Diez acontecimientos históricos que influyeron en el desarrollo de la química

1. El punto de partida de la civilización humana: el uso del fuego

Hace millones de años, los humanos vivían una vida primitiva muy simple, viviendo de la caza y comiendo carne cruda. y frutos silvestres. Según investigaciones de arqueólogos, se pueden encontrar pruebas del uso del fuego por parte de los humanos hace al menos 500.000 años, es decir, se encontraron huesos de animales quemados en la zona donde vivía el Hombre de Pekín en Zhoukoudian, Beijing. Con el fuego, los pueblos primitivos se despedían de la vida de comer y beber sangre. Después de que los humanos comen alimentos cocinados, su nivel de salud ha mejorado, su inteligencia se ha desarrollado y su capacidad para sobrevivir ha mejorado. Más tarde, la gente aprendió a hacer fuego por fricción y a perforar madera para hacer fuego, de modo que el fuego pudiera transportarse. Por lo tanto, las personas ya no son los cuidadores del fuego, sino que se convierten en los iniciadores que pueden controlar el fuego. El fuego es un arma utilizada por los humanos para inventar herramientas y crear riqueza. Utilizando esta característica, el fuego puede producir diversas reacciones químicas, iniciando así la cerámica, la metalurgia, la elaboración de cerveza y otros procesos, y entrando en el vasto mundo de la producción y la vida.

2. El tradicional proceso de elaboración de la cerámica

Es difícil confirmar cuándo se produjo la cerámica. Existen diferentes opiniones sobre el origen de la cerámica. Algunas personas especulan que los contenedores más primitivos para la vida humana estaban hechos de ramas. Para hacerlo resistente al fuego y denso, generalmente se aplica una capa de arcilla por dentro y por fuera del recipiente. Durante el uso, estos recipientes ocasionalmente se incendiaban y las ramas del interior se quemaban, pero la arcilla no se incendiaba y no sólo permanecía, sino que también se volvía más dura y mejor que antes del incendio. Este evento accidental dio a la gente una gran inspiración. Más tarde, la gente simplemente dejó de usar ramas como esqueletos y comenzó a triturar conscientemente la arcilla, mezclarla con agua, amasarla hasta que estuviera muy suave, darle varias formas, secarla al sol y finalmente quemarla en una hoguera. para hacer cerámica original. Hace unos 10.000 años, comenzaron a aparecer en China hornos para cocer cerámica, convirtiéndose en el primer país en producir cerámica. La invención y la tecnología de fabricación de la cerámica supusieron un gran avance. El proceso de elaboración de la cerámica cambia las propiedades de la arcilla, provocando una serie de cambios químicos en los componentes de la arcilla, como sílice, alúmina, carbonato de calcio (gài) y óxido de magnesio (měi), otorgando a la cerámica excelentes propiedades impermeables y duraderas. Por lo tanto, la cerámica no sólo tiene una nueva importancia técnica sino también económica. Agregó métodos de cocción para que las personas manipularan los alimentos, y herramientas como ruedas giratorias de cerámica, cuchillos de cerámica y rodillos de cerámica también desempeñaron un papel importante en la producción. Al mismo tiempo, los recipientes de cerámica pueden almacenar cómodamente cereales y agua. Por lo tanto, la cerámica se convirtió rápidamente en una necesidad para la vida y la producción humana, especialmente para las personas que se establecieron para dedicarse a la producción agrícola.

3. El auge de la química metalúrgica

A finales del Neolítico, la gente empezó a utilizar herramientas de metal en lugar de piedra para fabricar herramientas. El más utilizado es el cobre. Sin embargo, este recurso natural era limitado, por lo que surgió la metalurgia, que fundía metales a partir de minerales. Por primera vez se fundió cobre. Alrededor del 3800 a. C., Irán comenzó a mezclar mineral de cobre (malaquita) con carbón vegetal y a calentarlo para obtener cobre metálico. El cobre puro es relativamente blando y las herramientas y armas fabricadas con él no son de alta calidad. Sobre esta base, tras las mejoras, aparecieron los objetos de bronce. Entre el 3000 y el 2500 a. C., además de fundir cobre, también se fundían estaño (xρ) y plomo (qiān). Agregar estaño al cobre puro puede reducir el punto de fusión del cobre a aproximadamente 800 °C, lo que facilita su fundición. Una aleación de cobre y estaño llamada bronce (que a veces contiene plomo) tiene una gran dureza y es adecuada para fabricar herramientas de producción. Las armas hechas de bronce son duras y afiladas, y las herramientas de producción hechas de bronce son mucho mejores que las de cobre. También hay monedas de cobre fundidas en bronce. China ha logrado grandes logros en la fundición de bronces, como el trípode "Simuwu" a principios de la dinastía Yin. Es una vasija ritual y la vasija de bronce más grande desenterrada en el mundo. Otro ejemplo son las campanadas del Período de los Reinos Combatientes, que pueden considerarse una creación importante de la música antigua. Por lo tanto, la aparición de artículos de bronce promovió el desarrollo de la agricultura, las armas, las finanzas y el arte en ese momento, e impulsó la civilización social un paso adelante. China, Egipto y la India fueron los primeros países del mundo en fabricar y utilizar hierro. A finales del período de primavera y otoño (siglo VI a. C.), se fabricaba arrabio en China para fundirlo. En los primeros tiempos, el carbón vegetal se utilizaba para producir hierro. El monóxido de carbono producido por la combustión incompleta del carbón vegetal reducía el óxido de hierro del mineral de hierro a hierro metálico. El hierro se usaba ampliamente para fabricar rejas de arado, artículos de hierro ■ (una herramienta para desmalezar), herramientas agrícolas como palas, utensilios como trípodes de hierro y, por supuesto, armas.

De hecho, este método de juzgar los cambios materiales sólo a partir del color de la superficie y no de la esencia es un autoengaño. Nunca lograron el objetivo de "convertir la piedra en oro". Aunque los objetivos de los devotos alquimistas y alquimistas no se lograron, sus esfuerzos no fueron completamente en vano. Pasaron muchos años en un tosco "laboratorio de química" envuelto en gases y humo venenosos. Hay que decir que fueron los primeros "químicos" dedicados a explorar los misterios de la ciencia química. Acumularon una rica experiencia y lecciones de los fracasos para el establecimiento de la disciplina de la química, e incluso resumieron algunas leyes de las reacciones químicas. Por ejemplo, Ge Hong, un alquimista chino, propuso desde la práctica de la alquimia: "Queme cinabrio (sulfuro de mercurio) para obtener mercurio y, después de la acumulación (el azufre y el mercurio se juntan), también se convertirán en cinabrio". Resumen de las reglas del cambio químico, es decir, "Las sustancias se pueden transformar entre sí mediante métodos artificiales". Un alquimista y un alquimista estaban haciendo estos experimentos químicos primitivos día y noche. Definitivamente necesitaban mucho equipo experimental, por lo que. inventó los destiladores, los hornos de fusión, las ollas calentadoras, los vasos de precipitados y los dispositivos de filtración. También produjeron muchos productos químicos, aleaciones útiles o medicamentos para tratar enfermedades según las necesidades de la época, muchos de los cuales son ácidos, bases y sales de uso común en la actualidad. Para registrar los métodos y procesos experimentales, también crearon muchos términos profesionales y escribieron muchos trabajos. Fueron estas teorías, métodos químicos experimentales, instrumentos químicos, alquimia y trabajos alquímicos los que crearon la ciencia de la química. De estos hechos históricos se puede ver que los alquimistas y los alquimistas hicieron grandes contribuciones al surgimiento y desarrollo de la química. Las generaciones futuras no deben ridiculizarlos porque "buscan la inmortalidad y convierten las piedras en oro", sino que deben respetarlos como pioneros en el desarrollo de la ciencia química. Por tanto, en inglés, los términos químico y alquimista son muy similares y su verdadero significado es “química derivada de la alquimia”.

2. El establecimiento de la teoría química moderna: exploración de la estructura de la materia

El mundo está hecho de materia, pero ¿de qué está hecha la materia? Xi Bochang (ca. 1140 a. C.) fue la primera persona que intentó responder a esta pregunta. Él cree: "Yi tiene Tai Chi, Yi tiene dos instrumentos, dos instrumentos producen cuatro imágenes y cuatro imágenes producen Bagua". Utilice Yin y Yang Bagua para explicar la composición de la materia. Alrededor del 1400 a.C., la filosofía natural occidental propuso la idea de estructura material. Tales de Grecia creía que el agua es la madre de todas las cosas; Heracles creía que todo está hecho de fuego; Aristóteles consideró las cuatro "cualidades primitivas" como las más importantes al demostrar la estructura de la materia en su libro "Generación y Destrucción". naturaleza. Son fríos y calientes, secos y húmedos. Cuando se combinan en pares, forman los cuatro "elementos" de fuego, aire, agua y tierra, y luego forman diversas sustancias. Ninguno de los argumentos anteriores toca la naturaleza de la estructura material. En la historia del desarrollo químico, el primero en dar una definición clara de los elementos fue el británico Boyle. Señaló: "Los elementos son la base de la materia y se pueden combinar con otros elementos para formar compuestos. Pero si un elemento se separa de un compuesto, no se puede descomponer en algo más simple de lo que también defendió Boyle". que la química no debe verse como una habilidad empírica para fabricar metales y medicinas, sino como una ciencia. Por tanto, se considera a Boyle la persona que estableció la química como ciencia. La comprensión de la humanidad sobre la estructura de la materia es infinita y la materia está compuesta de elementos. Entonces, ¿de qué están hechos los elementos? En 1803, la teoría atómica fundada por el químico británico Dalton resolvió aún más este problema. La teoría atómica tiene tres contenidos principales: 1. Todos los elementos están compuestos de partículas que no se pueden dividir ni destruir, y estas partículas se llaman átomos 2. Los átomos del mismo elemento tienen las mismas propiedades y masas, pero los átomos de diferentes elementos tienen diferentes propiedades y masas; Dos elementos diferentes se combinan para formar un compuesto. La teoría atómica explicó con éxito muchos fenómenos químicos. Luego, el químico italiano Avogadro propuso en 1811 la teoría molecular, que complementó y desarrolló la teoría atómica de Dalton. Creía que muchas sustancias a menudo existen no en forma de átomos, sino en forma de moléculas. Por ejemplo, el oxígeno es una molécula de oxígeno compuesta por dos átomos de oxígeno y los compuestos son en realidad moléculas. Desde entonces, la química ha pasado de lo macro a lo micro, lo que ha permitido que la investigación química se base en los niveles atómico y molecular.

En tercer lugar, el auge de la química moderna

A finales del año 19 se produjeron tres grandes descubrimientos en física: los rayos X, la radiactividad y los electrones. Estos nuevos descubrimientos impactaron violentamente las ideas de Dalton sobre la indivisibilidad de los átomos, abriendo así la puerta a la estructura interna de los átomos y los núcleos, revelando los misterios más profundos del mundo microscópico. Después de introducir teorías físicas como la termodinámica en la química, podemos utilizar los conceptos de equilibrio químico y velocidad de reacción para juzgar la dirección y las condiciones de la transformación de sustancias en reacciones químicas, estableciendo así la química física y elevando teóricamente la química a un nuevo nivel. Basada en el establecimiento de la mecánica cuántica, la teoría del enlace químico (la fuerza de unión entre los átomos en las moléculas) ha permitido a las personas comprender mejor la relación entre la estructura y las propiedades moleculares, ha promovido en gran medida la conexión entre la química y la ciencia de los materiales y ha proporcionado una base teórica. base para el desarrollo de la ciencia de los materiales. La relación entre la química y la sociedad también es cada vez más estrecha. Los químicos observan y piensan en los problemas sociales desde una perspectiva química y utilizan el conocimiento químico para analizar y resolver problemas sociales, como crisis energéticas, problemas alimentarios, contaminación ambiental, etc. La intersección y penetración de la química con otras disciplinas ha producido muchas disciplinas de vanguardia, como la bioquímica, la geoquímica, la cosmoquímica, la química oceánica, la química atmosférica, etc. , permitiendo el rápido desarrollo de la biología, la electrónica, la aeroespacial, el láser, la geología, los océanos y otras ciencias y tecnologías. La química también proporciona innumerables garantías materiales para las necesidades básicas de la vida de los seres humanos y ha contribuido debidamente a mejorar la vida de las personas y la salud humana. Con el surgimiento de la química moderna, la química se ha desarrollado desde la química inorgánica y la química orgánica hasta convertirse en una ciencia multidisciplinaria, y la disciplina química se ha establecido con la química inorgánica, la química orgánica, la química analítica, la química física y la química de polímeros como subdisciplinas. El químico, un "arquitecto molecular", utilizará sus manos en constante cambio para crear el edificio de hoy y el mundo de mañana para toda la humanidad.

6. Los explosivos de seguridad benefician a la humanidad: Nobel inventó los explosivos de seguridad.

"Boom..." Hubo un fuerte ruido, las montañas se derrumbaron y el suelo se resquebrajó, y tierra y rocas volaron por todos lados. Esta es una escena que vemos a menudo en pantallas y pantallas. Hoy en día, los explosivos potentes son pioneros indispensables en proyectos de construcción a gran escala, como la minería y la construcción de carreteras, pero ¿cómo encontraron y domesticaron los humanos a este "amigo" con poder ilimitado y mal carácter? Es una larga historia. Como todos sabemos, el cohete negro es uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China. Alrededor de los siglos XIII y XIV, se extendió a los países europeos a través de los países árabes de Asia Central. Los europeos aprendieron a utilizar la pólvora y la promovieron. No sólo crearon armas disparadas con pólvora, sino que también desarrollaron la producción con pólvora. En el siglo XVII, con la profundización de la revolución industrial, muchos países requirieron con urgencia el desarrollo de la minería, aceleraron la velocidad de la minería y exigieron explosivos más potentes. Sin embargo, la pólvora negra tradicional no arde completamente y el poder de explosión no es fuerte. Existe una necesidad urgente de encontrar un nuevo explosivo potente. En 1847, el italiano Sobolero inventó un alto explosivo llamado nitroglicerina, que era mucho más poderoso que la pólvora negra. Pero es muy explosivo y muy peligroso de fabricar, almacenar y transportar. La gente no puede controlarlo, por lo que es difícil aplicarlo en la práctica. Para domar a este feroz "caballo salvaje", muchas personas trabajaron duro pero fracasaron, pero fue el guerrero sueco Alfred Nobel quien finalmente se rindió y controló este "caballo salvaje" y produjo explosivos eficientes y seguros.

El padre de Nobel era mecánico y no recibió educación superior, pero le gustaban mucho los experimentos químicos y desarrollaba explosivos cada vez que tenía tiempo. Bajo la influencia de su padre, Nobel Jr. también se interesó por la investigación para mejorar los explosivos. Pero sus padres lo desaprobaron porque fabricar explosivos era demasiado peligroso. Su padre quería que fuera mecánico. Pero Nobel creía firmemente que mejorar los explosivos crearía una enorme riqueza para la humanidad. Los padres fueron movidos por la fuerte voluntad de una persecución persistente y tuvieron que aceptar. A partir de entonces, padre e hijo permanecieron en la misma trinchera, trabajando codo a codo para superar las dificultades científicas. A principios de 1862, Nobel inició una investigación sobre el uso de nitroglicerina para fabricar explosivos potentes controlados. Pensó: La nitroglicerina es un líquido y difícil de controlar. Si se mezclara con pólvora negra sólida, ¿no sería más fácil de almacenar y controlar? Añadió un 10% de nitroglicerina a la pólvora negra y el poder explosivo del explosivo mixto aumentó enormemente. Sin embargo, pronto descubrió que los explosivos no se podían almacenar durante largos períodos de tiempo. Después de unas horas, la nitroglicerina es completamente absorbida por los poros de la pólvora, la velocidad de combustión disminuye, el poder de la explosión se debilita enormemente y no tiene ningún valor práctico.

Añadió una pequeña cantidad de alcanfor a los explosivos de nitroglicerina y colodión e inventó la pólvora sin humo con un fuerte poder explosivo y poco humo. Hasta el día de hoy, la pólvora utilizada habitualmente en la producción militar sigue perteneciendo a este tipo. En medio de estruendosas explosiones, la carrera de Nobel se desarrolló rápidamente. Sus fábricas estaban repartidas por Europa y Estados Unidos y las ventas de nuevos explosivos se dispararon. Su invento impulsó en gran medida la construcción de carreteras y herramientas de hierro, y ayudó a la excavación de túneles y la extracción de depósitos minerales, pero sus explosivos también profundizaron el desastre y el dolor de la guerra, lo que lo entristeció; Para beneficiar a la humanidad, el 29 de octubre de 1895 de 165438, redactó un famoso testamento en París, utilizando parte de la enorme riqueza que acumuló a lo largo de su vida como fondo para establecer una institución de investigación científica con física, química, fisiología (o medicina), literatura y premios de la paz para alentar a quienes han hecho las mayores contribuciones a la humanidad.

7. Crear una nueva era en la industria de producción de álcali: Hou inventó el método de producción conjunta de álcali.

En la industria química, la carbonato de sodio es una materia prima química importante. Su nombre químico también se llama "carbonato de sodio" y es un polvo blanco. ¡No lo subestimes, tiene grandes usos! Se utiliza en la fabricación de jabón, vidrio y papel; también es indispensable en el proceso de fabricación del hierro y el acero. ¡También puedes usarlo para fabricar muchos productos químicos! Nació en una fábrica de productos químicos y se produce mediante el método de producción conjunta-álcali. Este método fue iniciado por Hou, un pionero en la industria química china, por lo que también se le llama "método de carbonato de sodio de Hou". Entonces, ¿bajo qué circunstancias estudió Hou el método de producción de álcali y cómo estableció el método de producción de álcali de Hou? Las cosas tienen que empezar desde el siglo XVII. En ese momento, la gente sabía que la carbonato de sodio se usaba en la producción de vidrio, papel y jabón, pero en ese momento, el álcali se extraía de las cenizas de las plantas y del agua salada del lago, y la gente no sabía que se podía producir en fábricas. Más tarde, un médico francés llamado Lublan pasó cuatro años creando un método para producir carbonato de sodio en 1791. A partir de entonces, la fábrica pudo producir continuamente carbonato de sodio, cubriendo las necesidades de la producción industrial de la época. Desafortunadamente, este método no es perfecto, todavía existen muchas deficiencias, como altas temperaturas durante el proceso de producción, alta intensidad de mano de obra para los trabajadores, consumo excesivo de carbón y baja calidad del producto, por lo que mucha gente quiere mejorarlo. En 1862, el químico belga Solvay propuso un método para producir álcali utilizando sal, piedra caliza y amoníaco como materias primas principales, llamado "proceso amoníaco-álcali" o "proceso álcali de Sulvay". Debido a su alto rendimiento, buena calidad, bajo costo y producción continua, este método reemplazó rápidamente al método de Lublan. Sin embargo, este método está estrictamente controlado por el fabricante y no se permite que se filtre ni que otros lo conozcan. A principios del siglo XX, China también necesitaba carbonato de sodio para la producción industrial, pero no podía producirlo por sí mismo y tenía que depender de las importaciones. Durante la Primera Guerra Mundial, la producción de carbonato de sodio se redujo considerablemente y el transporte se vio obstaculizado. Una empresa británica de fabricación de carbonato de sodio aprovechó la oportunidad para aumentar el precio del carbonato de sodio e incluso se negó a suministrar suministros a China, lo que provocó el cierre y el colapso de las plantas de carbonato de sodio chinas. En ese momento, Hou, un estudiante chino que estudiaba en Estados Unidos, estudió mucho para volar y logró excelentes resultados. Estudió ingeniería química en Estados Unidos durante 8 años y obtuvo su doctorado en 1921. Cuando escuchó que los capitalistas automotrices extranjeros estaban tan atrapados en el cuello del pueblo chino, sus pulmones casi explotaron. Prometió regresar a China después de completar sus estudios, utilizar lo que había aprendido para servir a la patria y revitalizar la industria nacional de China. Regresó a China después de octubre de 1921. Era el ingeniero jefe de Ren Yongli Alkali Company y su misión era crear la primera planta de álcali de China. Si quisiera producir álcali en ese momento, sólo podría utilizar el método de producción de álcali de Solvay.

El principio es simple, pero es difícil de realizar. Debido al bloqueo tecnológico, Hou sólo puede confiar en su propia investigación, experimentación y exploración continuas. Después de un largo período de arduo trabajo, finalmente se diseñó el proceso, se instaló el equipo y se inició la operación de prueba. Quién sabía, al principio habría dificultades. Un día, justo después de la operación de prueba, la alta torre de evaporación de amoníaco de repente se sacudió violentamente y emitió un fuerte ruido. Todos estaban tan asustados que Hou inmediatamente pidió que pararan. Tras la inspección, todas las tuberías estaban bloqueadas por sedimento blanco. ¿Qué estamos haciendo? Al principio, pinchó con un gran taladro de hierro. Estaba tan cansado que sudaba profusamente, pero fue en vano. Más tarde, se le ocurrió una manera de agregar álcali seco para dejar que el sedimento cayera lentamente, y finalmente dio la vuelta a la esquina. Hay muchas fallas similares y él las elimina una por una cada vez. Después de varios años de arduo trabajo, la primera planta de carbonato de sodio de China se puso oficialmente en funcionamiento el 3 de agosto de 1924. Los trabajadores llegaron temprano al taller ese día para presenciar el nacimiento del primer lote de carbonato de sodio de China.

Unas horas más tarde, alguien gritó "¡Sal!". Todos miraron la boca de álcali. ¿Eh? ¿Cómo es que salió álcali rojo y blanco? ¡Lógicamente hablando, debería ser blanco! El corazón de todos se enfrió. En ese momento , Inspeccioné cuidadosamente el equipo y descubrí que la soda estaba oxidada y hacía que el producto se volviera rojo. Luego, mejoraron el equipo y finalmente produjeron un producto de color blanco puro. Hou sonrió tan cómodamente que sus años. El trabajo duro no fue en vano. Finalmente descubrió el secreto del proceso de producción de refrescos de Solvay y cumplió su promesa de servir a la patria. Los imperialistas japoneses lanzaron una guerra de agresión contra China. Se encapricharon con la fábrica de sulfato de amonio en Nanjing. adquirir Hou, pero Hou se negó rotundamente, para no dañar la fábrica, decidió trasladarla a Sichuan y construir una nueva fábrica de productos químicos en Liyong Sichuan West. La principal materia prima para producir álcali es una cuenca vegetal, que es el sodio. El cloruro y la sal en Sichuan deben extraerse de un pozo profundo con un tubo de bambú. Debido a que la concentración es escasa, es necesario concentrarla para convertirla en una materia prima, por lo que el costo de la sal es alto. El método alcalino de Solvay es que la tasa de utilización de la sal no es alta, lo que significa que el 30% de la sal se desperdicia, por lo que el costo es alto, por lo que Hou decidió no utilizar el método alcalino de Solvay y encontró una nueva salida. , Se analizaron las deficiencias del método de producción de álcali de Solvay y se descubrió que la razón principal era que la mitad de las materias primas eran inútiles y solo se combinaron el sodio de la sal y el carbonato de la cal para producir la otra mitad. del cloro de la sal se combina con el calcio de la cal para formar cloruro de calcio, que no se utiliza. Entonces, ¿cómo se puede convertir la otra mitad de la comida en un tesoro? Finalmente se le ocurrió que el método de producción de álcali y el método de síntesis de amoníaco de Solvay se pueden combinar en uno solo, es decir, el amoníaco y el dióxido de carbono utilizados para la producción de álcali son proporcionados directamente por la planta de síntesis de amoníaco y se agrega el cloruro de amonio en el filtrado. al agua salada para precipitar. Este cloruro de amonio se puede utilizar en la industria química. La materia prima también se puede utilizar como fertilizante, lo que puede mejorar en gran medida la tasa de utilización de la sal y ahorrar una gran cantidad de equipos, como hornos de cal y barriles de ceniza. , torres de evaporación de amoníaco, etc. Con esta idea, el éxito depende de la práctica, por lo que dirigió con éxito al personal técnico y comenzó el experimento se llevó a cabo 1 vez, 2 veces, 10 veces, 100 veces... Se realizaron más de 500 experimentos. Se llevaron a cabo y se analizaron más de 2.000 muestras. El experimento tuvo éxito y la idea se hizo realidad.

El nuevo método de álcali se denomina "método de producción conjunta de álcali" y aumenta repentinamente la tasa de utilización de la sal del 70. a 96. Además, el cloruro de calcio, un desecho que contamina el medio ambiente, se convierte en un fertilizante químico útil para los cultivos: el cloruro de amonio reduce el equipamiento en 1/3, por lo que su superioridad supera con creces el método de producción de álcali de Solvay, creando así una nueva era. la industria de producción de álcalis del mundo