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自然科学基础专题七 第七专题 物质的构成 　　我们生活在一个五彩缤纷的物质世界里，大自然养育了我们。截至200年底，人类得到3000多万种化合物，随着现代科技的发展，每天都有许多性能优良、功能齐全的新材料问世。自古以来，人们就在孜孜不倦地寻求物质性能改善的途径，揭示它们与物质的结构、组成的关系，探索物质构成的奥秘。本专题介绍人类对物质本源研究的光辉历史，化学元素与生命的关系，分子结构与物质性能的关系。 　　物质本源探索究竟什么是物质的本源，也就是说构成万物的基本成分是什么，它们是如何产生的，古代各民族的哲学家们提出了许多学说，有些到今天还有影响。 　　五行说??? 就元素即物质基本成分而言，古代我国有五行说，认为宇宙由水、火、木、金、土构成； 　　四元素说?? 古希腊和古印度则有“火、气、水、土”及“地、水、风、火”等四元素说。 　　太极?? 就物质生成模式而言，我国有太极和八卦，这是古代关于物质本源的理论工具，出自《易经》。《易经》认为宇宙的本源是“太极”，太极就是天地未分前的混沌状态；太极生“两仪”；“两仪”指天、地；两仪生“四象”，“四象”指春、夏、秋、冬四季，又指太阳、太阴、少阳、少阴；四象生“八卦”，指由四者演变成阴阳成分不同的八种形态。????????????????????????????????????????? 　　八卦是一套有象征意义的符号：用??? 代表“阳”，用? ???代表“阴”，用三个这样的符号组成一卦，可分别组成八种形式即八卦。现在，太极还被用作韩国的国徽、著名原子科学家诺贝尔奖得主玻尔的家徽。 　　德谟克利特 （前470-前380） 在探索微观世界的奥秘时，我们介绍人类对原子、分子、离子、电子及几种核子的认识的里程碑。 　　原子和分子?? 现实生活是智慧的源泉。人们不能满足五行、四元素、太极、八卦的一般议论，要求明确组成这些物质的构件。人们从聚少成多，积土成山等生活经验中得到启发，认为组成物质的原始东西是那些小到不能最小的粒子。公元前5世纪，希腊学者德谟克利特提出原子说，认为，万物是由极其微小的、不可分???的微粒，即原子组成的。 　　墨翟前480-前380）? 与此同时，中国学者墨翟在他的著作《墨经》中也有类似的说法，认为物质分割到最后的东西叫“端”或“莫破”。到17世纪，由于航海、造船、纺织、冶金业的迅速发展，迫切要求建立科学的物质本源理论，例如，为了提高燃烧效率，不能光谈火与木的作用，而要弄清哪些燃料更有效、更经烧；为了提高金属强度，需要了解和比较它们的性质等。1650年法国科学家伽桑狄关于原子学说的论文，首创分子一词，澄清了原子和分子的模糊认识，他指出，原子是不可分的终极粒子；而分子是独立存在的物质最小单位，它是可分的。他的观点得到了英国科学家玻意尔和牛顿的支持。 　　道尔顿1766-1844）?? 经过150多年的努力，1803年英国科学家道尔顿首次在实验室的基础上提出科学的原子论。他以玻意尔、拉瓦锡元素学说为依据指出：元素的确良最终组成为原子，它在所有的变化中保持本性不变；每种元素以其原子的质量为基本特征，同种元素的原子质量及各种性质均相同；不同元素的原子以简单整数比相结合。他还通过实验确定了37种原子如氢、氧、氮等的原子量。他的主要论点沿用至今。 　　又过了100年，在法国化学家盖吕萨克、意大利物理学家阿佛加德罗、化学家康尼查罗、英国植物学家布朗、德国物理学家爱因斯坦和法国科学家佩兰的努力下，证实了分子的存在，分子是保持物质化学性质的最小微粒。 　　20世纪，分子、原子的研究取得了光辉的成果：1955年，美国宾西法尼亚州立大学的研究人员发明了能将针尖大的物体放大500万倍的场离子显微镜，第一次看到了单个原子的形貌。1983年IBM公司研制成功扫描隧道显微镜（STM），它可以观察到单个原子在物质表面的排列。至此，人们不再怀疑任何物质都是由原子、分子组成的了。 　　离子和电子?? 1883年瑞典化学家阿仑尼乌斯首先提出电解质在水溶液中自动离解成游离的带电离子即离子的概念。 　　电解质电离的研究，可以追溯到法拉弟时代。1833年法拉弟发现了电解定律，他在研究电解反应时，把电解以前未被分解的物质叫电解质，意思是这种物质可用电流使之分解；他还认为，在通电以前，电解质就已经在水溶液中离解了。 　　阿仑尼乌斯根据他的电离理论进行了一系列关于溶液性质的计算，结果与荷兰化学家范霍夫的一致，从而获得化学界的公认，并获得1903年的诺贝尔奖。 　　19世纪可以说是电大显身手的世纪，1800年，意大利物理学家伏特受到伽伐尼解剖青蛙时产生电流现象的启发，发明了电池，这就是现代各种化学电源的老祖宗； 　　1807年英国化学家戴维用电解法分离出两种元素---钠和钾，使电的名声大噪；1820年，法国科学家安培