、碱，以对棉、麻织品进行漂白处
理。因此，作为化学工业最基本材料的酸、碱便最先发展起来。
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硫酸投入工业化生产最早采用的是1746年罗巴克（1718—1794）发明的
铅室法。后来在19世纪初法国化学家盖·吕萨克（1778—1850）和英国人格
拉瓦（1817—1902）的技术发明使铅室硫酸法的生产工序实现了连续化。1870
年以后，有机化学工业迅速发展起来，茜素的合成实现工业化生产后，需用
大量硫酸，这时，落后的制酸方法使产量和质量都不能满足工业生产的需求。
在此情况下，接触法生产硫酸的技术获得成功，遂使问题得到解决。接触法
制造硫酸是法国莱胺制碱公司的技师克尼奇（1854—1903）研究成功的。1867
年克尼奇开始研究接触法制造硫酸的技术，他把二氧化硫与氧的混合气体通
过白金石棉使之产生无水硫酸。由于整个过程在摄氏400℃以下进行，于是
很适宜工业生产。1898年克尼奇的接触法制酸技术获得了专利。
化学工业的另一基本原料是碱。最初在工业生产中应用的制碱法是法国
医生卢布兰发明的，并在1791年获得了专利。卢布兰法真正实现工业化生产
是在1823年由英国玛斯布拉特（1793—1886）完成的，此后迅速在欧洲各国
获得推广。随着钢铁工业的发展，炼焦过程中的副产品氨，能否用来作为制
碱的原料，英国首先进行了这方面的探讨并付出了极大努力，但是回收氨没
有取得成功。与此同时，比利时人索尔维也在进行这项研究，并在1865年获
得成功。索尔维的氨碱法与卢布兰法相比在工艺上作了较大改进，氨可以循
环使用，二氧化碳能够回收一半，化学反应又不要求高温，燃料消耗也较少，
产品质量也很好。在此情况下，技术人员蒙德和企业家布朗纳与索尔维协作，
于1874年在英国合建了最初的索尔维法制碱工厂。这个布朗纳—蒙德公司不
久就成为20世纪世界最大的化工联合企业。在英国的港口城市利物浦，制碱
工业发展很快，1815年后年产量已达50万吨。1880年以后，卢布兰联合公
司被采用索尔维法的布朗纳—蒙德公司吸收合并。后来德国的古瑞斯哈姆电
气公司试验成功了电解食盐水制碱法。1870—1880年，氯气、苛性碱同时生
产是以电机工业的发展为基础展开的。索尔维在这一时期组织了跨国公司，
本部设在比利时的布鲁塞尔，在技术上对其他企业绝对保密，以求垄断世界
制碱市场。
作为无机化学工业重要组成部分的化肥工业，始自德国的李比希。是李
比希首创了化肥理论，在他的影响下化肥工厂建立起来，并得到很快发展。
因此李比希堪称化肥工业的奠基人。在李比希化肥理论指导下，最早建立磷
肥厂的是英国 （1843年），1855年德国也建立了磷肥厂。
此外，硅酸盐和水泥工业也是无机化学工业的重要组成部分。英国人威
渠特在陶瓷技术上作出了贡献，他不仅是个科学家，而且还是实业家和艺术
家。他还发明了高温温度计。1780年，他与瓦特一起成为皇家学会的成员。
水泥工业也是首先在英国发展起来的。技师斯密顿，1756年曾用水泥建筑灯
塔。阿斯普丹发明了波特兰水泥，并于1824年建成世界上第一座水泥厂。
（2）有机化学研究的重大突破
谈到有机化学，就必然要作一点历史的回顾。尤其不能忘记开拓者和创
始人的贡献。1828年，德国化学家维勒 （1800—1882）用氰酸氨制成尿素，
并发表了《论尿素的人工合成》的论文。这一打破无机化学和有机化学界限
的惊世创举，叩开了有机化学的大门。维勒的这一成就，证明了化学定
