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1、古代史 火的使用在古代，人类使用的第一个化学反应就是火的使用。几千年来，火被视为一种神秘的力量，它可以通过燃烧将一种物质转化为另一种物质，同时产生光和热，从化学的角度看，这就是典型的氧化反应。 火的使用，给生活的方方面面带来极大的改变，极大的促进了人类社会的发展，除了冶炼金属，还有制陶、制砖和制玻璃等生产都利用火来进行。 冶炼矿石古代的人们通过利用火来冶炼矿石，得到各种金属。最具代表性的则是铜和铁的冶炼，其次还有锡和铅的冶炼。将锡和铜进行混合，铸造成青铜，这是一个重大的技术转变，由此开启人类社会的青铜时代。 由于合金具有比普通金属更优良的特性，尤其是利用合金制备的装甲和武器更坚固，许多国家开始制造各种各样的高级合金，由此在战争中更有优势。 从铁矿石中提炼铁比提炼铜和锡难得多。最早的炼铁技术似乎是由赫梯人发明的(青铜冶金术也是由赫梯人首先发明)。人类社会步入铁器时代，开启了黑色冶金的历史，其发展的历史可以从古代所有国家中找到。铁器的许多应用、实践和有关的炼铁设备是在古代中国发展建立的，比如高炉、铸铁液压杵锤和双作用活塞风箱，古代中国的炼铁技术可以说领先于世界。 哲学与科学德谟克利特 古代的哲学家试图提出一套理论解释为何世界有如此多的具有不同特性（如颜色、气味）和不同状态（气液固三态）的物质，和各种变化反应，比如为什么能利用火将一种物质变成另一种物质等问题。其中与化学相关的哲学理论可以在任何一个古代文明的历史记录中找到。所有这些哲学家、思想家和理论家都试图找到构成自然界所有物质的少数主要的基本元素。古希腊、古印度、玛雅文明和中国古代哲学都认为气、水、火和土是要找的主要元素。 原子论的早期理论可追溯到古希腊和古印度。原子论由古希腊哲学家留基伯和其学生德谟克利特提出，他们认为物质是由不可分割、不可破坏的原子组成。同一时期的古印度哲学家伽那陀（Kanada）也提出类似的声明。由于没有科学的证明，亚里士多德反对原子的存在。 2、中世纪的炼金术 炼金术炼金术士—哈扬 早期的炼金术士的生活时代是从公元一世纪到五世纪。西方炼金术士认为金属都是活的有机体，会逐渐发展成为十全十美的黄金。这种发展可以由炼金术士加以促进，又或者直接炼出来。其方法就是把黄金的形式或灵魂隔离开来，使其转入贱金属，这样贱金属就会具有黄金的形式或特征。金属的灵魂或形式被看作是一种灵气，主要表现在金属的颜色上。因此贱金属的表面镀上金银就被当作是炼金术士所促成的转化。 阿拉伯炼金术士阿布·穆萨·贾比尔·伊本·哈扬（Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān）提出炼金术的基本系统，不仅包括了亚里士多德提出的四素说中的土、气、水、火，而且加入了两种不同的实在物质，硫和汞。他认为用这两种元素以适当的比例化合就能形成各种金属。所以铅能分离成硫和汞，用新的比例就可再化合成黄金。这使得后来的阿拉伯人不断寻找一种神秘的物质，就可以将贱金属变成黄金，并认为它能治疗一切疾病，使人长生不老。哈扬被认为是“化学之父”，他提出化学系统的实验方法，并发明了蒸馏器，化学地分析了许多化学物质，制造了数以百计的化学药物。 三原素说帕拉塞尔斯 瑞士炼金术士帕拉塞尔斯确立三原素理论，除了传统炼金术认为的硫和汞，他加入了新的元素，盐原素。三原素认为，硫、汞和盐以一定的比例组成世间万物。硫对应着易燃或燃烧，汞对应着挥发性和稳定性，盐对应着固体或灰烬。他认为人类、动植物等有机体由三原素组成，以燃烧的木头为例，因为汞具有稳定和粘性的特性，当汞离开木头进入烟雾中，木头就会散架；烟雾描述了挥发性（汞原素），光和热描述了可燃性（硫原素），烧尽的残余物描述了固体灰烬（盐原素）。 炼金术与化学在古代中国，有不少帝王追求着能有一种长生不老药，命令不少炼丹师去制造这种药，以达到自己长生不老，永久延续霸业的愿望。尽管在今天看来，炼金师和炼丹师都是荒唐的，但他们记录了许多物质的变化，为化学的发展贡献了丰富的素材。如今英语的“chemistry”（化学）一词便是起源于“alchemy”（炼金术），炼金师就是早期的化学家。 3、17、18世纪的早期化学 范·海尔蒙特比利时化学家范·海尔蒙特是将化学从炼金术转向近代化学的代表人物。1648年，海尔蒙特死后出版的《医学的源头》，对后来的罗伯特·波义耳产生重要的影响，书中包含了许多实验记录和方法，和早期版本的质量守恒定律。海尔蒙特是第一个将空气和其他气体区分开来的人，其他气体命名为”gas”来源于希腊语中的“chaos“。海尔蒙特还做过著名的柳树实验，是气体化学的第一人。 罗伯特·波义耳英国化学家罗伯特·波义耳被认为是确立近代化学的人，被誉为把化学确立为科学的人，也是现代科学实验方法的先驱者。他提出著名的波义耳定律，在一个温度不变的封闭系统中，气体的绝对压力和体积之间具有反比例关系。化学史家把1661年作为近代化学的开始年代，因为这一年波义耳出版了化学史上里程碑式的著作，《怀疑派的化学家》（The Sceptical Chymist）。最为重要的是，波义耳认为科学都应以实验作为基础，对科学实验采取严格的态度，所有理论必须经过实验才能被证明是正确的。著作中包含了一些最早的关于原子、分子和化学反应的现代思想。 燃素说1702年，德国化学家奥尔格·恩斯特·斯塔尔提出燃素概念，认为在燃烧的过程中会释放燃素。燃素说认为，可燃的要素是一种气态的物质，存在于一切可燃物质中，这种要素就是燃素（phlogiston）；燃素在燃烧过程中从可燃物中飞散出来，与空气结合，从而发光发热，这就是火；油脂、蜡、木炭等都是极富燃素的物质，所以它们燃烧起来非常猛烈；而石头、木灰、黄金等都不含燃素，所以不能燃烧。物质发生化学变化，也可以归结为物质释放燃素或吸收燃素的过程。例如，煅烧锌或铅，燃素从中逸出，便生成了白色的锌灰和红色的铅灰；而将锌灰和铅灰与木炭一起焙烧时，锌灰和铅灰从木炭中吸收了燃素，金属便又重生了出来。酒精是水和燃素的结合物，酒精燃烧后，便剩下了水；金属溶于酸是燃素被酸夺去的过程。 到1740年，燃素理论在法国被普遍接受；十年以后，这种观点成为化学的公认理论。但燃素学说有很多漏洞，所以遭到一些质疑，在1756年罗蒙诺索夫用实验证明燃素学是错的。但人们到十九世纪后期还多半相信燃素说，到1890年左右罗蒙诺索夫的试验和观点才得到承认，燃素说从此灭亡。 安托万·洛朗·拉瓦锡近代化学学科真正繁荣是在法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡之后，拉瓦锡被认为是人类历史上最伟大的化学家，称为“现代化学之父”。根据燃素说，拉瓦锡尝试将水长时间加热从而将其变成土，但他发现不可能，但确实有微量沉淀从中产生，最后确定沉淀来自于容器而不是水。他还将磷和硫在空气中燃烧，发现燃烧后质量都增加了，与燃素说矛盾，并证明了燃烧后增加的质量来自于空气减少的质量。1789年，他建立了质量守恒定律，又或叫做拉瓦锡定律。 拉瓦锡重复普里斯特利的实验，发现空气由两种气体组成，其中一种便是在金属燃烧后和金属结合形成灰烬，从而解释了金属燃烧后质量增加的问题。1778年，在《酸性概论》中，他表明空气中的某种成分参与了燃烧过程，并且这种成分是存在于酸性溶液中。次年，他将这种成分气体命名为oxygen（氧气），另外一种气体命名为azote（氮气）。因为氧气是由拉瓦锡命名的，所以他认为他和普里斯特利和舍勒共同发现氧气。他还研究并命名了由卡文迪许首先发现的氢气。拉瓦锡在《燃烧概论》中阐明了他的氧化学说，认为燃烧过程需要氧气存在，金属燃烧后变成氧化物，增加的质量就是参与反应的氧气质量；非金属物质燃烧后，吸收了氧，就变成了酸，认为一切酸中都含有氧。他还通过精确的定量实验，证明在化学反应过程中，总质量保持不变，于是有了后来的质量守恒定律。拉瓦锡的氧化学说推翻了燃素说，使化学得以正确的发展。
《化学基本论述》 1789年，拉瓦锡出版了第一本现代化学教科书，《化学基本论述》，书中统一了化学中的各种概念和理论，包含清晰准确的质量守恒定律，并且正式宣告燃素说的终结。另外书中还列举了基本元素，其中有氧、氮、氢、磷、硫、锌和汞等，但是还包括了光和能量，拉瓦锡认为光和能量也是一种物质。在书中，拉瓦锡将很多实验结果通过自己的氧化说和质量守恒定律的理论体系进行了圆满的解释。这部书和波义耳的《怀疑派的化学家》一样，被列入了化学史上划时代的作品。令人惋惜的是，在法国大革命中，拉瓦锡被送上断头台。法国数学家拉格朗日说：“他们可以一眨眼把他的脑袋砍下来，但像他那样的脑袋一百年也长不出来一个。” 4、19世纪 道尔顿与原子论
1801年，英国气象学者和化学家约翰·道尔顿提出道尔顿定律，或称道尔顿气体分压定律。1808年，道尔顿编著了《化学哲学的新体系》，系统地阐述了原子论。道尔顿认为所有物质由许多微小的原子组成，每种元素都代表着一种原子，不同原子具有不同的性质和质量。道尔顿通过测量反应物的质量比来推测组成化合物的元素之比，他推断元素按一定的整数比组成物质，这就是他所提出的倍比定律。倍比定律和定比定律是化学计量学的基本定律。道尔顿的原子论是继拉瓦锡的氧化学说之后化学理论的又一次重大进步，揭示了一切化学现象都是原子运动，明确了化学的研究对象，对化学真正成为一门学科具有重要意义。 贝采里乌斯
瑞典化学家贝采里乌斯同波义耳、拉瓦锡和道尔顿被称为是近代化学开创者。1828年，他完成了制作第一张原子量表，包含了当时已知的所有元素。这项工作给道尔顿的原子论提供了数据验证，同时贝采里乌斯拥护原子论。他精确测定了许多物质的元素组成，精确验证了普鲁斯特定比定律。贝采里乌斯首先提出用元素符号来代表化学元素，比如用O代表oxygen，Fe代表iron，这种表达方式一直沿用至今。他还发现了新元素，硅、硒、钍和铈，其实验室的学生发现了新元素锂和钒。 贝采里乌斯还发展了化学反应中原子团的理论，认为盐是由酸和碱组成。在有机化学方面，他首先提出了催化、聚合物、异构体和同素异形体等概念，虽然有些概念和今天的有所不同，但还是被称为是“有机化学之父“。 人工合成时代的开始
尿素的化学结构式 1828年，德国化学家维勒使用氰酸和氨水合成出了尿素，实现了利用无机化合物合成有机物，打破了有机化合物生命力学说。这开启化学新领域，到19世纪末，科学家们已经合成了数百种有机化合物，包括有如今广泛使用的阿司匹林。尿素的人工合成研究对同分异构体理论做出了很大贡献，而成功合成尿素也是始于维勒和德国化学家李比希研究同分异构体问题。他们研究和解释了官能团和原子团在有机化学反应中的作用和机理，也首次合成了苯甲醛。德国化学家李比希主要贡献在于农业和生物化学领域，被誉为是“工业化肥之父”，他发现了含氮的植物营养液，并提出最小值定理，即植物生长不是受需要量大的营养液的影响，而是受需要量最低的营养成分的影响，如微量元素等。 阿伏伽德罗与原子-分子假说
1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出原子-分子假说，但在长达50年的时间里，大多数科学家们都不承认这一正确的假说，以至于在这段时间内，许多化学实验数据和理论数据产生冲突，比如根据蒸汽密度法测定原子量出现成倍的偏差。由于没有分子的概念，每个化学家都有自己的一套元素符号和化学式的写法，比如醋酸的写法就有19种之多。
醋酸的19种写法 这时候的化学研究非常混乱，难以发展。为了结束混乱的局面，统一对于元素符号、原子量、化学式等的概念，1860年，凯库勒等人召开国际化学家大会。会议就快结束时，会场散发了一本小册子《化学哲学教程提要》，由意大利化学家康尼查罗编写。康尼查罗通过研究化学史来证明原子-分子假说的正确性。会场人员阅读后感慨地说：这本篇幅不大的论文对于大家争执中最重要的各点阐述得如此清楚，眼前的屏障好像消失了，许多疑团烟消云散。从此之后，原子-分子论才为广大化学家接受。原子-分子论的确立，直接导致了化学元素周期律的发现和有机化学系统的建立。 门捷列夫与元素周期表
俄国化学家门捷列夫在1869年出版的《化学原理》中，正式提出元素周期律，并给出了第一张元素周期表，这张周期表是根据原子量的升序排序当时发现的66种元素，并根据相同的性质将元素分组。1871年，门捷列夫修改了几个元素的位置，给并未尚未发现的元素预留了特定的位置，制作了第二张元素周期表。例如他预测了三种元素，被他称为ekaboron（Eb）、ekaaluminium（Ea）和ekasilicon（Es），分别是后来发现的钪、镓和锗，其性质非常符合他所预测的那样，并填入特定位置。 由于时代的局限性，门捷列夫的元素周期律并不是完整无缺的。1894年，稀有气体氩的发现，对周期律是一次考验和补充。1913年，英国物理学家莫塞莱在研究各种元素的伦琴射线波长与原子序数的关系后，证实原子序数在数量上等于原子核所带的阳电荷，进而明确作为周期律的基础不是原子量而是原子序数。在周期律指导下产生的原子结构学说，不仅赋予元素周期律以新的说明，并且进一步阐明了周期律的本质，把周期律这一自然法则放在更严格更科学的基础上。 5、20世纪 吉尔伯特·路易斯与价键理论
美国物理化学家吉尔伯特·路易斯奠定了价键理论的基础。1902年，当路易斯在向他的学生解释价键时，他把原子描述成同心的一系列立方体，每个角上都有电子，这个立方原子的解释元素周期表中的八组元素，表明了化学键的电子转移给每个原子形成八个外层电子。路易斯继续研究化学键的理论，在1916年的《原子和分子》中阐述了共价键电子理论的观点，该理论认为，两个或多个原子可以相互共有一对或多对电子，以达到惰性气体原子的电子层结构，而形成共价键。1923年，路易斯发展了酸和碱的电子配对理论，他将酸定义为能够接受电子的原子或分子，碱定义为能给予电子的原子或分子，并分别称为路易斯酸和路易斯碱。 量子化学薛定谔方程 1927年海特勒和伦敦用量子力学基本原理讨论氢分子结构问题，说明了两个氢原子能够结合成一个稳定的氢分子的原因，并且利用相当近似的计算方法，算出其结合能。由此，使人们认识到可以用量子力学原理讨论分子结构问题，从而逐渐形成了量子化学这一分支学科。 化学键理论为量子化学的主要内容，化学键理论包括价键理论、分子轨道理论和配位场理论。分子轨道理论是在1928年由马利肯等首先提出，1931年休克尔提出的简单分子轨道理论，对早期处理共轭分子体系起重要作用。分子轨道理论计算较简便，又得到光电子能谱实验的支持，使它在化学键理论中占主导地位。配位场理论由贝特等在1929年提出，最先用于讨论过渡金属离子在晶体场中的能级分裂，后来又与分子轨道理论结合，发展成为现代的配位场理论。
三种化学键理论建立较早，至今仍在不断发展、丰富和提高，它与结构化学和合成化学的发展紧密相联、互相促进。合成化学的研究提供了新型化合物的类型，丰富了化学键理论的内容；同时，化学键理论也指导和预言一些可能的新化合物的合成；结构化学的测定则是理论和实验联系的桥梁。 其它化学许多分支学科也已使用量子化学的概念、方法和结论。例如分子轨道的概念已得到普遍应用。绝对反应速率理论和分子轨道对称守恒原理，都是量子化学应用到化学反应动力学所取得的成就。 |
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