一、教学目的:
1.掌握有机化学、有机分析的建立;
2.掌握贝采尼乌斯、维勒、李比希的主要贡献; 3.了解电化二元论的具体内容。 二、教学方法:
以课堂讲授为主结合课堂讨论 三、教学手段: 采用多媒体授课 四、学时分配:2学时 五、重点、难点:
重点:有机化学、有机分析的建立 六、思考(作业):
1.贝采尼乌斯、维勒、李比希的主要贡献有哪些?
2.李比希的成长历程给我们什么启示?维勒和李比希的失误给我们什么启示?
3. 对有机分析作出重要贡献的化学家有哪些?电化二元论的具体内容是什么?它的认识过程给我们什么启示? 七、辅导安排 随堂辅导 八、教学内容:
第七章 大师代代传
一、贝采尼乌斯
1、生平
幼失双亲:1779年生于瑞典一农村——4岁丧父,6岁母改嫁,继父尚好——9岁丧母,被继父、继母送回老家——由叔父抚养,受尽堂兄与婶母欺侮。
艰难求学:14岁入中学,贝采尼乌斯兄弟给人当家庭教师兼雇工,自己谋生挣学费,艰难完成中学学业——考入大学后申请助学金,因无名额只好去当家庭教师一年,直到接到发助学金通知才回大学念书——每逢暑假去干临时工挣钱。
勤能补“拙”:中学时因对植物和昆虫感兴趣,志向由当教师改为学医——热衷于博物采集而耽误功课,以致校长厌恶,毕业成绩倒数第二,毕业成绩单的鉴定为:“理解能力尚好,但品行恶劣,无培养前途”——1797年考入乌普萨拉大学医学系,6年后获博士学位——1808年当选瑞典科学院院士——1835年晋封男爵——1848年去世
半路出家:1798年秋医学考试及格、化学很差、物理尚好,故勉强及格——为了补习化学,从书店买最便宜的化学书学习——看了后很不满意,想亲自进行实验,请求化学教授帮忙——1802年获医学博士后任大学医学、药学和植物学助教——1807年教授——1815年任化学教授——骑驴找马型的成功者 2、化学成就
1820-1840约20年间世界化学界的泰山北斗
分析化学方面:发明定量分析滤纸、推动有机分析发展 1818年吹管分析法发现Se(硒):投资硫酸厂失败——但从生产硫酸的沉淀物中分离出硒——贝采尼乌斯投资工业无一次成功 1823年钾还原法发现Si(硅)、Zr(锆)——还制得过Ce(铈)的氧化物及不纯的Th(钍)
改革化学符号——创造用拉丁文表示元素符号 测定原子量——制出了比较准确的原子量表
1835年总结前人工作基础上第一个提出“催化剂”的概念:1812年K. S. 基尔霍夫发现酸能加快蔗糖水解,硫酸能促进淀粉转变为葡萄糖——1817年戴维发现Pt对醇的氧化有促进作用——1819年泰纳发现碱和某些金属(Pt、Mn)加快H2O2的分解——1820年德贝莱纳发现Pt能促使H2、O2化合。
第一个提出同分异构现象的化学家:1823年维勒分析了氰酸盐的组成,1824年李比希分析了雷酸盐的组成,二人发现氰酸(H-O-C≡N)与雷酸(H-O-N+≡C-)组成相同——李比希怀疑维勒弄错,维勒反复实验发现没错——二人不得其解,维勒求教于导师贝采尼乌斯,贝采尼乌斯认为是同分异构体——也基于此事,维勒与李比希成为“生死之交”,人称化学史上的“双子星座”。
创立电化学说:电化二元论几乎解释了当时已知的全部无机物,1820年为化学界普遍接受(当时已知的化合物大部分为无机物)——贝采尼乌斯推广至所有化合物,“再多走一步,真理就变成了荒谬”,引起争执——为了解释有机化合物(大多数是共价化合物),人们最终放弃了电化二元论,接受了取代学说,但“泼洗澡水,连同婴儿也倒掉了”。
1803年,贝采尼乌斯和希辛格(william hisinger,1766—1852年)合作,进行盐类的电解实验。他们发现溶液中的盐被电流分解成碱(向负极去,好象带正电荷)及酸(向正极去,好象带负电荷)。据此,他把碱和酸的概念同电的极性联系起来,即认为碱和酸分别是电正性和电负性物质。他又把这种认识推广到元素上面,指出氧及其他非金属元素呈电负性,
氢和钾等金属呈电正性;而电性相反的元素容易形成化合物。贝采尼乌斯这种把各元素原子之间相互作用归结为相反电性吸引的假说,叫做“电化二元论”。该理论对酸、碱、 盐等无机化合物的形成和性质作出了较满意的解释。
培养了维勒等一批化学家:著名化学家维勒1823-1824年到瑞典求学于贝采尼乌斯,从此25年间书信来往无一个月中断——教学方法(循循善诱、鼓励)
二、维勒
1、 生平
半路出家:1800年生于德国一个医生之家——1820年入马尔堡大学医学院学医——1821年转入海德堡大学,目的是学医之余听化学教授格梅林的化学课——因为维勒化学知识已经很高,因此并未听化学课而进其实验室做研究——因此维勒一生并未听过化学课,全靠自学与实验掌握化学(今天这种情况不太可能)。
名师指点:1823年获医学、产科学博士,准备就业时格梅林劝他改行学化学,并推荐去瑞典留学——1823-1824年留学于贝采尼乌斯——1825年回国执教——1882年去世——热爱化学与实验,但若无二位名师的指点,可能……——仙人指路型的成功者——教师的作用
2、主要成就
1827年钾还原法发现和制备出纯铝:改进别人的方法,K + AlCl3(无水)→Al + KCl——方法不易,铝贵金银——拿破仑三世宫廷宴会上独享铝制餐具——直到1886年美国霍尔发明现代电冶铝的方法,铝的身价才大跌。
铝的优先权之争:1824年丹麦物理学家艾尔斯特兹的钾汞齐还原法,K(Hg)+ AlCl3→KCl + Al(Hg),蒸馏去汞得到含有K的Al——1827年维勒成功后,将结果通知艾氏,艾氏并无异议且支持其继续研究,但百年之后的1925年丹麦人为艾氏的优先权与德国相争——1854年法国化学家德维尔改良了维勒的方法,用Na代替K,加快了铝的工业化生产——法国因此认为铝的优先权应归属于德维尔,维勒迫不得已进行了辩护——德维尔则用自己制出的铝制备了一枚纪念章,正面拿破仑三世(资金支持试验者),背面“1827年wh?ler”——二者的谦让使他们结下了深厚的友谊,为化学史佳话——维勒为人谦和,与很多同时代的化学家都友谊很深,尤其是贝采尼乌斯和李比希。
1828年钾还原法发现和制备出Be(铍)、Yt(钇)
1828年合成尿素——划时代的意义——加上无机化学上的发现,即升为教授(自1825年任职才三年)
1823年分析了氰酸银(AgCNO)的组成,与1824年李比希发现的雷酸银(AgONC)的组成相同——同分异构现象、三人友谊的开始
1832年维勒与李比希共同完成苦杏仁油的研究,发现了安息香基(PhCO)——有力地支持了取代学说——“青出于蓝而胜于蓝”
培育英才:柯尔贝(1845年合成乙酸而出名)、拜尔斯坦(有机化合物词典) 3、失误
1823年留学期间分离、分析含钒的矿石,疑是铬的化合物而放弃——1828年秋(完成合成尿素后半年),分析褐铅矿时获得一种新的未知物,他估计是一种新的金属单质,但因刚好吸入氟气中毒而暂停工作,病愈后兴趣又转移——瑞典化学家塞夫斯特木(贝采尼乌斯学生)继续维勒留学时做过的分析工作,1830年宣布发现钒(V)——维勒将未知物给导师寄过去,正是刚宣布发现的钒——为自己两次错过而痛心不已,维勒自称“糊涂虫”——贝采尼乌斯用向北方女神凡娜迪斯(钒的英文名Vanadium,另一个含义铅矿)求爱的故事安慰他——科研、教育方面的启发:坚持、认真,不要轻易放弃!
三、李比希
1、生平
偏科化学:1803年生于德黑森大公国一个商人之家——1811年入11年制国民学校学拉丁文、希腊文等古典科目,但独爱化学——学习成绩是倒数第一的替补者,竞争对手邻座的罗伊林格——李比希成天心想在家做化学实验,罗伊林格忙于作曲——几十年后大化学家意外在维也纳邂逅大指挥家。
鸿鹄之志:成绩差,多次校长点名批评——“你这样的学生,在学校给老师添麻烦,在家里要父母操心,这样闹下去,将来长大了怎么办?”——“我要成为化学家!”——哄堂大笑——当时的化学家只不过被认为是在肥皂作坊中添材的伙计,或染色作坊的工人,是一个很卑微的职业。
初出茅庐:17岁时其父经不住一再请求,李比希终于有希望名正言顺学化学——1820年去有德国最好的化学教授的波恩大学学习,结果很失望——期间坚持研究雷汞,发表其第一篇论文——不懈的努力终于搬下了成功的第一块敲门砖,关于雷汞的论文引起了黑森大公国路德维希一世的注意。
幸运之门:1822年受路德维希一世的资助,壮志未酬的李比希“朝圣”巴黎——瑞典有贝采尼乌斯,英国有戴维,法国有盖·吕萨克等名化学家,形成世界学术中心的“三足鼎立”——如饥似渴的李比希幸运地听到了许多著名的讲演和讲课,但还缺乏进实验室的机会。
名师指点:学术会议宣读过去完成的论文引起当时世界著名的德国地理学家洪堡的注意——(为表彰和崇尚科学,今柏林大学正门两侧有洪堡兄弟的雕像,兄(左)为社会科学的代表,弟(右)为自然科学的代表)——经洪堡引进,李比希进入了盖·吕萨克的私人实验室进行研究——与杜马等为伍,名师盖·吕萨克亲自指点。 独步江湖:1824年回国,经洪堡和盖·吕萨克向黑森大公推荐,年仅21岁,连中学、大学都尚未正式毕业的小青年就任吉森大学副教授——因成绩卓著,1825年提升正教授——1845年黑森大公授予其男爵——1852年去慕尼黑大学执教——1873年去世(70岁)。 2、主要科研成就
关于雷汞的研究:李比希一生与雷汞密切相连,包括退学、解雇、成功机遇(黑森大公、洪堡、盖·吕萨克三人的赏识)、友谊——1826年,李比希和维勒相互怀疑后的第一次见面,维勒要求李比希取消发表的书面指责(“维勒的分析值有6%的误差”)——争论、接近、挚友、共同研究——44年间两人的书信来往曾编成《李比希―维勒书信集》两卷出版。
有机分析方法的研究:用李比希的分析方法,一个月可以完成贝采尼乌斯十八个月的分析工作。
基团理论的发展:1832年维勒与李比希共同完成苦杏仁油(PhCHO)的研究。 多元酸的观点:如柠檬酸、酒石酸依中和当量而定为三元、四元酸。 明确提出“氢是酸的基本元素说”:态度比戴维坚决。 其他有机化学成就:制备了氯仿(CHCl3)、乙醛(CH3CHO)、三氯乙醛(一种催眠药剂,CCl3CHO)
农业化学(尤其是肥料学说)的奠基人:1839年后,应社会之需转向应用研究,从元素来源上论证了施加化学肥料的必要性,大大提高了农业水平。 3、教育成就
建立化学实验教学法:1824年创建吉森大学的公共化学实验室,充分发挥了实验室在化学教学中的作用——首开先河,提供实验室供学生学习和研究用,扭转了以前只讲理论、仅少数人做实验的现状——教学方法后为各国仿效——近代化学教育的创始人
英才辈出:培养了大批杰出的化学家,在1901-1910年的前十次诺贝尔化学奖中,出
自李比希门下的占70%,著名的徒子徒孙如下表所示(人名后数字为获得诺贝尔化学奖年份)。
创立吉森学派,李比希的声誉在1840年之后和杜马一起代替了贝采尼乌斯——吉森大学成为世界化学的新中心——由于李比希和维勒的努力,带动了德国化学的崛起. 4、失误
1824年巴拉尔发现溴:海生的黑角菜烧成灰——水浸得灰汁——加入氯水和淀粉——溶液下层蓝色,上层棕黄色——后者新现象,是氯与碘的化合物,还是含有新元素?——分解失败——发现为新元素,命名为溴——年仅23岁,是一名大学生。
消息令李比希后悔不已:此前德国一家工厂棕色液体送给李比希化验组成——未仔细分析,贸然认定为氯化碘——此时一化验,正是溴单质——放入柜中警示自己和教育学生。
启示:和维勒的第二次错过类似——盛名勿骄!